]> CyberLeo.Net >> Repos - FreeBSD/FreeBSD.git/blob - sys/amd64/amd64/pmap.c
MFC r351727:
[FreeBSD/FreeBSD.git] / sys / amd64 / amd64 / pmap.c
1 /*-
2  * SPDX-License-Identifier: BSD-4-Clause
3  *
4  * Copyright (c) 1991 Regents of the University of California.
5  * All rights reserved.
6  * Copyright (c) 1994 John S. Dyson
7  * All rights reserved.
8  * Copyright (c) 1994 David Greenman
9  * All rights reserved.
10  * Copyright (c) 2003 Peter Wemm
11  * All rights reserved.
12  * Copyright (c) 2005-2010 Alan L. Cox <alc@cs.rice.edu>
13  * All rights reserved.
14  *
15  * This code is derived from software contributed to Berkeley by
16  * the Systems Programming Group of the University of Utah Computer
17  * Science Department and William Jolitz of UUNET Technologies Inc.
18  *
19  * Redistribution and use in source and binary forms, with or without
20  * modification, are permitted provided that the following conditions
21  * are met:
22  * 1. Redistributions of source code must retain the above copyright
23  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer.
24  * 2. Redistributions in binary form must reproduce the above copyright
25  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer in the
26  *    documentation and/or other materials provided with the distribution.
27  * 3. All advertising materials mentioning features or use of this software
28  *    must display the following acknowledgement:
29  *      This product includes software developed by the University of
30  *      California, Berkeley and its contributors.
31  * 4. Neither the name of the University nor the names of its contributors
32  *    may be used to endorse or promote products derived from this software
33  *    without specific prior written permission.
34  *
35  * THIS SOFTWARE IS PROVIDED BY THE REGENTS AND CONTRIBUTORS ``AS IS'' AND
36  * ANY EXPRESS OR IMPLIED WARRANTIES, INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, THE
37  * IMPLIED WARRANTIES OF MERCHANTABILITY AND FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE
38  * ARE DISCLAIMED.  IN NO EVENT SHALL THE REGENTS OR CONTRIBUTORS BE LIABLE
39  * FOR ANY DIRECT, INDIRECT, INCIDENTAL, SPECIAL, EXEMPLARY, OR CONSEQUENTIAL
40  * DAMAGES (INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, PROCUREMENT OF SUBSTITUTE GOODS
41  * OR SERVICES; LOSS OF USE, DATA, OR PROFITS; OR BUSINESS INTERRUPTION)
42  * HOWEVER CAUSED AND ON ANY THEORY OF LIABILITY, WHETHER IN CONTRACT, STRICT
43  * LIABILITY, OR TORT (INCLUDING NEGLIGENCE OR OTHERWISE) ARISING IN ANY WAY
44  * OUT OF THE USE OF THIS SOFTWARE, EVEN IF ADVISED OF THE POSSIBILITY OF
45  * SUCH DAMAGE.
46  *
47  *      from:   @(#)pmap.c      7.7 (Berkeley)  5/12/91
48  */
49 /*-
50  * Copyright (c) 2003 Networks Associates Technology, Inc.
51  * Copyright (c) 2014-2019 The FreeBSD Foundation
52  * All rights reserved.
53  *
54  * This software was developed for the FreeBSD Project by Jake Burkholder,
55  * Safeport Network Services, and Network Associates Laboratories, the
56  * Security Research Division of Network Associates, Inc. under
57  * DARPA/SPAWAR contract N66001-01-C-8035 ("CBOSS"), as part of the DARPA
58  * CHATS research program.
59  *
60  * Portions of this software were developed by
61  * Konstantin Belousov <kib@FreeBSD.org> under sponsorship from
62  * the FreeBSD Foundation.
63  *
64  * Redistribution and use in source and binary forms, with or without
65  * modification, are permitted provided that the following conditions
66  * are met:
67  * 1. Redistributions of source code must retain the above copyright
68  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer.
69  * 2. Redistributions in binary form must reproduce the above copyright
70  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer in the
71  *    documentation and/or other materials provided with the distribution.
72  *
73  * THIS SOFTWARE IS PROVIDED BY THE AUTHOR AND CONTRIBUTORS ``AS IS'' AND
74  * ANY EXPRESS OR IMPLIED WARRANTIES, INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, THE
75  * IMPLIED WARRANTIES OF MERCHANTABILITY AND FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE
76  * ARE DISCLAIMED.  IN NO EVENT SHALL THE AUTHOR OR CONTRIBUTORS BE LIABLE
77  * FOR ANY DIRECT, INDIRECT, INCIDENTAL, SPECIAL, EXEMPLARY, OR CONSEQUENTIAL
78  * DAMAGES (INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, PROCUREMENT OF SUBSTITUTE GOODS
79  * OR SERVICES; LOSS OF USE, DATA, OR PROFITS; OR BUSINESS INTERRUPTION)
80  * HOWEVER CAUSED AND ON ANY THEORY OF LIABILITY, WHETHER IN CONTRACT, STRICT
81  * LIABILITY, OR TORT (INCLUDING NEGLIGENCE OR OTHERWISE) ARISING IN ANY WAY
82  * OUT OF THE USE OF THIS SOFTWARE, EVEN IF ADVISED OF THE POSSIBILITY OF
83  * SUCH DAMAGE.
84  */
85
86 #define AMD64_NPT_AWARE
87
88 #include <sys/cdefs.h>
89 __FBSDID("$FreeBSD$");
90
91 /*
92  *      Manages physical address maps.
93  *
94  *      Since the information managed by this module is
95  *      also stored by the logical address mapping module,
96  *      this module may throw away valid virtual-to-physical
97  *      mappings at almost any time.  However, invalidations
98  *      of virtual-to-physical mappings must be done as
99  *      requested.
100  *
101  *      In order to cope with hardware architectures which
102  *      make virtual-to-physical map invalidates expensive,
103  *      this module may delay invalidate or reduced protection
104  *      operations until such time as they are actually
105  *      necessary.  This module is given full information as
106  *      to which processors are currently using which maps,
107  *      and to when physical maps must be made correct.
108  */
109
110 #include "opt_ddb.h"
111 #include "opt_pmap.h"
112 #include "opt_vm.h"
113
114 #include <sys/param.h>
115 #include <sys/bitstring.h>
116 #include <sys/bus.h>
117 #include <sys/systm.h>
118 #include <sys/kernel.h>
119 #include <sys/ktr.h>
120 #include <sys/lock.h>
121 #include <sys/malloc.h>
122 #include <sys/mman.h>
123 #include <sys/mutex.h>
124 #include <sys/proc.h>
125 #include <sys/rangeset.h>
126 #include <sys/rwlock.h>
127 #include <sys/sx.h>
128 #include <sys/turnstile.h>
129 #include <sys/vmem.h>
130 #include <sys/vmmeter.h>
131 #include <sys/sched.h>
132 #include <sys/sysctl.h>
133 #include <sys/smp.h>
134 #ifdef DDB
135 #include <sys/kdb.h>
136 #include <ddb/ddb.h>
137 #endif
138
139 #include <vm/vm.h>
140 #include <vm/vm_param.h>
141 #include <vm/vm_kern.h>
142 #include <vm/vm_page.h>
143 #include <vm/vm_map.h>
144 #include <vm/vm_object.h>
145 #include <vm/vm_extern.h>
146 #include <vm/vm_pageout.h>
147 #include <vm/vm_pager.h>
148 #include <vm/vm_phys.h>
149 #include <vm/vm_radix.h>
150 #include <vm/vm_reserv.h>
151 #include <vm/uma.h>
152
153 #include <machine/intr_machdep.h>
154 #include <x86/apicvar.h>
155 #include <x86/ifunc.h>
156 #include <machine/cpu.h>
157 #include <machine/cputypes.h>
158 #include <machine/md_var.h>
159 #include <machine/pcb.h>
160 #include <machine/specialreg.h>
161 #ifdef SMP
162 #include <machine/smp.h>
163 #endif
164 #include <machine/sysarch.h>
165 #include <machine/tss.h>
166
167 static __inline boolean_t
168 pmap_type_guest(pmap_t pmap)
169 {
170
171         return ((pmap->pm_type == PT_EPT) || (pmap->pm_type == PT_RVI));
172 }
173
174 static __inline boolean_t
175 pmap_emulate_ad_bits(pmap_t pmap)
176 {
177
178         return ((pmap->pm_flags & PMAP_EMULATE_AD_BITS) != 0);
179 }
180
181 static __inline pt_entry_t
182 pmap_valid_bit(pmap_t pmap)
183 {
184         pt_entry_t mask;
185
186         switch (pmap->pm_type) {
187         case PT_X86:
188         case PT_RVI:
189                 mask = X86_PG_V;
190                 break;
191         case PT_EPT:
192                 if (pmap_emulate_ad_bits(pmap))
193                         mask = EPT_PG_EMUL_V;
194                 else
195                         mask = EPT_PG_READ;
196                 break;
197         default:
198                 panic("pmap_valid_bit: invalid pm_type %d", pmap->pm_type);
199         }
200
201         return (mask);
202 }
203
204 static __inline pt_entry_t
205 pmap_rw_bit(pmap_t pmap)
206 {
207         pt_entry_t mask;
208
209         switch (pmap->pm_type) {
210         case PT_X86:
211         case PT_RVI:
212                 mask = X86_PG_RW;
213                 break;
214         case PT_EPT:
215                 if (pmap_emulate_ad_bits(pmap))
216                         mask = EPT_PG_EMUL_RW;
217                 else
218                         mask = EPT_PG_WRITE;
219                 break;
220         default:
221                 panic("pmap_rw_bit: invalid pm_type %d", pmap->pm_type);
222         }
223
224         return (mask);
225 }
226
227 static pt_entry_t pg_g;
228
229 static __inline pt_entry_t
230 pmap_global_bit(pmap_t pmap)
231 {
232         pt_entry_t mask;
233
234         switch (pmap->pm_type) {
235         case PT_X86:
236                 mask = pg_g;
237                 break;
238         case PT_RVI:
239         case PT_EPT:
240                 mask = 0;
241                 break;
242         default:
243                 panic("pmap_global_bit: invalid pm_type %d", pmap->pm_type);
244         }
245
246         return (mask);
247 }
248
249 static __inline pt_entry_t
250 pmap_accessed_bit(pmap_t pmap)
251 {
252         pt_entry_t mask;
253
254         switch (pmap->pm_type) {
255         case PT_X86:
256         case PT_RVI:
257                 mask = X86_PG_A;
258                 break;
259         case PT_EPT:
260                 if (pmap_emulate_ad_bits(pmap))
261                         mask = EPT_PG_READ;
262                 else
263                         mask = EPT_PG_A;
264                 break;
265         default:
266                 panic("pmap_accessed_bit: invalid pm_type %d", pmap->pm_type);
267         }
268
269         return (mask);
270 }
271
272 static __inline pt_entry_t
273 pmap_modified_bit(pmap_t pmap)
274 {
275         pt_entry_t mask;
276
277         switch (pmap->pm_type) {
278         case PT_X86:
279         case PT_RVI:
280                 mask = X86_PG_M;
281                 break;
282         case PT_EPT:
283                 if (pmap_emulate_ad_bits(pmap))
284                         mask = EPT_PG_WRITE;
285                 else
286                         mask = EPT_PG_M;
287                 break;
288         default:
289                 panic("pmap_modified_bit: invalid pm_type %d", pmap->pm_type);
290         }
291
292         return (mask);
293 }
294
295 static __inline pt_entry_t
296 pmap_pku_mask_bit(pmap_t pmap)
297 {
298
299         return (pmap->pm_type == PT_X86 ? X86_PG_PKU_MASK : 0);
300 }
301
302 #if !defined(DIAGNOSTIC)
303 #ifdef __GNUC_GNU_INLINE__
304 #define PMAP_INLINE     __attribute__((__gnu_inline__)) inline
305 #else
306 #define PMAP_INLINE     extern inline
307 #endif
308 #else
309 #define PMAP_INLINE
310 #endif
311
312 #ifdef PV_STATS
313 #define PV_STAT(x)      do { x ; } while (0)
314 #else
315 #define PV_STAT(x)      do { } while (0)
316 #endif
317
318 #define pa_index(pa)    ((pa) >> PDRSHIFT)
319 #define pa_to_pvh(pa)   (&pv_table[pa_index(pa)])
320
321 #define NPV_LIST_LOCKS  MAXCPU
322
323 #define PHYS_TO_PV_LIST_LOCK(pa)        \
324                         (&pv_list_locks[pa_index(pa) % NPV_LIST_LOCKS])
325
326 #define CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_PHYS(lockp, pa)  do {    \
327         struct rwlock **_lockp = (lockp);               \
328         struct rwlock *_new_lock;                       \
329                                                         \
330         _new_lock = PHYS_TO_PV_LIST_LOCK(pa);           \
331         if (_new_lock != *_lockp) {                     \
332                 if (*_lockp != NULL)                    \
333                         rw_wunlock(*_lockp);            \
334                 *_lockp = _new_lock;                    \
335                 rw_wlock(*_lockp);                      \
336         }                                               \
337 } while (0)
338
339 #define CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_VM_PAGE(lockp, m)        \
340                         CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_PHYS(lockp, VM_PAGE_TO_PHYS(m))
341
342 #define RELEASE_PV_LIST_LOCK(lockp)             do {    \
343         struct rwlock **_lockp = (lockp);               \
344                                                         \
345         if (*_lockp != NULL) {                          \
346                 rw_wunlock(*_lockp);                    \
347                 *_lockp = NULL;                         \
348         }                                               \
349 } while (0)
350
351 #define VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m)      \
352                         PHYS_TO_PV_LIST_LOCK(VM_PAGE_TO_PHYS(m))
353
354 struct pmap kernel_pmap_store;
355
356 vm_offset_t virtual_avail;      /* VA of first avail page (after kernel bss) */
357 vm_offset_t virtual_end;        /* VA of last avail page (end of kernel AS) */
358
359 int nkpt;
360 SYSCTL_INT(_machdep, OID_AUTO, nkpt, CTLFLAG_RD, &nkpt, 0,
361     "Number of kernel page table pages allocated on bootup");
362
363 static int ndmpdp;
364 vm_paddr_t dmaplimit;
365 vm_offset_t kernel_vm_end = VM_MIN_KERNEL_ADDRESS;
366 pt_entry_t pg_nx;
367
368 static SYSCTL_NODE(_vm, OID_AUTO, pmap, CTLFLAG_RD, 0, "VM/pmap parameters");
369
370 /* Unused, kept for ABI stability on the stable branch. */
371 static int pat_works = 1;
372 SYSCTL_INT(_vm_pmap, OID_AUTO, pat_works, CTLFLAG_RD, &pat_works, 1,
373     "Is page attribute table fully functional?");
374
375 static int pg_ps_enabled = 1;
376 SYSCTL_INT(_vm_pmap, OID_AUTO, pg_ps_enabled, CTLFLAG_RDTUN | CTLFLAG_NOFETCH,
377     &pg_ps_enabled, 0, "Are large page mappings enabled?");
378
379 #define PAT_INDEX_SIZE  8
380 static int pat_index[PAT_INDEX_SIZE];   /* cache mode to PAT index conversion */
381
382 static u_int64_t        KPTphys;        /* phys addr of kernel level 1 */
383 static u_int64_t        KPDphys;        /* phys addr of kernel level 2 */
384 u_int64_t               KPDPphys;       /* phys addr of kernel level 3 */
385 u_int64_t               KPML4phys;      /* phys addr of kernel level 4 */
386
387 static u_int64_t        DMPDphys;       /* phys addr of direct mapped level 2 */
388 static u_int64_t        DMPDPphys;      /* phys addr of direct mapped level 3 */
389 static int              ndmpdpphys;     /* number of DMPDPphys pages */
390
391 static vm_paddr_t       KERNend;        /* phys addr of end of bootstrap data */
392
393 /*
394  * pmap_mapdev support pre initialization (i.e. console)
395  */
396 #define PMAP_PREINIT_MAPPING_COUNT      8
397 static struct pmap_preinit_mapping {
398         vm_paddr_t      pa;
399         vm_offset_t     va;
400         vm_size_t       sz;
401         int             mode;
402 } pmap_preinit_mapping[PMAP_PREINIT_MAPPING_COUNT];
403 static int pmap_initialized;
404
405 /*
406  * Data for the pv entry allocation mechanism.
407  * Updates to pv_invl_gen are protected by the pv_list_locks[]
408  * elements, but reads are not.
409  */
410 static TAILQ_HEAD(pch, pv_chunk) pv_chunks = TAILQ_HEAD_INITIALIZER(pv_chunks);
411 static struct mtx __exclusive_cache_line pv_chunks_mutex;
412 static struct rwlock __exclusive_cache_line pv_list_locks[NPV_LIST_LOCKS];
413 static u_long pv_invl_gen[NPV_LIST_LOCKS];
414 static struct md_page *pv_table;
415 static struct md_page pv_dummy;
416
417 /*
418  * All those kernel PT submaps that BSD is so fond of
419  */
420 pt_entry_t *CMAP1 = NULL;
421 caddr_t CADDR1 = 0;
422 static vm_offset_t qframe = 0;
423 static struct mtx qframe_mtx;
424
425 static int pmap_flags = PMAP_PDE_SUPERPAGE;     /* flags for x86 pmaps */
426
427 static vmem_t *large_vmem;
428 static u_int lm_ents;
429 #define PMAP_ADDRESS_IN_LARGEMAP(va)    ((va) >= LARGEMAP_MIN_ADDRESS && \
430         (va) < LARGEMAP_MIN_ADDRESS + NBPML4 * (u_long)lm_ents)
431
432 int pmap_pcid_enabled = 1;
433 SYSCTL_INT(_vm_pmap, OID_AUTO, pcid_enabled, CTLFLAG_RDTUN | CTLFLAG_NOFETCH,
434     &pmap_pcid_enabled, 0, "Is TLB Context ID enabled ?");
435 int invpcid_works = 0;
436 SYSCTL_INT(_vm_pmap, OID_AUTO, invpcid_works, CTLFLAG_RD, &invpcid_works, 0,
437     "Is the invpcid instruction available ?");
438
439 int __read_frequently pti = 0;
440 SYSCTL_INT(_vm_pmap, OID_AUTO, pti, CTLFLAG_RDTUN | CTLFLAG_NOFETCH,
441     &pti, 0,
442     "Page Table Isolation enabled");
443 static vm_object_t pti_obj;
444 static pml4_entry_t *pti_pml4;
445 static vm_pindex_t pti_pg_idx;
446 static bool pti_finalized;
447
448 struct pmap_pkru_range {
449         struct rs_el    pkru_rs_el;
450         u_int           pkru_keyidx;
451         int             pkru_flags;
452 };
453
454 static uma_zone_t pmap_pkru_ranges_zone;
455 static bool pmap_pkru_same(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva);
456 static pt_entry_t pmap_pkru_get(pmap_t pmap, vm_offset_t va);
457 static void pmap_pkru_on_remove(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva);
458 static void *pkru_dup_range(void *ctx, void *data);
459 static void pkru_free_range(void *ctx, void *node);
460 static int pmap_pkru_copy(pmap_t dst_pmap, pmap_t src_pmap);
461 static int pmap_pkru_deassign(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva);
462 static void pmap_pkru_deassign_all(pmap_t pmap);
463
464 static int
465 pmap_pcid_save_cnt_proc(SYSCTL_HANDLER_ARGS)
466 {
467         int i;
468         uint64_t res;
469
470         res = 0;
471         CPU_FOREACH(i) {
472                 res += cpuid_to_pcpu[i]->pc_pm_save_cnt;
473         }
474         return (sysctl_handle_64(oidp, &res, 0, req));
475 }
476 SYSCTL_PROC(_vm_pmap, OID_AUTO, pcid_save_cnt, CTLTYPE_U64 | CTLFLAG_RD |
477     CTLFLAG_MPSAFE, NULL, 0, pmap_pcid_save_cnt_proc, "QU",
478     "Count of saved TLB context on switch");
479
480 static LIST_HEAD(, pmap_invl_gen) pmap_invl_gen_tracker =
481     LIST_HEAD_INITIALIZER(&pmap_invl_gen_tracker);
482 static struct mtx invl_gen_mtx;
483 /* Fake lock object to satisfy turnstiles interface. */
484 static struct lock_object invl_gen_ts = {
485         .lo_name = "invlts",
486 };
487 static struct pmap_invl_gen pmap_invl_gen_head = {
488         .gen = 1,
489         .next = NULL,
490 };
491 static u_long pmap_invl_gen = 1;
492 static int pmap_invl_waiters;
493 static struct callout pmap_invl_callout;
494 static bool pmap_invl_callout_inited;
495
496 #define PMAP_ASSERT_NOT_IN_DI() \
497     KASSERT(pmap_not_in_di(), ("DI already started"))
498
499 static bool
500 pmap_di_locked(void)
501 {
502         int tun;
503
504         if ((cpu_feature2 & CPUID2_CX16) == 0)
505                 return (true);
506         tun = 0;
507         TUNABLE_INT_FETCH("vm.pmap.di_locked", &tun);
508         return (tun != 0);
509 }
510
511 static int
512 sysctl_pmap_di_locked(SYSCTL_HANDLER_ARGS)
513 {
514         int locked;
515
516         locked = pmap_di_locked();
517         return (sysctl_handle_int(oidp, &locked, 0, req));
518 }
519 SYSCTL_PROC(_vm_pmap, OID_AUTO, di_locked, CTLTYPE_INT | CTLFLAG_RDTUN |
520     CTLFLAG_MPSAFE, 0, 0, sysctl_pmap_di_locked, "",
521     "Locked delayed invalidation");
522
523 static bool pmap_not_in_di_l(void);
524 static bool pmap_not_in_di_u(void);
525 DEFINE_IFUNC(, bool, pmap_not_in_di, (void), static)
526 {
527
528         return (pmap_di_locked() ? pmap_not_in_di_l : pmap_not_in_di_u);
529 }
530
531 static bool
532 pmap_not_in_di_l(void)
533 {
534         struct pmap_invl_gen *invl_gen;
535
536         invl_gen = &curthread->td_md.md_invl_gen;
537         return (invl_gen->gen == 0);
538 }
539
540 static void
541 pmap_thread_init_invl_gen_l(struct thread *td)
542 {
543         struct pmap_invl_gen *invl_gen;
544
545         invl_gen = &td->td_md.md_invl_gen;
546         invl_gen->gen = 0;
547 }
548
549 static void
550 pmap_delayed_invl_wait_block(u_long *m_gen, u_long *invl_gen)
551 {
552         struct turnstile *ts;
553
554         ts = turnstile_trywait(&invl_gen_ts);
555         if (*m_gen > atomic_load_long(invl_gen))
556                 turnstile_wait(ts, NULL, TS_SHARED_QUEUE);
557         else
558                 turnstile_cancel(ts);
559 }
560
561 static void
562 pmap_delayed_invl_finish_unblock(u_long new_gen)
563 {
564         struct turnstile *ts;
565
566         turnstile_chain_lock(&invl_gen_ts);
567         ts = turnstile_lookup(&invl_gen_ts);
568         if (new_gen != 0)
569                 pmap_invl_gen = new_gen;
570         if (ts != NULL) {
571                 turnstile_broadcast(ts, TS_SHARED_QUEUE);
572                 turnstile_unpend(ts);
573         }
574         turnstile_chain_unlock(&invl_gen_ts);
575 }
576
577 /*
578  * Start a new Delayed Invalidation (DI) block of code, executed by
579  * the current thread.  Within a DI block, the current thread may
580  * destroy both the page table and PV list entries for a mapping and
581  * then release the corresponding PV list lock before ensuring that
582  * the mapping is flushed from the TLBs of any processors with the
583  * pmap active.
584  */
585 static void
586 pmap_delayed_invl_start_l(void)
587 {
588         struct pmap_invl_gen *invl_gen;
589         u_long currgen;
590
591         invl_gen = &curthread->td_md.md_invl_gen;
592         PMAP_ASSERT_NOT_IN_DI();
593         mtx_lock(&invl_gen_mtx);
594         if (LIST_EMPTY(&pmap_invl_gen_tracker))
595                 currgen = pmap_invl_gen;
596         else
597                 currgen = LIST_FIRST(&pmap_invl_gen_tracker)->gen;
598         invl_gen->gen = currgen + 1;
599         LIST_INSERT_HEAD(&pmap_invl_gen_tracker, invl_gen, link);
600         mtx_unlock(&invl_gen_mtx);
601 }
602
603 /*
604  * Finish the DI block, previously started by the current thread.  All
605  * required TLB flushes for the pages marked by
606  * pmap_delayed_invl_page() must be finished before this function is
607  * called.
608  *
609  * This function works by bumping the global DI generation number to
610  * the generation number of the current thread's DI, unless there is a
611  * pending DI that started earlier.  In the latter case, bumping the
612  * global DI generation number would incorrectly signal that the
613  * earlier DI had finished.  Instead, this function bumps the earlier
614  * DI's generation number to match the generation number of the
615  * current thread's DI.
616  */
617 static void
618 pmap_delayed_invl_finish_l(void)
619 {
620         struct pmap_invl_gen *invl_gen, *next;
621
622         invl_gen = &curthread->td_md.md_invl_gen;
623         KASSERT(invl_gen->gen != 0, ("missed invl_start"));
624         mtx_lock(&invl_gen_mtx);
625         next = LIST_NEXT(invl_gen, link);
626         if (next == NULL)
627                 pmap_delayed_invl_finish_unblock(invl_gen->gen);
628         else
629                 next->gen = invl_gen->gen;
630         LIST_REMOVE(invl_gen, link);
631         mtx_unlock(&invl_gen_mtx);
632         invl_gen->gen = 0;
633 }
634
635 static bool
636 pmap_not_in_di_u(void)
637 {
638         struct pmap_invl_gen *invl_gen;
639
640         invl_gen = &curthread->td_md.md_invl_gen;
641         return (((uintptr_t)invl_gen->next & PMAP_INVL_GEN_NEXT_INVALID) != 0);
642 }
643
644 static void
645 pmap_thread_init_invl_gen_u(struct thread *td)
646 {
647         struct pmap_invl_gen *invl_gen;
648
649         invl_gen = &td->td_md.md_invl_gen;
650         invl_gen->gen = 0;
651         invl_gen->next = (void *)PMAP_INVL_GEN_NEXT_INVALID;
652 }
653
654 static bool
655 pmap_di_load_invl(struct pmap_invl_gen *ptr, struct pmap_invl_gen *out)
656 {
657         uint64_t new_high, new_low, old_high, old_low;
658         char res;
659
660         old_low = new_low = 0;
661         old_high = new_high = (uintptr_t)0;
662
663         __asm volatile("lock;cmpxchg16b\t%1;sete\t%0"
664             : "=r" (res), "+m" (*ptr), "+a" (old_low), "+d" (old_high)
665             : "b"(new_low), "c" (new_high)
666             : "memory", "cc");
667         if (res == 0) {
668                 if ((old_high & PMAP_INVL_GEN_NEXT_INVALID) != 0)
669                         return (false);
670                 out->gen = old_low;
671                 out->next = (void *)old_high;
672         } else {
673                 out->gen = new_low;
674                 out->next = (void *)new_high;
675         }
676         return (true);
677 }
678
679 static bool
680 pmap_di_store_invl(struct pmap_invl_gen *ptr, struct pmap_invl_gen *old_val,
681     struct pmap_invl_gen *new_val)
682 {
683         uint64_t new_high, new_low, old_high, old_low;
684         char res;
685
686         new_low = new_val->gen;
687         new_high = (uintptr_t)new_val->next;
688         old_low = old_val->gen;
689         old_high = (uintptr_t)old_val->next;
690
691         __asm volatile("lock;cmpxchg16b\t%1;sete\t%0"
692             : "=r" (res), "+m" (*ptr), "+a" (old_low), "+d" (old_high)
693             : "b"(new_low), "c" (new_high)
694             : "memory", "cc");
695         return (res);
696 }
697
698 #ifdef PV_STATS
699 static long invl_start_restart;
700 SYSCTL_LONG(_vm_pmap, OID_AUTO, invl_start_restart, CTLFLAG_RD,
701     &invl_start_restart, 0,
702     "");
703 static long invl_finish_restart;
704 SYSCTL_LONG(_vm_pmap, OID_AUTO, invl_finish_restart, CTLFLAG_RD,
705     &invl_finish_restart, 0,
706     "");
707 static int invl_max_qlen;
708 SYSCTL_INT(_vm_pmap, OID_AUTO, invl_max_qlen, CTLFLAG_RD,
709     &invl_max_qlen, 0,
710     "");
711 #endif
712
713 static struct lock_delay_config __read_frequently di_delay;
714 LOCK_DELAY_SYSINIT_DEFAULT(di_delay);
715
716 static void
717 pmap_delayed_invl_start_u(void)
718 {
719         struct pmap_invl_gen *invl_gen, *p, prev, new_prev;
720         struct thread *td;
721         struct lock_delay_arg lda;
722         uintptr_t prevl;
723         u_char pri;
724 #ifdef PV_STATS
725         int i, ii;
726 #endif
727
728         td = curthread;
729         invl_gen = &td->td_md.md_invl_gen;
730         PMAP_ASSERT_NOT_IN_DI();
731         lock_delay_arg_init(&lda, &di_delay);
732         invl_gen->saved_pri = 0;
733         pri = td->td_base_pri;
734         if (pri > PVM) {
735                 thread_lock(td);
736                 pri = td->td_base_pri;
737                 if (pri > PVM) {
738                         invl_gen->saved_pri = pri;
739                         sched_prio(td, PVM);
740                 }
741                 thread_unlock(td);
742         }
743 again:
744         PV_STAT(i = 0);
745         for (p = &pmap_invl_gen_head;; p = prev.next) {
746                 PV_STAT(i++);
747                 prevl = atomic_load_ptr(&p->next);
748                 if ((prevl & PMAP_INVL_GEN_NEXT_INVALID) != 0) {
749                         PV_STAT(atomic_add_long(&invl_start_restart, 1));
750                         lock_delay(&lda);
751                         goto again;
752                 }
753                 if (prevl == 0)
754                         break;
755                 prev.next = (void *)prevl;
756         }
757 #ifdef PV_STATS
758         if ((ii = invl_max_qlen) < i)
759                 atomic_cmpset_int(&invl_max_qlen, ii, i);
760 #endif
761
762         if (!pmap_di_load_invl(p, &prev) || prev.next != NULL) {
763                 PV_STAT(atomic_add_long(&invl_start_restart, 1));
764                 lock_delay(&lda);
765                 goto again;
766         }
767
768         new_prev.gen = prev.gen;
769         new_prev.next = invl_gen;
770         invl_gen->gen = prev.gen + 1;
771
772         /* Formal fence between store to invl->gen and updating *p. */
773         atomic_thread_fence_rel();
774
775         /*
776          * After inserting an invl_gen element with invalid bit set,
777          * this thread blocks any other thread trying to enter the
778          * delayed invalidation block.  Do not allow to remove us from
779          * the CPU, because it causes starvation for other threads.
780          */
781         critical_enter();
782
783         /*
784          * ABA for *p is not possible there, since p->gen can only
785          * increase.  So if the *p thread finished its di, then
786          * started a new one and got inserted into the list at the
787          * same place, its gen will appear greater than the previously
788          * read gen.
789          */
790         if (!pmap_di_store_invl(p, &prev, &new_prev)) {
791                 critical_exit();
792                 PV_STAT(atomic_add_long(&invl_start_restart, 1));
793                 lock_delay(&lda);
794                 goto again;
795         }
796
797         /*
798          * There we clear PMAP_INVL_GEN_NEXT_INVALID in
799          * invl_gen->next, allowing other threads to iterate past us.
800          * pmap_di_store_invl() provides fence between the generation
801          * write and the update of next.
802          */
803         invl_gen->next = NULL;
804         critical_exit();
805 }
806
807 static bool
808 pmap_delayed_invl_finish_u_crit(struct pmap_invl_gen *invl_gen,
809     struct pmap_invl_gen *p)
810 {
811         struct pmap_invl_gen prev, new_prev;
812         u_long mygen;
813
814         /*
815          * Load invl_gen->gen after setting invl_gen->next
816          * PMAP_INVL_GEN_NEXT_INVALID.  This prevents larger
817          * generations to propagate to our invl_gen->gen.  Lock prefix
818          * in atomic_set_ptr() worked as seq_cst fence.
819          */
820         mygen = atomic_load_long(&invl_gen->gen);
821
822         if (!pmap_di_load_invl(p, &prev) || prev.next != invl_gen)
823                 return (false);
824
825         KASSERT(prev.gen < mygen,
826             ("invalid di gen sequence %lu %lu", prev.gen, mygen));
827         new_prev.gen = mygen;
828         new_prev.next = (void *)((uintptr_t)invl_gen->next &
829             ~PMAP_INVL_GEN_NEXT_INVALID);
830
831         /* Formal fence between load of prev and storing update to it. */
832         atomic_thread_fence_rel();
833
834         return (pmap_di_store_invl(p, &prev, &new_prev));
835 }
836
837 static void
838 pmap_delayed_invl_finish_u(void)
839 {
840         struct pmap_invl_gen *invl_gen, *p;
841         struct thread *td;
842         struct lock_delay_arg lda;
843         uintptr_t prevl;
844
845         td = curthread;
846         invl_gen = &td->td_md.md_invl_gen;
847         KASSERT(invl_gen->gen != 0, ("missed invl_start: gen 0"));
848         KASSERT(((uintptr_t)invl_gen->next & PMAP_INVL_GEN_NEXT_INVALID) == 0,
849             ("missed invl_start: INVALID"));
850         lock_delay_arg_init(&lda, &di_delay);
851
852 again:
853         for (p = &pmap_invl_gen_head; p != NULL; p = (void *)prevl) {
854                 prevl = atomic_load_ptr(&p->next);
855                 if ((prevl & PMAP_INVL_GEN_NEXT_INVALID) != 0) {
856                         PV_STAT(atomic_add_long(&invl_finish_restart, 1));
857                         lock_delay(&lda);
858                         goto again;
859                 }
860                 if ((void *)prevl == invl_gen)
861                         break;
862         }
863
864         /*
865          * It is legitimate to not find ourself on the list if a
866          * thread before us finished its DI and started it again.
867          */
868         if (__predict_false(p == NULL)) {
869                 PV_STAT(atomic_add_long(&invl_finish_restart, 1));
870                 lock_delay(&lda);
871                 goto again;
872         }
873
874         critical_enter();
875         atomic_set_ptr((uintptr_t *)&invl_gen->next,
876             PMAP_INVL_GEN_NEXT_INVALID);
877         if (!pmap_delayed_invl_finish_u_crit(invl_gen, p)) {
878                 atomic_clear_ptr((uintptr_t *)&invl_gen->next,
879                     PMAP_INVL_GEN_NEXT_INVALID);
880                 critical_exit();
881                 PV_STAT(atomic_add_long(&invl_finish_restart, 1));
882                 lock_delay(&lda);
883                 goto again;
884         }
885         critical_exit();
886         if (atomic_load_int(&pmap_invl_waiters) > 0)
887                 pmap_delayed_invl_finish_unblock(0);
888         if (invl_gen->saved_pri != 0) {
889                 thread_lock(td);
890                 sched_prio(td, invl_gen->saved_pri);
891                 thread_unlock(td);
892         }
893 }
894
895 #ifdef DDB
896 DB_SHOW_COMMAND(di_queue, pmap_di_queue)
897 {
898         struct pmap_invl_gen *p, *pn;
899         struct thread *td;
900         uintptr_t nextl;
901         bool first;
902
903         for (p = &pmap_invl_gen_head, first = true; p != NULL; p = pn,
904             first = false) {
905                 nextl = atomic_load_ptr(&p->next);
906                 pn = (void *)(nextl & ~PMAP_INVL_GEN_NEXT_INVALID);
907                 td = first ? NULL : __containerof(p, struct thread,
908                     td_md.md_invl_gen);
909                 db_printf("gen %lu inv %d td %p tid %d\n", p->gen,
910                     (nextl & PMAP_INVL_GEN_NEXT_INVALID) != 0, td,
911                     td != NULL ? td->td_tid : -1);
912         }
913 }
914 #endif
915
916 #ifdef PV_STATS
917 static long invl_wait;
918 SYSCTL_LONG(_vm_pmap, OID_AUTO, invl_wait, CTLFLAG_RD, &invl_wait, 0,
919     "Number of times DI invalidation blocked pmap_remove_all/write");
920 static long invl_wait_slow;
921 SYSCTL_LONG(_vm_pmap, OID_AUTO, invl_wait_slow, CTLFLAG_RD, &invl_wait_slow, 0,
922     "Number of slow invalidation waits for lockless DI");
923 #endif
924
925 static u_long *
926 pmap_delayed_invl_genp(vm_page_t m)
927 {
928
929         return (&pv_invl_gen[pa_index(VM_PAGE_TO_PHYS(m)) % NPV_LIST_LOCKS]);
930 }
931
932 static void
933 pmap_delayed_invl_callout_func(void *arg __unused)
934 {
935
936         if (atomic_load_int(&pmap_invl_waiters) == 0)
937                 return;
938         pmap_delayed_invl_finish_unblock(0);
939 }
940
941 static void
942 pmap_delayed_invl_callout_init(void *arg __unused)
943 {
944
945         if (pmap_di_locked())
946                 return;
947         callout_init(&pmap_invl_callout, 1);
948         pmap_invl_callout_inited = true;
949 }
950 SYSINIT(pmap_di_callout, SI_SUB_CPU + 1, SI_ORDER_ANY,
951     pmap_delayed_invl_callout_init, NULL);
952
953 /*
954  * Ensure that all currently executing DI blocks, that need to flush
955  * TLB for the given page m, actually flushed the TLB at the time the
956  * function returned.  If the page m has an empty PV list and we call
957  * pmap_delayed_invl_wait(), upon its return we know that no CPU has a
958  * valid mapping for the page m in either its page table or TLB.
959  *
960  * This function works by blocking until the global DI generation
961  * number catches up with the generation number associated with the
962  * given page m and its PV list.  Since this function's callers
963  * typically own an object lock and sometimes own a page lock, it
964  * cannot sleep.  Instead, it blocks on a turnstile to relinquish the
965  * processor.
966  */
967 static void
968 pmap_delayed_invl_wait_l(vm_page_t m)
969 {
970         u_long *m_gen;
971 #ifdef PV_STATS
972         bool accounted = false;
973 #endif
974
975         m_gen = pmap_delayed_invl_genp(m);
976         while (*m_gen > pmap_invl_gen) {
977 #ifdef PV_STATS
978                 if (!accounted) {
979                         atomic_add_long(&invl_wait, 1);
980                         accounted = true;
981                 }
982 #endif
983                 pmap_delayed_invl_wait_block(m_gen, &pmap_invl_gen);
984         }
985 }
986
987 static void
988 pmap_delayed_invl_wait_u(vm_page_t m)
989 {
990         u_long *m_gen;
991         struct lock_delay_arg lda;
992         bool fast;
993
994         fast = true;
995         m_gen = pmap_delayed_invl_genp(m);
996         lock_delay_arg_init(&lda, &di_delay);
997         while (*m_gen > atomic_load_long(&pmap_invl_gen_head.gen)) {
998                 if (fast || !pmap_invl_callout_inited) {
999                         PV_STAT(atomic_add_long(&invl_wait, 1));
1000                         lock_delay(&lda);
1001                         fast = false;
1002                 } else {
1003                         /*
1004                          * The page's invalidation generation number
1005                          * is still below the current thread's number.
1006                          * Prepare to block so that we do not waste
1007                          * CPU cycles or worse, suffer livelock.
1008                          *
1009                          * Since it is impossible to block without
1010                          * racing with pmap_delayed_invl_finish_u(),
1011                          * prepare for the race by incrementing
1012                          * pmap_invl_waiters and arming a 1-tick
1013                          * callout which will unblock us if we lose
1014                          * the race.
1015                          */
1016                         atomic_add_int(&pmap_invl_waiters, 1);
1017
1018                         /*
1019                          * Re-check the current thread's invalidation
1020                          * generation after incrementing
1021                          * pmap_invl_waiters, so that there is no race
1022                          * with pmap_delayed_invl_finish_u() setting
1023                          * the page generation and checking
1024                          * pmap_invl_waiters.  The only race allowed
1025                          * is for a missed unblock, which is handled
1026                          * by the callout.
1027                          */
1028                         if (*m_gen >
1029                             atomic_load_long(&pmap_invl_gen_head.gen)) {
1030                                 callout_reset(&pmap_invl_callout, 1,
1031                                     pmap_delayed_invl_callout_func, NULL);
1032                                 PV_STAT(atomic_add_long(&invl_wait_slow, 1));
1033                                 pmap_delayed_invl_wait_block(m_gen,
1034                                     &pmap_invl_gen_head.gen);
1035                         }
1036                         atomic_add_int(&pmap_invl_waiters, -1);
1037                 }
1038         }
1039 }
1040
1041 DEFINE_IFUNC(, void, pmap_thread_init_invl_gen, (struct thread *), static)
1042 {
1043
1044         return (pmap_di_locked() ? pmap_thread_init_invl_gen_l :
1045             pmap_thread_init_invl_gen_u);
1046 }
1047
1048 DEFINE_IFUNC(static, void, pmap_delayed_invl_start, (void), static)
1049 {
1050
1051         return (pmap_di_locked() ? pmap_delayed_invl_start_l :
1052             pmap_delayed_invl_start_u);
1053 }
1054
1055 DEFINE_IFUNC(static, void, pmap_delayed_invl_finish, (void), static)
1056 {
1057
1058         return (pmap_di_locked() ? pmap_delayed_invl_finish_l :
1059             pmap_delayed_invl_finish_u);
1060 }
1061
1062 DEFINE_IFUNC(static, void, pmap_delayed_invl_wait, (vm_page_t), static)
1063 {
1064
1065         return (pmap_di_locked() ? pmap_delayed_invl_wait_l :
1066             pmap_delayed_invl_wait_u);
1067 }
1068
1069 /*
1070  * Mark the page m's PV list as participating in the current thread's
1071  * DI block.  Any threads concurrently using m's PV list to remove or
1072  * restrict all mappings to m will wait for the current thread's DI
1073  * block to complete before proceeding.
1074  *
1075  * The function works by setting the DI generation number for m's PV
1076  * list to at least the DI generation number of the current thread.
1077  * This forces a caller of pmap_delayed_invl_wait() to block until
1078  * current thread calls pmap_delayed_invl_finish().
1079  */
1080 static void
1081 pmap_delayed_invl_page(vm_page_t m)
1082 {
1083         u_long gen, *m_gen;
1084
1085         rw_assert(VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m), RA_WLOCKED);
1086         gen = curthread->td_md.md_invl_gen.gen;
1087         if (gen == 0)
1088                 return;
1089         m_gen = pmap_delayed_invl_genp(m);
1090         if (*m_gen < gen)
1091                 *m_gen = gen;
1092 }
1093
1094 /*
1095  * Crashdump maps.
1096  */
1097 static caddr_t crashdumpmap;
1098
1099 /*
1100  * Internal flags for pmap_enter()'s helper functions.
1101  */
1102 #define PMAP_ENTER_NORECLAIM    0x1000000       /* Don't reclaim PV entries. */
1103 #define PMAP_ENTER_NOREPLACE    0x2000000       /* Don't replace mappings. */
1104
1105 /*
1106  * Internal flags for pmap_mapdev_internal() and
1107  * pmap_change_attr_locked().
1108  */
1109 #define MAPDEV_FLUSHCACHE       0x0000001       /* Flush cache after mapping. */
1110 #define MAPDEV_SETATTR          0x0000002       /* Modify existing attrs. */
1111
1112 static void     free_pv_chunk(struct pv_chunk *pc);
1113 static void     free_pv_entry(pmap_t pmap, pv_entry_t pv);
1114 static pv_entry_t get_pv_entry(pmap_t pmap, struct rwlock **lockp);
1115 static int      popcnt_pc_map_pq(uint64_t *map);
1116 static vm_page_t reclaim_pv_chunk(pmap_t locked_pmap, struct rwlock **lockp);
1117 static void     reserve_pv_entries(pmap_t pmap, int needed,
1118                     struct rwlock **lockp);
1119 static void     pmap_pv_demote_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_paddr_t pa,
1120                     struct rwlock **lockp);
1121 static bool     pmap_pv_insert_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t pde,
1122                     u_int flags, struct rwlock **lockp);
1123 #if VM_NRESERVLEVEL > 0
1124 static void     pmap_pv_promote_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_paddr_t pa,
1125                     struct rwlock **lockp);
1126 #endif
1127 static void     pmap_pvh_free(struct md_page *pvh, pmap_t pmap, vm_offset_t va);
1128 static pv_entry_t pmap_pvh_remove(struct md_page *pvh, pmap_t pmap,
1129                     vm_offset_t va);
1130
1131 static int pmap_change_attr_locked(vm_offset_t va, vm_size_t size, int mode,
1132     int flags);
1133 static boolean_t pmap_demote_pde(pmap_t pmap, pd_entry_t *pde, vm_offset_t va);
1134 static boolean_t pmap_demote_pde_locked(pmap_t pmap, pd_entry_t *pde,
1135     vm_offset_t va, struct rwlock **lockp);
1136 static boolean_t pmap_demote_pdpe(pmap_t pmap, pdp_entry_t *pdpe,
1137     vm_offset_t va);
1138 static bool     pmap_enter_2mpage(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m,
1139                     vm_prot_t prot, struct rwlock **lockp);
1140 static int      pmap_enter_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t newpde,
1141                     u_int flags, vm_page_t m, struct rwlock **lockp);
1142 static vm_page_t pmap_enter_quick_locked(pmap_t pmap, vm_offset_t va,
1143     vm_page_t m, vm_prot_t prot, vm_page_t mpte, struct rwlock **lockp);
1144 static void pmap_fill_ptp(pt_entry_t *firstpte, pt_entry_t newpte);
1145 static int pmap_insert_pt_page(pmap_t pmap, vm_page_t mpte, bool promoted);
1146 static void pmap_invalidate_cache_range_selfsnoop(vm_offset_t sva,
1147     vm_offset_t eva);
1148 static void pmap_invalidate_cache_range_all(vm_offset_t sva,
1149     vm_offset_t eva);
1150 static void pmap_invalidate_pde_page(pmap_t pmap, vm_offset_t va,
1151                     pd_entry_t pde);
1152 static void pmap_kenter_attr(vm_offset_t va, vm_paddr_t pa, int mode);
1153 static vm_page_t pmap_large_map_getptp_unlocked(void);
1154 static vm_paddr_t pmap_large_map_kextract(vm_offset_t va);
1155 static void pmap_pde_attr(pd_entry_t *pde, int cache_bits, int mask);
1156 #if VM_NRESERVLEVEL > 0
1157 static void pmap_promote_pde(pmap_t pmap, pd_entry_t *pde, vm_offset_t va,
1158     struct rwlock **lockp);
1159 #endif
1160 static boolean_t pmap_protect_pde(pmap_t pmap, pd_entry_t *pde, vm_offset_t sva,
1161     vm_prot_t prot);
1162 static void pmap_pte_attr(pt_entry_t *pte, int cache_bits, int mask);
1163 static void pmap_pti_add_kva_locked(vm_offset_t sva, vm_offset_t eva,
1164     bool exec);
1165 static pdp_entry_t *pmap_pti_pdpe(vm_offset_t va);
1166 static pd_entry_t *pmap_pti_pde(vm_offset_t va);
1167 static void pmap_pti_wire_pte(void *pte);
1168 static int pmap_remove_pde(pmap_t pmap, pd_entry_t *pdq, vm_offset_t sva,
1169     struct spglist *free, struct rwlock **lockp);
1170 static int pmap_remove_pte(pmap_t pmap, pt_entry_t *ptq, vm_offset_t sva,
1171     pd_entry_t ptepde, struct spglist *free, struct rwlock **lockp);
1172 static vm_page_t pmap_remove_pt_page(pmap_t pmap, vm_offset_t va);
1173 static void pmap_remove_page(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t *pde,
1174     struct spglist *free);
1175 static bool     pmap_remove_ptes(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva,
1176                     pd_entry_t *pde, struct spglist *free,
1177                     struct rwlock **lockp);
1178 static boolean_t pmap_try_insert_pv_entry(pmap_t pmap, vm_offset_t va,
1179     vm_page_t m, struct rwlock **lockp);
1180 static void pmap_update_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t *pde,
1181     pd_entry_t newpde);
1182 static void pmap_update_pde_invalidate(pmap_t, vm_offset_t va, pd_entry_t pde);
1183
1184 static vm_page_t _pmap_allocpte(pmap_t pmap, vm_pindex_t ptepindex,
1185                 struct rwlock **lockp);
1186 static vm_page_t pmap_allocpde(pmap_t pmap, vm_offset_t va,
1187                 struct rwlock **lockp);
1188 static vm_page_t pmap_allocpte(pmap_t pmap, vm_offset_t va,
1189                 struct rwlock **lockp);
1190
1191 static void _pmap_unwire_ptp(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m,
1192     struct spglist *free);
1193 static int pmap_unuse_pt(pmap_t, vm_offset_t, pd_entry_t, struct spglist *);
1194
1195 /********************/
1196 /* Inline functions */
1197 /********************/
1198
1199 /* Return a non-clipped PD index for a given VA */
1200 static __inline vm_pindex_t
1201 pmap_pde_pindex(vm_offset_t va)
1202 {
1203         return (va >> PDRSHIFT);
1204 }
1205
1206
1207 /* Return a pointer to the PML4 slot that corresponds to a VA */
1208 static __inline pml4_entry_t *
1209 pmap_pml4e(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
1210 {
1211
1212         return (&pmap->pm_pml4[pmap_pml4e_index(va)]);
1213 }
1214
1215 /* Return a pointer to the PDP slot that corresponds to a VA */
1216 static __inline pdp_entry_t *
1217 pmap_pml4e_to_pdpe(pml4_entry_t *pml4e, vm_offset_t va)
1218 {
1219         pdp_entry_t *pdpe;
1220
1221         pdpe = (pdp_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(*pml4e & PG_FRAME);
1222         return (&pdpe[pmap_pdpe_index(va)]);
1223 }
1224
1225 /* Return a pointer to the PDP slot that corresponds to a VA */
1226 static __inline pdp_entry_t *
1227 pmap_pdpe(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
1228 {
1229         pml4_entry_t *pml4e;
1230         pt_entry_t PG_V;
1231
1232         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
1233         pml4e = pmap_pml4e(pmap, va);
1234         if ((*pml4e & PG_V) == 0)
1235                 return (NULL);
1236         return (pmap_pml4e_to_pdpe(pml4e, va));
1237 }
1238
1239 /* Return a pointer to the PD slot that corresponds to a VA */
1240 static __inline pd_entry_t *
1241 pmap_pdpe_to_pde(pdp_entry_t *pdpe, vm_offset_t va)
1242 {
1243         pd_entry_t *pde;
1244
1245         pde = (pd_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(*pdpe & PG_FRAME);
1246         return (&pde[pmap_pde_index(va)]);
1247 }
1248
1249 /* Return a pointer to the PD slot that corresponds to a VA */
1250 static __inline pd_entry_t *
1251 pmap_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
1252 {
1253         pdp_entry_t *pdpe;
1254         pt_entry_t PG_V;
1255
1256         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
1257         pdpe = pmap_pdpe(pmap, va);
1258         if (pdpe == NULL || (*pdpe & PG_V) == 0)
1259                 return (NULL);
1260         return (pmap_pdpe_to_pde(pdpe, va));
1261 }
1262
1263 /* Return a pointer to the PT slot that corresponds to a VA */
1264 static __inline pt_entry_t *
1265 pmap_pde_to_pte(pd_entry_t *pde, vm_offset_t va)
1266 {
1267         pt_entry_t *pte;
1268
1269         pte = (pt_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(*pde & PG_FRAME);
1270         return (&pte[pmap_pte_index(va)]);
1271 }
1272
1273 /* Return a pointer to the PT slot that corresponds to a VA */
1274 static __inline pt_entry_t *
1275 pmap_pte(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
1276 {
1277         pd_entry_t *pde;
1278         pt_entry_t PG_V;
1279
1280         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
1281         pde = pmap_pde(pmap, va);
1282         if (pde == NULL || (*pde & PG_V) == 0)
1283                 return (NULL);
1284         if ((*pde & PG_PS) != 0)        /* compat with i386 pmap_pte() */
1285                 return ((pt_entry_t *)pde);
1286         return (pmap_pde_to_pte(pde, va));
1287 }
1288
1289 static __inline void
1290 pmap_resident_count_inc(pmap_t pmap, int count)
1291 {
1292
1293         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
1294         pmap->pm_stats.resident_count += count;
1295 }
1296
1297 static __inline void
1298 pmap_resident_count_dec(pmap_t pmap, int count)
1299 {
1300
1301         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
1302         KASSERT(pmap->pm_stats.resident_count >= count,
1303             ("pmap %p resident count underflow %ld %d", pmap,
1304             pmap->pm_stats.resident_count, count));
1305         pmap->pm_stats.resident_count -= count;
1306 }
1307
1308 PMAP_INLINE pt_entry_t *
1309 vtopte(vm_offset_t va)
1310 {
1311         u_int64_t mask = ((1ul << (NPTEPGSHIFT + NPDEPGSHIFT + NPDPEPGSHIFT + NPML4EPGSHIFT)) - 1);
1312
1313         KASSERT(va >= VM_MAXUSER_ADDRESS, ("vtopte on a uva/gpa 0x%0lx", va));
1314
1315         return (PTmap + ((va >> PAGE_SHIFT) & mask));
1316 }
1317
1318 static __inline pd_entry_t *
1319 vtopde(vm_offset_t va)
1320 {
1321         u_int64_t mask = ((1ul << (NPDEPGSHIFT + NPDPEPGSHIFT + NPML4EPGSHIFT)) - 1);
1322
1323         KASSERT(va >= VM_MAXUSER_ADDRESS, ("vtopde on a uva/gpa 0x%0lx", va));
1324
1325         return (PDmap + ((va >> PDRSHIFT) & mask));
1326 }
1327
1328 static u_int64_t
1329 allocpages(vm_paddr_t *firstaddr, int n)
1330 {
1331         u_int64_t ret;
1332
1333         ret = *firstaddr;
1334         bzero((void *)ret, n * PAGE_SIZE);
1335         *firstaddr += n * PAGE_SIZE;
1336         return (ret);
1337 }
1338
1339 CTASSERT(powerof2(NDMPML4E));
1340
1341 /* number of kernel PDP slots */
1342 #define NKPDPE(ptpgs)           howmany(ptpgs, NPDEPG)
1343
1344 static void
1345 nkpt_init(vm_paddr_t addr)
1346 {
1347         int pt_pages;
1348         
1349 #ifdef NKPT
1350         pt_pages = NKPT;
1351 #else
1352         pt_pages = howmany(addr, 1 << PDRSHIFT);
1353         pt_pages += NKPDPE(pt_pages);
1354
1355         /*
1356          * Add some slop beyond the bare minimum required for bootstrapping
1357          * the kernel.
1358          *
1359          * This is quite important when allocating KVA for kernel modules.
1360          * The modules are required to be linked in the negative 2GB of
1361          * the address space.  If we run out of KVA in this region then
1362          * pmap_growkernel() will need to allocate page table pages to map
1363          * the entire 512GB of KVA space which is an unnecessary tax on
1364          * physical memory.
1365          *
1366          * Secondly, device memory mapped as part of setting up the low-
1367          * level console(s) is taken from KVA, starting at virtual_avail.
1368          * This is because cninit() is called after pmap_bootstrap() but
1369          * before vm_init() and pmap_init(). 20MB for a frame buffer is
1370          * not uncommon.
1371          */
1372         pt_pages += 32;         /* 64MB additional slop. */
1373 #endif
1374         nkpt = pt_pages;
1375 }
1376
1377 /*
1378  * Returns the proper write/execute permission for a physical page that is
1379  * part of the initial boot allocations.
1380  *
1381  * If the page has kernel text, it is marked as read-only. If the page has
1382  * kernel read-only data, it is marked as read-only/not-executable. If the
1383  * page has only read-write data, it is marked as read-write/not-executable.
1384  * If the page is below/above the kernel range, it is marked as read-write.
1385  *
1386  * This function operates on 2M pages, since we map the kernel space that
1387  * way.
1388  *
1389  * Note that this doesn't currently provide any protection for modules.
1390  */
1391 static inline pt_entry_t
1392 bootaddr_rwx(vm_paddr_t pa)
1393 {
1394
1395         /*
1396          * Everything in the same 2M page as the start of the kernel
1397          * should be static. On the other hand, things in the same 2M
1398          * page as the end of the kernel could be read-write/executable,
1399          * as the kernel image is not guaranteed to end on a 2M boundary.
1400          */
1401         if (pa < trunc_2mpage(btext - KERNBASE) ||
1402            pa >= trunc_2mpage(_end - KERNBASE))
1403                 return (X86_PG_RW);
1404         /*
1405          * The linker should ensure that the read-only and read-write
1406          * portions don't share the same 2M page, so this shouldn't
1407          * impact read-only data. However, in any case, any page with
1408          * read-write data needs to be read-write.
1409          */
1410         if (pa >= trunc_2mpage(brwsection - KERNBASE))
1411                 return (X86_PG_RW | pg_nx);
1412         /*
1413          * Mark any 2M page containing kernel text as read-only. Mark
1414          * other pages with read-only data as read-only and not executable.
1415          * (It is likely a small portion of the read-only data section will
1416          * be marked as read-only, but executable. This should be acceptable
1417          * since the read-only protection will keep the data from changing.)
1418          * Note that fixups to the .text section will still work until we
1419          * set CR0.WP.
1420          */
1421         if (pa < round_2mpage(etext - KERNBASE))
1422                 return (0);
1423         return (pg_nx);
1424 }
1425
1426 static void
1427 create_pagetables(vm_paddr_t *firstaddr)
1428 {
1429         int i, j, ndm1g, nkpdpe, nkdmpde;
1430         pd_entry_t *pd_p;
1431         pdp_entry_t *pdp_p;
1432         pml4_entry_t *p4_p;
1433         uint64_t DMPDkernphys;
1434
1435         /* Allocate page table pages for the direct map */
1436         ndmpdp = howmany(ptoa(Maxmem), NBPDP);
1437         if (ndmpdp < 4)         /* Minimum 4GB of dirmap */
1438                 ndmpdp = 4;
1439         ndmpdpphys = howmany(ndmpdp, NPDPEPG);
1440         if (ndmpdpphys > NDMPML4E) {
1441                 /*
1442                  * Each NDMPML4E allows 512 GB, so limit to that,
1443                  * and then readjust ndmpdp and ndmpdpphys.
1444                  */
1445                 printf("NDMPML4E limits system to %d GB\n", NDMPML4E * 512);
1446                 Maxmem = atop(NDMPML4E * NBPML4);
1447                 ndmpdpphys = NDMPML4E;
1448                 ndmpdp = NDMPML4E * NPDEPG;
1449         }
1450         DMPDPphys = allocpages(firstaddr, ndmpdpphys);
1451         ndm1g = 0;
1452         if ((amd_feature & AMDID_PAGE1GB) != 0) {
1453                 /*
1454                  * Calculate the number of 1G pages that will fully fit in
1455                  * Maxmem.
1456                  */
1457                 ndm1g = ptoa(Maxmem) >> PDPSHIFT;
1458
1459                 /*
1460                  * Allocate 2M pages for the kernel. These will be used in
1461                  * place of the first one or more 1G pages from ndm1g.
1462                  */
1463                 nkdmpde = howmany((vm_offset_t)(brwsection - KERNBASE), NBPDP);
1464                 DMPDkernphys = allocpages(firstaddr, nkdmpde);
1465         }
1466         if (ndm1g < ndmpdp)
1467                 DMPDphys = allocpages(firstaddr, ndmpdp - ndm1g);
1468         dmaplimit = (vm_paddr_t)ndmpdp << PDPSHIFT;
1469
1470         /* Allocate pages */
1471         KPML4phys = allocpages(firstaddr, 1);
1472         KPDPphys = allocpages(firstaddr, NKPML4E);
1473
1474         /*
1475          * Allocate the initial number of kernel page table pages required to
1476          * bootstrap.  We defer this until after all memory-size dependent
1477          * allocations are done (e.g. direct map), so that we don't have to
1478          * build in too much slop in our estimate.
1479          *
1480          * Note that when NKPML4E > 1, we have an empty page underneath
1481          * all but the KPML4I'th one, so we need NKPML4E-1 extra (zeroed)
1482          * pages.  (pmap_enter requires a PD page to exist for each KPML4E.)
1483          */
1484         nkpt_init(*firstaddr);
1485         nkpdpe = NKPDPE(nkpt);
1486
1487         KPTphys = allocpages(firstaddr, nkpt);
1488         KPDphys = allocpages(firstaddr, nkpdpe);
1489
1490         /*
1491          * Connect the zero-filled PT pages to their PD entries.  This
1492          * implicitly maps the PT pages at their correct locations within
1493          * the PTmap.
1494          */
1495         pd_p = (pd_entry_t *)KPDphys;
1496         for (i = 0; i < nkpt; i++)
1497                 pd_p[i] = (KPTphys + ptoa(i)) | X86_PG_RW | X86_PG_V;
1498
1499         /*
1500          * Map from physical address zero to the end of loader preallocated
1501          * memory using 2MB pages.  This replaces some of the PD entries
1502          * created above.
1503          */
1504         for (i = 0; (i << PDRSHIFT) < KERNend; i++)
1505                 /* Preset PG_M and PG_A because demotion expects it. */
1506                 pd_p[i] = (i << PDRSHIFT) | X86_PG_V | PG_PS | pg_g |
1507                     X86_PG_M | X86_PG_A | bootaddr_rwx(i << PDRSHIFT);
1508
1509         /*
1510          * Because we map the physical blocks in 2M pages, adjust firstaddr
1511          * to record the physical blocks we've actually mapped into kernel
1512          * virtual address space.
1513          */
1514         if (*firstaddr < round_2mpage(KERNend))
1515                 *firstaddr = round_2mpage(KERNend);
1516
1517         /* And connect up the PD to the PDP (leaving room for L4 pages) */
1518         pdp_p = (pdp_entry_t *)(KPDPphys + ptoa(KPML4I - KPML4BASE));
1519         for (i = 0; i < nkpdpe; i++)
1520                 pdp_p[i + KPDPI] = (KPDphys + ptoa(i)) | X86_PG_RW | X86_PG_V;
1521
1522         /*
1523          * Now, set up the direct map region using 2MB and/or 1GB pages.  If
1524          * the end of physical memory is not aligned to a 1GB page boundary,
1525          * then the residual physical memory is mapped with 2MB pages.  Later,
1526          * if pmap_mapdev{_attr}() uses the direct map for non-write-back
1527          * memory, pmap_change_attr() will demote any 2MB or 1GB page mappings
1528          * that are partially used. 
1529          */
1530         pd_p = (pd_entry_t *)DMPDphys;
1531         for (i = NPDEPG * ndm1g, j = 0; i < NPDEPG * ndmpdp; i++, j++) {
1532                 pd_p[j] = (vm_paddr_t)i << PDRSHIFT;
1533                 /* Preset PG_M and PG_A because demotion expects it. */
1534                 pd_p[j] |= X86_PG_RW | X86_PG_V | PG_PS | pg_g |
1535                     X86_PG_M | X86_PG_A | pg_nx;
1536         }
1537         pdp_p = (pdp_entry_t *)DMPDPphys;
1538         for (i = 0; i < ndm1g; i++) {
1539                 pdp_p[i] = (vm_paddr_t)i << PDPSHIFT;
1540                 /* Preset PG_M and PG_A because demotion expects it. */
1541                 pdp_p[i] |= X86_PG_RW | X86_PG_V | PG_PS | pg_g |
1542                     X86_PG_M | X86_PG_A | pg_nx;
1543         }
1544         for (j = 0; i < ndmpdp; i++, j++) {
1545                 pdp_p[i] = DMPDphys + ptoa(j);
1546                 pdp_p[i] |= X86_PG_RW | X86_PG_V;
1547         }
1548
1549         /*
1550          * Instead of using a 1G page for the memory containing the kernel,
1551          * use 2M pages with appropriate permissions. (If using 1G pages,
1552          * this will partially overwrite the PDPEs above.)
1553          */
1554         if (ndm1g) {
1555                 pd_p = (pd_entry_t *)DMPDkernphys;
1556                 for (i = 0; i < (NPDEPG * nkdmpde); i++)
1557                         pd_p[i] = (i << PDRSHIFT) | X86_PG_V | PG_PS | pg_g |
1558                             X86_PG_M | X86_PG_A | pg_nx |
1559                             bootaddr_rwx(i << PDRSHIFT);
1560                 for (i = 0; i < nkdmpde; i++)
1561                         pdp_p[i] = (DMPDkernphys + ptoa(i)) | X86_PG_RW |
1562                             X86_PG_V;
1563         }
1564
1565         /* And recursively map PML4 to itself in order to get PTmap */
1566         p4_p = (pml4_entry_t *)KPML4phys;
1567         p4_p[PML4PML4I] = KPML4phys;
1568         p4_p[PML4PML4I] |= X86_PG_RW | X86_PG_V | pg_nx;
1569
1570         /* Connect the Direct Map slot(s) up to the PML4. */
1571         for (i = 0; i < ndmpdpphys; i++) {
1572                 p4_p[DMPML4I + i] = DMPDPphys + ptoa(i);
1573                 p4_p[DMPML4I + i] |= X86_PG_RW | X86_PG_V;
1574         }
1575
1576         /* Connect the KVA slots up to the PML4 */
1577         for (i = 0; i < NKPML4E; i++) {
1578                 p4_p[KPML4BASE + i] = KPDPphys + ptoa(i);
1579                 p4_p[KPML4BASE + i] |= X86_PG_RW | X86_PG_V;
1580         }
1581 }
1582
1583 /*
1584  *      Bootstrap the system enough to run with virtual memory.
1585  *
1586  *      On amd64 this is called after mapping has already been enabled
1587  *      and just syncs the pmap module with what has already been done.
1588  *      [We can't call it easily with mapping off since the kernel is not
1589  *      mapped with PA == VA, hence we would have to relocate every address
1590  *      from the linked base (virtual) address "KERNBASE" to the actual
1591  *      (physical) address starting relative to 0]
1592  */
1593 void
1594 pmap_bootstrap(vm_paddr_t *firstaddr)
1595 {
1596         vm_offset_t va;
1597         pt_entry_t *pte;
1598         uint64_t cr4;
1599         u_long res;
1600         int i;
1601
1602         KERNend = *firstaddr;
1603         res = atop(KERNend - (vm_paddr_t)kernphys);
1604
1605         if (!pti)
1606                 pg_g = X86_PG_G;
1607
1608         /*
1609          * Create an initial set of page tables to run the kernel in.
1610          */
1611         create_pagetables(firstaddr);
1612
1613         /*
1614          * Add a physical memory segment (vm_phys_seg) corresponding to the
1615          * preallocated kernel page table pages so that vm_page structures
1616          * representing these pages will be created.  The vm_page structures
1617          * are required for promotion of the corresponding kernel virtual
1618          * addresses to superpage mappings.
1619          */
1620         vm_phys_add_seg(KPTphys, KPTphys + ptoa(nkpt));
1621
1622         /*
1623          * Account for the virtual addresses mapped by create_pagetables().
1624          */
1625         virtual_avail = (vm_offset_t)KERNBASE + round_2mpage(KERNend);
1626         virtual_end = VM_MAX_KERNEL_ADDRESS;
1627
1628         /*
1629          * Enable PG_G global pages, then switch to the kernel page
1630          * table from the bootstrap page table.  After the switch, it
1631          * is possible to enable SMEP and SMAP since PG_U bits are
1632          * correct now.
1633          */
1634         cr4 = rcr4();
1635         cr4 |= CR4_PGE;
1636         load_cr4(cr4);
1637         load_cr3(KPML4phys);
1638         if (cpu_stdext_feature & CPUID_STDEXT_SMEP)
1639                 cr4 |= CR4_SMEP;
1640         if (cpu_stdext_feature & CPUID_STDEXT_SMAP)
1641                 cr4 |= CR4_SMAP;
1642         load_cr4(cr4);
1643
1644         /*
1645          * Initialize the kernel pmap (which is statically allocated).
1646          * Count bootstrap data as being resident in case any of this data is
1647          * later unmapped (using pmap_remove()) and freed.
1648          */
1649         PMAP_LOCK_INIT(kernel_pmap);
1650         kernel_pmap->pm_pml4 = (pdp_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(KPML4phys);
1651         kernel_pmap->pm_cr3 = KPML4phys;
1652         kernel_pmap->pm_ucr3 = PMAP_NO_CR3;
1653         CPU_FILL(&kernel_pmap->pm_active);      /* don't allow deactivation */
1654         TAILQ_INIT(&kernel_pmap->pm_pvchunk);
1655         kernel_pmap->pm_stats.resident_count = res;
1656         kernel_pmap->pm_flags = pmap_flags;
1657
1658         /*
1659          * Initialize the TLB invalidations generation number lock.
1660          */
1661         mtx_init(&invl_gen_mtx, "invlgn", NULL, MTX_DEF);
1662
1663         /*
1664          * Reserve some special page table entries/VA space for temporary
1665          * mapping of pages.
1666          */
1667 #define SYSMAP(c, p, v, n)      \
1668         v = (c)va; va += ((n)*PAGE_SIZE); p = pte; pte += (n);
1669
1670         va = virtual_avail;
1671         pte = vtopte(va);
1672
1673         /*
1674          * Crashdump maps.  The first page is reused as CMAP1 for the
1675          * memory test.
1676          */
1677         SYSMAP(caddr_t, CMAP1, crashdumpmap, MAXDUMPPGS)
1678         CADDR1 = crashdumpmap;
1679
1680         virtual_avail = va;
1681
1682         /*
1683          * Initialize the PAT MSR.
1684          * pmap_init_pat() clears and sets CR4_PGE, which, as a
1685          * side-effect, invalidates stale PG_G TLB entries that might
1686          * have been created in our pre-boot environment.
1687          */
1688         pmap_init_pat();
1689
1690         /* Initialize TLB Context Id. */
1691         if (pmap_pcid_enabled) {
1692                 for (i = 0; i < MAXCPU; i++) {
1693                         kernel_pmap->pm_pcids[i].pm_pcid = PMAP_PCID_KERN;
1694                         kernel_pmap->pm_pcids[i].pm_gen = 1;
1695                 }
1696
1697                 /*
1698                  * PMAP_PCID_KERN + 1 is used for initialization of
1699                  * proc0 pmap.  The pmap' pcid state might be used by
1700                  * EFIRT entry before first context switch, so it
1701                  * needs to be valid.
1702                  */
1703                 PCPU_SET(pcid_next, PMAP_PCID_KERN + 2);
1704                 PCPU_SET(pcid_gen, 1);
1705
1706                 /*
1707                  * pcpu area for APs is zeroed during AP startup.
1708                  * pc_pcid_next and pc_pcid_gen are initialized by AP
1709                  * during pcpu setup.
1710                  */
1711                 load_cr4(rcr4() | CR4_PCIDE);
1712         }
1713 }
1714
1715 /*
1716  * Setup the PAT MSR.
1717  */
1718 void
1719 pmap_init_pat(void)
1720 {
1721         uint64_t pat_msr;
1722         u_long cr0, cr4;
1723         int i;
1724
1725         /* Bail if this CPU doesn't implement PAT. */
1726         if ((cpu_feature & CPUID_PAT) == 0)
1727                 panic("no PAT??");
1728
1729         /* Set default PAT index table. */
1730         for (i = 0; i < PAT_INDEX_SIZE; i++)
1731                 pat_index[i] = -1;
1732         pat_index[PAT_WRITE_BACK] = 0;
1733         pat_index[PAT_WRITE_THROUGH] = 1;
1734         pat_index[PAT_UNCACHEABLE] = 3;
1735         pat_index[PAT_WRITE_COMBINING] = 6;
1736         pat_index[PAT_WRITE_PROTECTED] = 5;
1737         pat_index[PAT_UNCACHED] = 2;
1738
1739         /*
1740          * Initialize default PAT entries.
1741          * Leave the indices 0-3 at the default of WB, WT, UC-, and UC.
1742          * Program 5 and 6 as WP and WC.
1743          *
1744          * Leave 4 and 7 as WB and UC.  Note that a recursive page table
1745          * mapping for a 2M page uses a PAT value with the bit 3 set due
1746          * to its overload with PG_PS.
1747          */
1748         pat_msr = PAT_VALUE(0, PAT_WRITE_BACK) |
1749             PAT_VALUE(1, PAT_WRITE_THROUGH) |
1750             PAT_VALUE(2, PAT_UNCACHED) |
1751             PAT_VALUE(3, PAT_UNCACHEABLE) |
1752             PAT_VALUE(4, PAT_WRITE_BACK) |
1753             PAT_VALUE(5, PAT_WRITE_PROTECTED) |
1754             PAT_VALUE(6, PAT_WRITE_COMBINING) |
1755             PAT_VALUE(7, PAT_UNCACHEABLE);
1756
1757         /* Disable PGE. */
1758         cr4 = rcr4();
1759         load_cr4(cr4 & ~CR4_PGE);
1760
1761         /* Disable caches (CD = 1, NW = 0). */
1762         cr0 = rcr0();
1763         load_cr0((cr0 & ~CR0_NW) | CR0_CD);
1764
1765         /* Flushes caches and TLBs. */
1766         wbinvd();
1767         invltlb();
1768
1769         /* Update PAT and index table. */
1770         wrmsr(MSR_PAT, pat_msr);
1771
1772         /* Flush caches and TLBs again. */
1773         wbinvd();
1774         invltlb();
1775
1776         /* Restore caches and PGE. */
1777         load_cr0(cr0);
1778         load_cr4(cr4);
1779 }
1780
1781 /*
1782  *      Initialize a vm_page's machine-dependent fields.
1783  */
1784 void
1785 pmap_page_init(vm_page_t m)
1786 {
1787
1788         TAILQ_INIT(&m->md.pv_list);
1789         m->md.pat_mode = PAT_WRITE_BACK;
1790 }
1791
1792 /*
1793  *      Initialize the pmap module.
1794  *      Called by vm_init, to initialize any structures that the pmap
1795  *      system needs to map virtual memory.
1796  */
1797 void
1798 pmap_init(void)
1799 {
1800         struct pmap_preinit_mapping *ppim;
1801         vm_page_t m, mpte;
1802         vm_size_t s;
1803         int error, i, pv_npg, ret, skz63;
1804
1805         /* L1TF, reserve page @0 unconditionally */
1806         vm_page_blacklist_add(0, bootverbose);
1807
1808         /* Detect bare-metal Skylake Server and Skylake-X. */
1809         if (vm_guest == VM_GUEST_NO && cpu_vendor_id == CPU_VENDOR_INTEL &&
1810             CPUID_TO_FAMILY(cpu_id) == 0x6 && CPUID_TO_MODEL(cpu_id) == 0x55) {
1811                 /*
1812                  * Skylake-X errata SKZ63. Processor May Hang When
1813                  * Executing Code In an HLE Transaction Region between
1814                  * 40000000H and 403FFFFFH.
1815                  *
1816                  * Mark the pages in the range as preallocated.  It
1817                  * seems to be impossible to distinguish between
1818                  * Skylake Server and Skylake X.
1819                  */
1820                 skz63 = 1;
1821                 TUNABLE_INT_FETCH("hw.skz63_enable", &skz63);
1822                 if (skz63 != 0) {
1823                         if (bootverbose)
1824                                 printf("SKZ63: skipping 4M RAM starting "
1825                                     "at physical 1G\n");
1826                         for (i = 0; i < atop(0x400000); i++) {
1827                                 ret = vm_page_blacklist_add(0x40000000 +
1828                                     ptoa(i), FALSE);
1829                                 if (!ret && bootverbose)
1830                                         printf("page at %#lx already used\n",
1831                                             0x40000000 + ptoa(i));
1832                         }
1833                 }
1834         }
1835
1836         /*
1837          * Initialize the vm page array entries for the kernel pmap's
1838          * page table pages.
1839          */ 
1840         PMAP_LOCK(kernel_pmap);
1841         for (i = 0; i < nkpt; i++) {
1842                 mpte = PHYS_TO_VM_PAGE(KPTphys + (i << PAGE_SHIFT));
1843                 KASSERT(mpte >= vm_page_array &&
1844                     mpte < &vm_page_array[vm_page_array_size],
1845                     ("pmap_init: page table page is out of range"));
1846                 mpte->pindex = pmap_pde_pindex(KERNBASE) + i;
1847                 mpte->phys_addr = KPTphys + (i << PAGE_SHIFT);
1848                 mpte->wire_count = 1;
1849
1850                 /*
1851                  * Collect the page table pages that were replaced by a 2MB
1852                  * page in create_pagetables().  They are zero filled.
1853                  */
1854                 if (i << PDRSHIFT < KERNend &&
1855                     pmap_insert_pt_page(kernel_pmap, mpte, false))
1856                         panic("pmap_init: pmap_insert_pt_page failed");
1857         }
1858         PMAP_UNLOCK(kernel_pmap);
1859         vm_wire_add(nkpt);
1860
1861         /*
1862          * If the kernel is running on a virtual machine, then it must assume
1863          * that MCA is enabled by the hypervisor.  Moreover, the kernel must
1864          * be prepared for the hypervisor changing the vendor and family that
1865          * are reported by CPUID.  Consequently, the workaround for AMD Family
1866          * 10h Erratum 383 is enabled if the processor's feature set does not
1867          * include at least one feature that is only supported by older Intel
1868          * or newer AMD processors.
1869          */
1870         if (vm_guest != VM_GUEST_NO && (cpu_feature & CPUID_SS) == 0 &&
1871             (cpu_feature2 & (CPUID2_SSSE3 | CPUID2_SSE41 | CPUID2_AESNI |
1872             CPUID2_AVX | CPUID2_XSAVE)) == 0 && (amd_feature2 & (AMDID2_XOP |
1873             AMDID2_FMA4)) == 0)
1874                 workaround_erratum383 = 1;
1875
1876         /*
1877          * Are large page mappings enabled?
1878          */
1879         TUNABLE_INT_FETCH("vm.pmap.pg_ps_enabled", &pg_ps_enabled);
1880         if (pg_ps_enabled) {
1881                 KASSERT(MAXPAGESIZES > 1 && pagesizes[1] == 0,
1882                     ("pmap_init: can't assign to pagesizes[1]"));
1883                 pagesizes[1] = NBPDR;
1884         }
1885
1886         /*
1887          * Initialize the pv chunk list mutex.
1888          */
1889         mtx_init(&pv_chunks_mutex, "pmap pv chunk list", NULL, MTX_DEF);
1890
1891         /*
1892          * Initialize the pool of pv list locks.
1893          */
1894         for (i = 0; i < NPV_LIST_LOCKS; i++)
1895                 rw_init(&pv_list_locks[i], "pmap pv list");
1896
1897         /*
1898          * Calculate the size of the pv head table for superpages.
1899          */
1900         pv_npg = howmany(vm_phys_segs[vm_phys_nsegs - 1].end, NBPDR);
1901
1902         /*
1903          * Allocate memory for the pv head table for superpages.
1904          */
1905         s = (vm_size_t)(pv_npg * sizeof(struct md_page));
1906         s = round_page(s);
1907         pv_table = (struct md_page *)kmem_malloc(s, M_WAITOK | M_ZERO);
1908         for (i = 0; i < pv_npg; i++)
1909                 TAILQ_INIT(&pv_table[i].pv_list);
1910         TAILQ_INIT(&pv_dummy.pv_list);
1911
1912         pmap_initialized = 1;
1913         for (i = 0; i < PMAP_PREINIT_MAPPING_COUNT; i++) {
1914                 ppim = pmap_preinit_mapping + i;
1915                 if (ppim->va == 0)
1916                         continue;
1917                 /* Make the direct map consistent */
1918                 if (ppim->pa < dmaplimit && ppim->pa + ppim->sz <= dmaplimit) {
1919                         (void)pmap_change_attr(PHYS_TO_DMAP(ppim->pa),
1920                             ppim->sz, ppim->mode);
1921                 }
1922                 if (!bootverbose)
1923                         continue;
1924                 printf("PPIM %u: PA=%#lx, VA=%#lx, size=%#lx, mode=%#x\n", i,
1925                     ppim->pa, ppim->va, ppim->sz, ppim->mode);
1926         }
1927
1928         mtx_init(&qframe_mtx, "qfrmlk", NULL, MTX_SPIN);
1929         error = vmem_alloc(kernel_arena, PAGE_SIZE, M_BESTFIT | M_WAITOK,
1930             (vmem_addr_t *)&qframe);
1931         if (error != 0)
1932                 panic("qframe allocation failed");
1933
1934         lm_ents = 8;
1935         TUNABLE_INT_FETCH("vm.pmap.large_map_pml4_entries", &lm_ents);
1936         if (lm_ents > LMEPML4I - LMSPML4I + 1)
1937                 lm_ents = LMEPML4I - LMSPML4I + 1;
1938         if (bootverbose)
1939                 printf("pmap: large map %u PML4 slots (%lu Gb)\n",
1940                     lm_ents, (u_long)lm_ents * (NBPML4 / 1024 / 1024 / 1024));
1941         if (lm_ents != 0) {
1942                 large_vmem = vmem_create("large", LARGEMAP_MIN_ADDRESS,
1943                     (vmem_size_t)lm_ents * NBPML4, PAGE_SIZE, 0, M_WAITOK);
1944                 if (large_vmem == NULL) {
1945                         printf("pmap: cannot create large map\n");
1946                         lm_ents = 0;
1947                 }
1948                 for (i = 0; i < lm_ents; i++) {
1949                         m = pmap_large_map_getptp_unlocked();
1950                         kernel_pmap->pm_pml4[LMSPML4I + i] = X86_PG_V |
1951                             X86_PG_RW | X86_PG_A | X86_PG_M | pg_nx |
1952                             VM_PAGE_TO_PHYS(m);
1953                 }
1954         }
1955 }
1956
1957 static SYSCTL_NODE(_vm_pmap, OID_AUTO, pde, CTLFLAG_RD, 0,
1958     "2MB page mapping counters");
1959
1960 static u_long pmap_pde_demotions;
1961 SYSCTL_ULONG(_vm_pmap_pde, OID_AUTO, demotions, CTLFLAG_RD,
1962     &pmap_pde_demotions, 0, "2MB page demotions");
1963
1964 static u_long pmap_pde_mappings;
1965 SYSCTL_ULONG(_vm_pmap_pde, OID_AUTO, mappings, CTLFLAG_RD,
1966     &pmap_pde_mappings, 0, "2MB page mappings");
1967
1968 static u_long pmap_pde_p_failures;
1969 SYSCTL_ULONG(_vm_pmap_pde, OID_AUTO, p_failures, CTLFLAG_RD,
1970     &pmap_pde_p_failures, 0, "2MB page promotion failures");
1971
1972 static u_long pmap_pde_promotions;
1973 SYSCTL_ULONG(_vm_pmap_pde, OID_AUTO, promotions, CTLFLAG_RD,
1974     &pmap_pde_promotions, 0, "2MB page promotions");
1975
1976 static SYSCTL_NODE(_vm_pmap, OID_AUTO, pdpe, CTLFLAG_RD, 0,
1977     "1GB page mapping counters");
1978
1979 static u_long pmap_pdpe_demotions;
1980 SYSCTL_ULONG(_vm_pmap_pdpe, OID_AUTO, demotions, CTLFLAG_RD,
1981     &pmap_pdpe_demotions, 0, "1GB page demotions");
1982
1983 /***************************************************
1984  * Low level helper routines.....
1985  ***************************************************/
1986
1987 static pt_entry_t
1988 pmap_swap_pat(pmap_t pmap, pt_entry_t entry)
1989 {
1990         int x86_pat_bits = X86_PG_PTE_PAT | X86_PG_PDE_PAT;
1991
1992         switch (pmap->pm_type) {
1993         case PT_X86:
1994         case PT_RVI:
1995                 /* Verify that both PAT bits are not set at the same time */
1996                 KASSERT((entry & x86_pat_bits) != x86_pat_bits,
1997                     ("Invalid PAT bits in entry %#lx", entry));
1998
1999                 /* Swap the PAT bits if one of them is set */
2000                 if ((entry & x86_pat_bits) != 0)
2001                         entry ^= x86_pat_bits;
2002                 break;
2003         case PT_EPT:
2004                 /*
2005                  * Nothing to do - the memory attributes are represented
2006                  * the same way for regular pages and superpages.
2007                  */
2008                 break;
2009         default:
2010                 panic("pmap_switch_pat_bits: bad pm_type %d", pmap->pm_type);
2011         }
2012
2013         return (entry);
2014 }
2015
2016 boolean_t
2017 pmap_is_valid_memattr(pmap_t pmap __unused, vm_memattr_t mode)
2018 {
2019
2020         return (mode >= 0 && mode < PAT_INDEX_SIZE &&
2021             pat_index[(int)mode] >= 0);
2022 }
2023
2024 /*
2025  * Determine the appropriate bits to set in a PTE or PDE for a specified
2026  * caching mode.
2027  */
2028 int
2029 pmap_cache_bits(pmap_t pmap, int mode, boolean_t is_pde)
2030 {
2031         int cache_bits, pat_flag, pat_idx;
2032
2033         if (!pmap_is_valid_memattr(pmap, mode))
2034                 panic("Unknown caching mode %d\n", mode);
2035
2036         switch (pmap->pm_type) {
2037         case PT_X86:
2038         case PT_RVI:
2039                 /* The PAT bit is different for PTE's and PDE's. */
2040                 pat_flag = is_pde ? X86_PG_PDE_PAT : X86_PG_PTE_PAT;
2041
2042                 /* Map the caching mode to a PAT index. */
2043                 pat_idx = pat_index[mode];
2044
2045                 /* Map the 3-bit index value into the PAT, PCD, and PWT bits. */
2046                 cache_bits = 0;
2047                 if (pat_idx & 0x4)
2048                         cache_bits |= pat_flag;
2049                 if (pat_idx & 0x2)
2050                         cache_bits |= PG_NC_PCD;
2051                 if (pat_idx & 0x1)
2052                         cache_bits |= PG_NC_PWT;
2053                 break;
2054
2055         case PT_EPT:
2056                 cache_bits = EPT_PG_IGNORE_PAT | EPT_PG_MEMORY_TYPE(mode);
2057                 break;
2058
2059         default:
2060                 panic("unsupported pmap type %d", pmap->pm_type);
2061         }
2062
2063         return (cache_bits);
2064 }
2065
2066 static int
2067 pmap_cache_mask(pmap_t pmap, boolean_t is_pde)
2068 {
2069         int mask;
2070
2071         switch (pmap->pm_type) {
2072         case PT_X86:
2073         case PT_RVI:
2074                 mask = is_pde ? X86_PG_PDE_CACHE : X86_PG_PTE_CACHE;
2075                 break;
2076         case PT_EPT:
2077                 mask = EPT_PG_IGNORE_PAT | EPT_PG_MEMORY_TYPE(0x7);
2078                 break;
2079         default:
2080                 panic("pmap_cache_mask: invalid pm_type %d", pmap->pm_type);
2081         }
2082
2083         return (mask);
2084 }
2085
2086 bool
2087 pmap_ps_enabled(pmap_t pmap)
2088 {
2089
2090         return (pg_ps_enabled && (pmap->pm_flags & PMAP_PDE_SUPERPAGE) != 0);
2091 }
2092
2093 static void
2094 pmap_update_pde_store(pmap_t pmap, pd_entry_t *pde, pd_entry_t newpde)
2095 {
2096
2097         switch (pmap->pm_type) {
2098         case PT_X86:
2099                 break;
2100         case PT_RVI:
2101         case PT_EPT:
2102                 /*
2103                  * XXX
2104                  * This is a little bogus since the generation number is
2105                  * supposed to be bumped up when a region of the address
2106                  * space is invalidated in the page tables.
2107                  *
2108                  * In this case the old PDE entry is valid but yet we want
2109                  * to make sure that any mappings using the old entry are
2110                  * invalidated in the TLB.
2111                  *
2112                  * The reason this works as expected is because we rendezvous
2113                  * "all" host cpus and force any vcpu context to exit as a
2114                  * side-effect.
2115                  */
2116                 atomic_add_acq_long(&pmap->pm_eptgen, 1);
2117                 break;
2118         default:
2119                 panic("pmap_update_pde_store: bad pm_type %d", pmap->pm_type);
2120         }
2121         pde_store(pde, newpde);
2122 }
2123
2124 /*
2125  * After changing the page size for the specified virtual address in the page
2126  * table, flush the corresponding entries from the processor's TLB.  Only the
2127  * calling processor's TLB is affected.
2128  *
2129  * The calling thread must be pinned to a processor.
2130  */
2131 static void
2132 pmap_update_pde_invalidate(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t newpde)
2133 {
2134         pt_entry_t PG_G;
2135
2136         if (pmap_type_guest(pmap))
2137                 return;
2138
2139         KASSERT(pmap->pm_type == PT_X86,
2140             ("pmap_update_pde_invalidate: invalid type %d", pmap->pm_type));
2141
2142         PG_G = pmap_global_bit(pmap);
2143
2144         if ((newpde & PG_PS) == 0)
2145                 /* Demotion: flush a specific 2MB page mapping. */
2146                 invlpg(va);
2147         else if ((newpde & PG_G) == 0)
2148                 /*
2149                  * Promotion: flush every 4KB page mapping from the TLB
2150                  * because there are too many to flush individually.
2151                  */
2152                 invltlb();
2153         else {
2154                 /*
2155                  * Promotion: flush every 4KB page mapping from the TLB,
2156                  * including any global (PG_G) mappings.
2157                  */
2158                 invltlb_glob();
2159         }
2160 }
2161 #ifdef SMP
2162
2163 /*
2164  * For SMP, these functions have to use the IPI mechanism for coherence.
2165  *
2166  * N.B.: Before calling any of the following TLB invalidation functions,
2167  * the calling processor must ensure that all stores updating a non-
2168  * kernel page table are globally performed.  Otherwise, another
2169  * processor could cache an old, pre-update entry without being
2170  * invalidated.  This can happen one of two ways: (1) The pmap becomes
2171  * active on another processor after its pm_active field is checked by
2172  * one of the following functions but before a store updating the page
2173  * table is globally performed. (2) The pmap becomes active on another
2174  * processor before its pm_active field is checked but due to
2175  * speculative loads one of the following functions stills reads the
2176  * pmap as inactive on the other processor.
2177  * 
2178  * The kernel page table is exempt because its pm_active field is
2179  * immutable.  The kernel page table is always active on every
2180  * processor.
2181  */
2182
2183 /*
2184  * Interrupt the cpus that are executing in the guest context.
2185  * This will force the vcpu to exit and the cached EPT mappings
2186  * will be invalidated by the host before the next vmresume.
2187  */
2188 static __inline void
2189 pmap_invalidate_ept(pmap_t pmap)
2190 {
2191         int ipinum;
2192
2193         sched_pin();
2194         KASSERT(!CPU_ISSET(curcpu, &pmap->pm_active),
2195             ("pmap_invalidate_ept: absurd pm_active"));
2196
2197         /*
2198          * The TLB mappings associated with a vcpu context are not
2199          * flushed each time a different vcpu is chosen to execute.
2200          *
2201          * This is in contrast with a process's vtop mappings that
2202          * are flushed from the TLB on each context switch.
2203          *
2204          * Therefore we need to do more than just a TLB shootdown on
2205          * the active cpus in 'pmap->pm_active'. To do this we keep
2206          * track of the number of invalidations performed on this pmap.
2207          *
2208          * Each vcpu keeps a cache of this counter and compares it
2209          * just before a vmresume. If the counter is out-of-date an
2210          * invept will be done to flush stale mappings from the TLB.
2211          */
2212         atomic_add_acq_long(&pmap->pm_eptgen, 1);
2213
2214         /*
2215          * Force the vcpu to exit and trap back into the hypervisor.
2216          */
2217         ipinum = pmap->pm_flags & PMAP_NESTED_IPIMASK;
2218         ipi_selected(pmap->pm_active, ipinum);
2219         sched_unpin();
2220 }
2221
2222 static cpuset_t
2223 pmap_invalidate_cpu_mask(pmap_t pmap)
2224 {
2225
2226         return (pmap == kernel_pmap ? all_cpus : pmap->pm_active);
2227 }
2228
2229 static inline void
2230 pmap_invalidate_page_pcid(pmap_t pmap, vm_offset_t va,
2231     const bool invpcid_works1)
2232 {
2233         struct invpcid_descr d;
2234         uint64_t kcr3, ucr3;
2235         uint32_t pcid;
2236         u_int cpuid, i;
2237
2238         cpuid = PCPU_GET(cpuid);
2239         if (pmap == PCPU_GET(curpmap)) {
2240                 if (pmap->pm_ucr3 != PMAP_NO_CR3) {
2241                         /*
2242                          * Because pm_pcid is recalculated on a
2243                          * context switch, we must disable switching.
2244                          * Otherwise, we might use a stale value
2245                          * below.
2246                          */
2247                         critical_enter();
2248                         pcid = pmap->pm_pcids[cpuid].pm_pcid;
2249                         if (invpcid_works1) {
2250                                 d.pcid = pcid | PMAP_PCID_USER_PT;
2251                                 d.pad = 0;
2252                                 d.addr = va;
2253                                 invpcid(&d, INVPCID_ADDR);
2254                         } else {
2255                                 kcr3 = pmap->pm_cr3 | pcid | CR3_PCID_SAVE;
2256                                 ucr3 = pmap->pm_ucr3 | pcid |
2257                                     PMAP_PCID_USER_PT | CR3_PCID_SAVE;
2258                                 pmap_pti_pcid_invlpg(ucr3, kcr3, va);
2259                         }
2260                         critical_exit();
2261                 }
2262         } else
2263                 pmap->pm_pcids[cpuid].pm_gen = 0;
2264
2265         CPU_FOREACH(i) {
2266                 if (cpuid != i)
2267                         pmap->pm_pcids[i].pm_gen = 0;
2268         }
2269
2270         /*
2271          * The fence is between stores to pm_gen and the read of the
2272          * pm_active mask.  We need to ensure that it is impossible
2273          * for us to miss the bit update in pm_active and
2274          * simultaneously observe a non-zero pm_gen in
2275          * pmap_activate_sw(), otherwise TLB update is missed.
2276          * Without the fence, IA32 allows such an outcome.  Note that
2277          * pm_active is updated by a locked operation, which provides
2278          * the reciprocal fence.
2279          */
2280         atomic_thread_fence_seq_cst();
2281 }
2282
2283 static void
2284 pmap_invalidate_page_pcid_invpcid(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
2285 {
2286
2287         pmap_invalidate_page_pcid(pmap, va, true);
2288 }
2289
2290 static void
2291 pmap_invalidate_page_pcid_noinvpcid(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
2292 {
2293
2294         pmap_invalidate_page_pcid(pmap, va, false);
2295 }
2296
2297 static void
2298 pmap_invalidate_page_nopcid(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
2299 {
2300 }
2301
2302 DEFINE_IFUNC(static, void, pmap_invalidate_page_mode, (pmap_t, vm_offset_t),
2303     static)
2304 {
2305
2306         if (pmap_pcid_enabled)
2307                 return (invpcid_works ? pmap_invalidate_page_pcid_invpcid :
2308                     pmap_invalidate_page_pcid_noinvpcid);
2309         return (pmap_invalidate_page_nopcid);
2310 }
2311
2312 void
2313 pmap_invalidate_page(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
2314 {
2315
2316         if (pmap_type_guest(pmap)) {
2317                 pmap_invalidate_ept(pmap);
2318                 return;
2319         }
2320
2321         KASSERT(pmap->pm_type == PT_X86,
2322             ("pmap_invalidate_page: invalid type %d", pmap->pm_type));
2323
2324         sched_pin();
2325         if (pmap == kernel_pmap) {
2326                 invlpg(va);
2327         } else {
2328                 if (pmap == PCPU_GET(curpmap))
2329                         invlpg(va);
2330                 pmap_invalidate_page_mode(pmap, va);
2331         }
2332         smp_masked_invlpg(pmap_invalidate_cpu_mask(pmap), va, pmap);
2333         sched_unpin();
2334 }
2335
2336 /* 4k PTEs -- Chosen to exceed the total size of Broadwell L2 TLB */
2337 #define PMAP_INVLPG_THRESHOLD   (4 * 1024 * PAGE_SIZE)
2338
2339 static void
2340 pmap_invalidate_range_pcid(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva,
2341     const bool invpcid_works1)
2342 {
2343         struct invpcid_descr d;
2344         uint64_t kcr3, ucr3;
2345         uint32_t pcid;
2346         u_int cpuid, i;
2347
2348         cpuid = PCPU_GET(cpuid);
2349         if (pmap == PCPU_GET(curpmap)) {
2350                 if (pmap->pm_ucr3 != PMAP_NO_CR3) {
2351                         critical_enter();
2352                         pcid = pmap->pm_pcids[cpuid].pm_pcid;
2353                         if (invpcid_works1) {
2354                                 d.pcid = pcid | PMAP_PCID_USER_PT;
2355                                 d.pad = 0;
2356                                 d.addr = sva;
2357                                 for (; d.addr < eva; d.addr += PAGE_SIZE)
2358                                         invpcid(&d, INVPCID_ADDR);
2359                         } else {
2360                                 kcr3 = pmap->pm_cr3 | pcid | CR3_PCID_SAVE;
2361                                 ucr3 = pmap->pm_ucr3 | pcid |
2362                                     PMAP_PCID_USER_PT | CR3_PCID_SAVE;
2363                                 pmap_pti_pcid_invlrng(ucr3, kcr3, sva, eva);
2364                         }
2365                         critical_exit();
2366                 }
2367         } else
2368                 pmap->pm_pcids[cpuid].pm_gen = 0;
2369
2370         CPU_FOREACH(i) {
2371                 if (cpuid != i)
2372                         pmap->pm_pcids[i].pm_gen = 0;
2373         }
2374         /* See the comment in pmap_invalidate_page_pcid(). */
2375         atomic_thread_fence_seq_cst();
2376 }
2377
2378 static void
2379 pmap_invalidate_range_pcid_invpcid(pmap_t pmap, vm_offset_t sva,
2380     vm_offset_t eva)
2381 {
2382
2383         pmap_invalidate_range_pcid(pmap, sva, eva, true);
2384 }
2385
2386 static void
2387 pmap_invalidate_range_pcid_noinvpcid(pmap_t pmap, vm_offset_t sva,
2388     vm_offset_t eva)
2389 {
2390
2391         pmap_invalidate_range_pcid(pmap, sva, eva, false);
2392 }
2393
2394 static void
2395 pmap_invalidate_range_nopcid(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
2396 {
2397 }
2398
2399 DEFINE_IFUNC(static, void, pmap_invalidate_range_mode, (pmap_t, vm_offset_t,
2400     vm_offset_t), static)
2401 {
2402
2403         if (pmap_pcid_enabled)
2404                 return (invpcid_works ? pmap_invalidate_range_pcid_invpcid :
2405                     pmap_invalidate_range_pcid_noinvpcid);
2406         return (pmap_invalidate_range_nopcid);
2407 }
2408
2409 void
2410 pmap_invalidate_range(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
2411 {
2412         vm_offset_t addr;
2413
2414         if (eva - sva >= PMAP_INVLPG_THRESHOLD) {
2415                 pmap_invalidate_all(pmap);
2416                 return;
2417         }
2418
2419         if (pmap_type_guest(pmap)) {
2420                 pmap_invalidate_ept(pmap);
2421                 return;
2422         }
2423
2424         KASSERT(pmap->pm_type == PT_X86,
2425             ("pmap_invalidate_range: invalid type %d", pmap->pm_type));
2426
2427         sched_pin();
2428         if (pmap == kernel_pmap) {
2429                 for (addr = sva; addr < eva; addr += PAGE_SIZE)
2430                         invlpg(addr);
2431         } else {
2432                 if (pmap == PCPU_GET(curpmap)) {
2433                         for (addr = sva; addr < eva; addr += PAGE_SIZE)
2434                                 invlpg(addr);
2435                 }
2436                 pmap_invalidate_range_mode(pmap, sva, eva);
2437         }
2438         smp_masked_invlpg_range(pmap_invalidate_cpu_mask(pmap), sva, eva, pmap);
2439         sched_unpin();
2440 }
2441
2442 static inline void
2443 pmap_invalidate_all_pcid(pmap_t pmap, bool invpcid_works1)
2444 {
2445         struct invpcid_descr d;
2446         uint64_t kcr3, ucr3;
2447         uint32_t pcid;
2448         u_int cpuid, i;
2449
2450         if (pmap == kernel_pmap) {
2451                 if (invpcid_works1) {
2452                         bzero(&d, sizeof(d));
2453                         invpcid(&d, INVPCID_CTXGLOB);
2454                 } else {
2455                         invltlb_glob();
2456                 }
2457         } else {
2458                 cpuid = PCPU_GET(cpuid);
2459                 if (pmap == PCPU_GET(curpmap)) {
2460                         critical_enter();
2461                         pcid = pmap->pm_pcids[cpuid].pm_pcid;
2462                         if (invpcid_works1) {
2463                                 d.pcid = pcid;
2464                                 d.pad = 0;
2465                                 d.addr = 0;
2466                                 invpcid(&d, INVPCID_CTX);
2467                                 if (pmap->pm_ucr3 != PMAP_NO_CR3) {
2468                                         d.pcid |= PMAP_PCID_USER_PT;
2469                                         invpcid(&d, INVPCID_CTX);
2470                                 }
2471                         } else {
2472                                 kcr3 = pmap->pm_cr3 | pcid;
2473                                 ucr3 = pmap->pm_ucr3;
2474                                 if (ucr3 != PMAP_NO_CR3) {
2475                                         ucr3 |= pcid | PMAP_PCID_USER_PT;
2476                                         pmap_pti_pcid_invalidate(ucr3, kcr3);
2477                                 } else {
2478                                         load_cr3(kcr3);
2479                                 }
2480                         }
2481                         critical_exit();
2482                 } else
2483                         pmap->pm_pcids[cpuid].pm_gen = 0;
2484                 CPU_FOREACH(i) {
2485                         if (cpuid != i)
2486                                 pmap->pm_pcids[i].pm_gen = 0;
2487                 }
2488         }
2489         /* See the comment in pmap_invalidate_page_pcid(). */
2490         atomic_thread_fence_seq_cst();
2491 }
2492
2493 static void
2494 pmap_invalidate_all_pcid_invpcid(pmap_t pmap)
2495 {
2496
2497         pmap_invalidate_all_pcid(pmap, true);
2498 }
2499
2500 static void
2501 pmap_invalidate_all_pcid_noinvpcid(pmap_t pmap)
2502 {
2503
2504         pmap_invalidate_all_pcid(pmap, false);
2505 }
2506
2507 static void
2508 pmap_invalidate_all_nopcid(pmap_t pmap)
2509 {
2510
2511         if (pmap == kernel_pmap)
2512                 invltlb_glob();
2513         else if (pmap == PCPU_GET(curpmap))
2514                 invltlb();
2515 }
2516
2517 DEFINE_IFUNC(static, void, pmap_invalidate_all_mode, (pmap_t), static)
2518 {
2519
2520         if (pmap_pcid_enabled)
2521                 return (invpcid_works ? pmap_invalidate_all_pcid_invpcid :
2522                     pmap_invalidate_all_pcid_noinvpcid);
2523         return (pmap_invalidate_all_nopcid);
2524 }
2525
2526 void
2527 pmap_invalidate_all(pmap_t pmap)
2528 {
2529
2530         if (pmap_type_guest(pmap)) {
2531                 pmap_invalidate_ept(pmap);
2532                 return;
2533         }
2534
2535         KASSERT(pmap->pm_type == PT_X86,
2536             ("pmap_invalidate_all: invalid type %d", pmap->pm_type));
2537
2538         sched_pin();
2539         pmap_invalidate_all_mode(pmap);
2540         smp_masked_invltlb(pmap_invalidate_cpu_mask(pmap), pmap);
2541         sched_unpin();
2542 }
2543
2544 void
2545 pmap_invalidate_cache(void)
2546 {
2547
2548         sched_pin();
2549         wbinvd();
2550         smp_cache_flush();
2551         sched_unpin();
2552 }
2553
2554 struct pde_action {
2555         cpuset_t invalidate;    /* processors that invalidate their TLB */
2556         pmap_t pmap;
2557         vm_offset_t va;
2558         pd_entry_t *pde;
2559         pd_entry_t newpde;
2560         u_int store;            /* processor that updates the PDE */
2561 };
2562
2563 static void
2564 pmap_update_pde_action(void *arg)
2565 {
2566         struct pde_action *act = arg;
2567
2568         if (act->store == PCPU_GET(cpuid))
2569                 pmap_update_pde_store(act->pmap, act->pde, act->newpde);
2570 }
2571
2572 static void
2573 pmap_update_pde_teardown(void *arg)
2574 {
2575         struct pde_action *act = arg;
2576
2577         if (CPU_ISSET(PCPU_GET(cpuid), &act->invalidate))
2578                 pmap_update_pde_invalidate(act->pmap, act->va, act->newpde);
2579 }
2580
2581 /*
2582  * Change the page size for the specified virtual address in a way that
2583  * prevents any possibility of the TLB ever having two entries that map the
2584  * same virtual address using different page sizes.  This is the recommended
2585  * workaround for Erratum 383 on AMD Family 10h processors.  It prevents a
2586  * machine check exception for a TLB state that is improperly diagnosed as a
2587  * hardware error.
2588  */
2589 static void
2590 pmap_update_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t *pde, pd_entry_t newpde)
2591 {
2592         struct pde_action act;
2593         cpuset_t active, other_cpus;
2594         u_int cpuid;
2595
2596         sched_pin();
2597         cpuid = PCPU_GET(cpuid);
2598         other_cpus = all_cpus;
2599         CPU_CLR(cpuid, &other_cpus);
2600         if (pmap == kernel_pmap || pmap_type_guest(pmap)) 
2601                 active = all_cpus;
2602         else {
2603                 active = pmap->pm_active;
2604         }
2605         if (CPU_OVERLAP(&active, &other_cpus)) { 
2606                 act.store = cpuid;
2607                 act.invalidate = active;
2608                 act.va = va;
2609                 act.pmap = pmap;
2610                 act.pde = pde;
2611                 act.newpde = newpde;
2612                 CPU_SET(cpuid, &active);
2613                 smp_rendezvous_cpus(active,
2614                     smp_no_rendezvous_barrier, pmap_update_pde_action,
2615                     pmap_update_pde_teardown, &act);
2616         } else {
2617                 pmap_update_pde_store(pmap, pde, newpde);
2618                 if (CPU_ISSET(cpuid, &active))
2619                         pmap_update_pde_invalidate(pmap, va, newpde);
2620         }
2621         sched_unpin();
2622 }
2623 #else /* !SMP */
2624 /*
2625  * Normal, non-SMP, invalidation functions.
2626  */
2627 void
2628 pmap_invalidate_page(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
2629 {
2630         struct invpcid_descr d;
2631         uint64_t kcr3, ucr3;
2632         uint32_t pcid;
2633
2634         if (pmap->pm_type == PT_RVI || pmap->pm_type == PT_EPT) {
2635                 pmap->pm_eptgen++;
2636                 return;
2637         }
2638         KASSERT(pmap->pm_type == PT_X86,
2639             ("pmap_invalidate_range: unknown type %d", pmap->pm_type));
2640
2641         if (pmap == kernel_pmap || pmap == PCPU_GET(curpmap)) {
2642                 invlpg(va);
2643                 if (pmap == PCPU_GET(curpmap) && pmap_pcid_enabled &&
2644                     pmap->pm_ucr3 != PMAP_NO_CR3) {
2645                         critical_enter();
2646                         pcid = pmap->pm_pcids[0].pm_pcid;
2647                         if (invpcid_works) {
2648                                 d.pcid = pcid | PMAP_PCID_USER_PT;
2649                                 d.pad = 0;
2650                                 d.addr = va;
2651                                 invpcid(&d, INVPCID_ADDR);
2652                         } else {
2653                                 kcr3 = pmap->pm_cr3 | pcid | CR3_PCID_SAVE;
2654                                 ucr3 = pmap->pm_ucr3 | pcid |
2655                                     PMAP_PCID_USER_PT | CR3_PCID_SAVE;
2656                                 pmap_pti_pcid_invlpg(ucr3, kcr3, va);
2657                         }
2658                         critical_exit();
2659                 }
2660         } else if (pmap_pcid_enabled)
2661                 pmap->pm_pcids[0].pm_gen = 0;
2662 }
2663
2664 void
2665 pmap_invalidate_range(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
2666 {
2667         struct invpcid_descr d;
2668         vm_offset_t addr;
2669         uint64_t kcr3, ucr3;
2670
2671         if (pmap->pm_type == PT_RVI || pmap->pm_type == PT_EPT) {
2672                 pmap->pm_eptgen++;
2673                 return;
2674         }
2675         KASSERT(pmap->pm_type == PT_X86,
2676             ("pmap_invalidate_range: unknown type %d", pmap->pm_type));
2677
2678         if (pmap == kernel_pmap || pmap == PCPU_GET(curpmap)) {
2679                 for (addr = sva; addr < eva; addr += PAGE_SIZE)
2680                         invlpg(addr);
2681                 if (pmap == PCPU_GET(curpmap) && pmap_pcid_enabled &&
2682                     pmap->pm_ucr3 != PMAP_NO_CR3) {
2683                         critical_enter();
2684                         if (invpcid_works) {
2685                                 d.pcid = pmap->pm_pcids[0].pm_pcid |
2686                                     PMAP_PCID_USER_PT;
2687                                 d.pad = 0;
2688                                 d.addr = sva;
2689                                 for (; d.addr < eva; d.addr += PAGE_SIZE)
2690                                         invpcid(&d, INVPCID_ADDR);
2691                         } else {
2692                                 kcr3 = pmap->pm_cr3 | pmap->pm_pcids[0].
2693                                     pm_pcid | CR3_PCID_SAVE;
2694                                 ucr3 = pmap->pm_ucr3 | pmap->pm_pcids[0].
2695                                     pm_pcid | PMAP_PCID_USER_PT | CR3_PCID_SAVE;
2696                                 pmap_pti_pcid_invlrng(ucr3, kcr3, sva, eva);
2697                         }
2698                         critical_exit();
2699                 }
2700         } else if (pmap_pcid_enabled) {
2701                 pmap->pm_pcids[0].pm_gen = 0;
2702         }
2703 }
2704
2705 void
2706 pmap_invalidate_all(pmap_t pmap)
2707 {
2708         struct invpcid_descr d;
2709         uint64_t kcr3, ucr3;
2710
2711         if (pmap->pm_type == PT_RVI || pmap->pm_type == PT_EPT) {
2712                 pmap->pm_eptgen++;
2713                 return;
2714         }
2715         KASSERT(pmap->pm_type == PT_X86,
2716             ("pmap_invalidate_all: unknown type %d", pmap->pm_type));
2717
2718         if (pmap == kernel_pmap) {
2719                 if (pmap_pcid_enabled && invpcid_works) {
2720                         bzero(&d, sizeof(d));
2721                         invpcid(&d, INVPCID_CTXGLOB);
2722                 } else {
2723                         invltlb_glob();
2724                 }
2725         } else if (pmap == PCPU_GET(curpmap)) {
2726                 if (pmap_pcid_enabled) {
2727                         critical_enter();
2728                         if (invpcid_works) {
2729                                 d.pcid = pmap->pm_pcids[0].pm_pcid;
2730                                 d.pad = 0;
2731                                 d.addr = 0;
2732                                 invpcid(&d, INVPCID_CTX);
2733                                 if (pmap->pm_ucr3 != PMAP_NO_CR3) {
2734                                         d.pcid |= PMAP_PCID_USER_PT;
2735                                         invpcid(&d, INVPCID_CTX);
2736                                 }
2737                         } else {
2738                                 kcr3 = pmap->pm_cr3 | pmap->pm_pcids[0].pm_pcid;
2739                                 if (pmap->pm_ucr3 != PMAP_NO_CR3) {
2740                                         ucr3 = pmap->pm_ucr3 | pmap->pm_pcids[
2741                                             0].pm_pcid | PMAP_PCID_USER_PT;
2742                                         pmap_pti_pcid_invalidate(ucr3, kcr3);
2743                                 } else
2744                                         load_cr3(kcr3);
2745                         }
2746                         critical_exit();
2747                 } else {
2748                         invltlb();
2749                 }
2750         } else if (pmap_pcid_enabled) {
2751                 pmap->pm_pcids[0].pm_gen = 0;
2752         }
2753 }
2754
2755 PMAP_INLINE void
2756 pmap_invalidate_cache(void)
2757 {
2758
2759         wbinvd();
2760 }
2761
2762 static void
2763 pmap_update_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t *pde, pd_entry_t newpde)
2764 {
2765
2766         pmap_update_pde_store(pmap, pde, newpde);
2767         if (pmap == kernel_pmap || pmap == PCPU_GET(curpmap))
2768                 pmap_update_pde_invalidate(pmap, va, newpde);
2769         else
2770                 pmap->pm_pcids[0].pm_gen = 0;
2771 }
2772 #endif /* !SMP */
2773
2774 static void
2775 pmap_invalidate_pde_page(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t pde)
2776 {
2777
2778         /*
2779          * When the PDE has PG_PROMOTED set, the 2MB page mapping was created
2780          * by a promotion that did not invalidate the 512 4KB page mappings
2781          * that might exist in the TLB.  Consequently, at this point, the TLB
2782          * may hold both 4KB and 2MB page mappings for the address range [va,
2783          * va + NBPDR).  Therefore, the entire range must be invalidated here.
2784          * In contrast, when PG_PROMOTED is clear, the TLB will not hold any
2785          * 4KB page mappings for the address range [va, va + NBPDR), and so a
2786          * single INVLPG suffices to invalidate the 2MB page mapping from the
2787          * TLB.
2788          */
2789         if ((pde & PG_PROMOTED) != 0)
2790                 pmap_invalidate_range(pmap, va, va + NBPDR - 1);
2791         else
2792                 pmap_invalidate_page(pmap, va);
2793 }
2794
2795 DEFINE_IFUNC(, void, pmap_invalidate_cache_range,
2796     (vm_offset_t sva, vm_offset_t eva), static)
2797 {
2798
2799         if ((cpu_feature & CPUID_SS) != 0)
2800                 return (pmap_invalidate_cache_range_selfsnoop);
2801         if ((cpu_feature & CPUID_CLFSH) != 0)
2802                 return (pmap_force_invalidate_cache_range);
2803         return (pmap_invalidate_cache_range_all);
2804 }
2805
2806 #define PMAP_CLFLUSH_THRESHOLD   (2 * 1024 * 1024)
2807
2808 static void
2809 pmap_invalidate_cache_range_check_align(vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
2810 {
2811
2812         KASSERT((sva & PAGE_MASK) == 0,
2813             ("pmap_invalidate_cache_range: sva not page-aligned"));
2814         KASSERT((eva & PAGE_MASK) == 0,
2815             ("pmap_invalidate_cache_range: eva not page-aligned"));
2816 }
2817
2818 static void
2819 pmap_invalidate_cache_range_selfsnoop(vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
2820 {
2821
2822         pmap_invalidate_cache_range_check_align(sva, eva);
2823 }
2824
2825 void
2826 pmap_force_invalidate_cache_range(vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
2827 {
2828
2829         sva &= ~(vm_offset_t)(cpu_clflush_line_size - 1);
2830
2831         /*
2832          * XXX: Some CPUs fault, hang, or trash the local APIC
2833          * registers if we use CLFLUSH on the local APIC range.  The
2834          * local APIC is always uncached, so we don't need to flush
2835          * for that range anyway.
2836          */
2837         if (pmap_kextract(sva) == lapic_paddr)
2838                 return;
2839
2840         if ((cpu_stdext_feature & CPUID_STDEXT_CLFLUSHOPT) != 0) {
2841                 /*
2842                  * Do per-cache line flush.  Use the sfence
2843                  * instruction to insure that previous stores are
2844                  * included in the write-back.  The processor
2845                  * propagates flush to other processors in the cache
2846                  * coherence domain.
2847                  */
2848                 sfence();
2849                 for (; sva < eva; sva += cpu_clflush_line_size)
2850                         clflushopt(sva);
2851                 sfence();
2852         } else {
2853                 /*
2854                  * Writes are ordered by CLFLUSH on Intel CPUs.
2855                  */
2856                 if (cpu_vendor_id != CPU_VENDOR_INTEL)
2857                         mfence();
2858                 for (; sva < eva; sva += cpu_clflush_line_size)
2859                         clflush(sva);
2860                 if (cpu_vendor_id != CPU_VENDOR_INTEL)
2861                         mfence();
2862         }
2863 }
2864
2865 static void
2866 pmap_invalidate_cache_range_all(vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
2867 {
2868
2869         pmap_invalidate_cache_range_check_align(sva, eva);
2870         pmap_invalidate_cache();
2871 }
2872
2873 /*
2874  * Remove the specified set of pages from the data and instruction caches.
2875  *
2876  * In contrast to pmap_invalidate_cache_range(), this function does not
2877  * rely on the CPU's self-snoop feature, because it is intended for use
2878  * when moving pages into a different cache domain.
2879  */
2880 void
2881 pmap_invalidate_cache_pages(vm_page_t *pages, int count)
2882 {
2883         vm_offset_t daddr, eva;
2884         int i;
2885         bool useclflushopt;
2886
2887         useclflushopt = (cpu_stdext_feature & CPUID_STDEXT_CLFLUSHOPT) != 0;
2888         if (count >= PMAP_CLFLUSH_THRESHOLD / PAGE_SIZE ||
2889             ((cpu_feature & CPUID_CLFSH) == 0 && !useclflushopt))
2890                 pmap_invalidate_cache();
2891         else {
2892                 if (useclflushopt)
2893                         sfence();
2894                 else if (cpu_vendor_id != CPU_VENDOR_INTEL)
2895                         mfence();
2896                 for (i = 0; i < count; i++) {
2897                         daddr = PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(pages[i]));
2898                         eva = daddr + PAGE_SIZE;
2899                         for (; daddr < eva; daddr += cpu_clflush_line_size) {
2900                                 if (useclflushopt)
2901                                         clflushopt(daddr);
2902                                 else
2903                                         clflush(daddr);
2904                         }
2905                 }
2906                 if (useclflushopt)
2907                         sfence();
2908                 else if (cpu_vendor_id != CPU_VENDOR_INTEL)
2909                         mfence();
2910         }
2911 }
2912
2913 void
2914 pmap_flush_cache_range(vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
2915 {
2916
2917         pmap_invalidate_cache_range_check_align(sva, eva);
2918
2919         if ((cpu_stdext_feature & CPUID_STDEXT_CLWB) == 0) {
2920                 pmap_force_invalidate_cache_range(sva, eva);
2921                 return;
2922         }
2923
2924         /* See comment in pmap_force_invalidate_cache_range(). */
2925         if (pmap_kextract(sva) == lapic_paddr)
2926                 return;
2927
2928         sfence();
2929         for (; sva < eva; sva += cpu_clflush_line_size)
2930                 clwb(sva);
2931         sfence();
2932 }
2933
2934 void
2935 pmap_flush_cache_phys_range(vm_paddr_t spa, vm_paddr_t epa, vm_memattr_t mattr)
2936 {
2937         pt_entry_t *pte;
2938         vm_offset_t vaddr;
2939         int error, pte_bits;
2940
2941         KASSERT((spa & PAGE_MASK) == 0,
2942             ("pmap_flush_cache_phys_range: spa not page-aligned"));
2943         KASSERT((epa & PAGE_MASK) == 0,
2944             ("pmap_flush_cache_phys_range: epa not page-aligned"));
2945
2946         if (spa < dmaplimit) {
2947                 pmap_flush_cache_range(PHYS_TO_DMAP(spa), PHYS_TO_DMAP(MIN(
2948                     dmaplimit, epa)));
2949                 if (dmaplimit >= epa)
2950                         return;
2951                 spa = dmaplimit;
2952         }
2953
2954         pte_bits = pmap_cache_bits(kernel_pmap, mattr, 0) | X86_PG_RW |
2955             X86_PG_V;
2956         error = vmem_alloc(kernel_arena, PAGE_SIZE, M_BESTFIT | M_WAITOK,
2957             &vaddr);
2958         KASSERT(error == 0, ("vmem_alloc failed: %d", error));
2959         pte = vtopte(vaddr);
2960         for (; spa < epa; spa += PAGE_SIZE) {
2961                 sched_pin();
2962                 pte_store(pte, spa | pte_bits);
2963                 invlpg(vaddr);
2964                 /* XXXKIB sfences inside flush_cache_range are excessive */
2965                 pmap_flush_cache_range(vaddr, vaddr + PAGE_SIZE);
2966                 sched_unpin();
2967         }
2968         vmem_free(kernel_arena, vaddr, PAGE_SIZE);
2969 }
2970
2971 /*
2972  *      Routine:        pmap_extract
2973  *      Function:
2974  *              Extract the physical page address associated
2975  *              with the given map/virtual_address pair.
2976  */
2977 vm_paddr_t 
2978 pmap_extract(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
2979 {
2980         pdp_entry_t *pdpe;
2981         pd_entry_t *pde;
2982         pt_entry_t *pte, PG_V;
2983         vm_paddr_t pa;
2984
2985         pa = 0;
2986         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
2987         PMAP_LOCK(pmap);
2988         pdpe = pmap_pdpe(pmap, va);
2989         if (pdpe != NULL && (*pdpe & PG_V) != 0) {
2990                 if ((*pdpe & PG_PS) != 0)
2991                         pa = (*pdpe & PG_PS_FRAME) | (va & PDPMASK);
2992                 else {
2993                         pde = pmap_pdpe_to_pde(pdpe, va);
2994                         if ((*pde & PG_V) != 0) {
2995                                 if ((*pde & PG_PS) != 0) {
2996                                         pa = (*pde & PG_PS_FRAME) |
2997                                             (va & PDRMASK);
2998                                 } else {
2999                                         pte = pmap_pde_to_pte(pde, va);
3000                                         pa = (*pte & PG_FRAME) |
3001                                             (va & PAGE_MASK);
3002                                 }
3003                         }
3004                 }
3005         }
3006         PMAP_UNLOCK(pmap);
3007         return (pa);
3008 }
3009
3010 /*
3011  *      Routine:        pmap_extract_and_hold
3012  *      Function:
3013  *              Atomically extract and hold the physical page
3014  *              with the given pmap and virtual address pair
3015  *              if that mapping permits the given protection.
3016  */
3017 vm_page_t
3018 pmap_extract_and_hold(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_prot_t prot)
3019 {
3020         pd_entry_t pde, *pdep;
3021         pt_entry_t pte, PG_RW, PG_V;
3022         vm_paddr_t pa;
3023         vm_page_t m;
3024
3025         pa = 0;
3026         m = NULL;
3027         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
3028         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
3029         PMAP_LOCK(pmap);
3030 retry:
3031         pdep = pmap_pde(pmap, va);
3032         if (pdep != NULL && (pde = *pdep)) {
3033                 if (pde & PG_PS) {
3034                         if ((pde & PG_RW) || (prot & VM_PROT_WRITE) == 0) {
3035                                 if (vm_page_pa_tryrelock(pmap, (pde &
3036                                     PG_PS_FRAME) | (va & PDRMASK), &pa))
3037                                         goto retry;
3038                                 m = PHYS_TO_VM_PAGE(pa);
3039                         }
3040                 } else {
3041                         pte = *pmap_pde_to_pte(pdep, va);
3042                         if ((pte & PG_V) &&
3043                             ((pte & PG_RW) || (prot & VM_PROT_WRITE) == 0)) {
3044                                 if (vm_page_pa_tryrelock(pmap, pte & PG_FRAME,
3045                                     &pa))
3046                                         goto retry;
3047                                 m = PHYS_TO_VM_PAGE(pa);
3048                         }
3049                 }
3050                 if (m != NULL)
3051                         vm_page_hold(m);
3052         }
3053         PA_UNLOCK_COND(pa);
3054         PMAP_UNLOCK(pmap);
3055         return (m);
3056 }
3057
3058 vm_paddr_t
3059 pmap_kextract(vm_offset_t va)
3060 {
3061         pd_entry_t pde;
3062         vm_paddr_t pa;
3063
3064         if (va >= DMAP_MIN_ADDRESS && va < DMAP_MAX_ADDRESS) {
3065                 pa = DMAP_TO_PHYS(va);
3066         } else if (PMAP_ADDRESS_IN_LARGEMAP(va)) {
3067                 pa = pmap_large_map_kextract(va);
3068         } else {
3069                 pde = *vtopde(va);
3070                 if (pde & PG_PS) {
3071                         pa = (pde & PG_PS_FRAME) | (va & PDRMASK);
3072                 } else {
3073                         /*
3074                          * Beware of a concurrent promotion that changes the
3075                          * PDE at this point!  For example, vtopte() must not
3076                          * be used to access the PTE because it would use the
3077                          * new PDE.  It is, however, safe to use the old PDE
3078                          * because the page table page is preserved by the
3079                          * promotion.
3080                          */
3081                         pa = *pmap_pde_to_pte(&pde, va);
3082                         pa = (pa & PG_FRAME) | (va & PAGE_MASK);
3083                 }
3084         }
3085         return (pa);
3086 }
3087
3088 /***************************************************
3089  * Low level mapping routines.....
3090  ***************************************************/
3091
3092 /*
3093  * Add a wired page to the kva.
3094  * Note: not SMP coherent.
3095  */
3096 PMAP_INLINE void 
3097 pmap_kenter(vm_offset_t va, vm_paddr_t pa)
3098 {
3099         pt_entry_t *pte;
3100
3101         pte = vtopte(va);
3102         pte_store(pte, pa | X86_PG_RW | X86_PG_V | pg_g);
3103 }
3104
3105 static __inline void
3106 pmap_kenter_attr(vm_offset_t va, vm_paddr_t pa, int mode)
3107 {
3108         pt_entry_t *pte;
3109         int cache_bits;
3110
3111         pte = vtopte(va);
3112         cache_bits = pmap_cache_bits(kernel_pmap, mode, 0);
3113         pte_store(pte, pa | X86_PG_RW | X86_PG_V | pg_g | cache_bits);
3114 }
3115
3116 /*
3117  * Remove a page from the kernel pagetables.
3118  * Note: not SMP coherent.
3119  */
3120 PMAP_INLINE void
3121 pmap_kremove(vm_offset_t va)
3122 {
3123         pt_entry_t *pte;
3124
3125         pte = vtopte(va);
3126         pte_clear(pte);
3127 }
3128
3129 /*
3130  *      Used to map a range of physical addresses into kernel
3131  *      virtual address space.
3132  *
3133  *      The value passed in '*virt' is a suggested virtual address for
3134  *      the mapping. Architectures which can support a direct-mapped
3135  *      physical to virtual region can return the appropriate address
3136  *      within that region, leaving '*virt' unchanged. Other
3137  *      architectures should map the pages starting at '*virt' and
3138  *      update '*virt' with the first usable address after the mapped
3139  *      region.
3140  */
3141 vm_offset_t
3142 pmap_map(vm_offset_t *virt, vm_paddr_t start, vm_paddr_t end, int prot)
3143 {
3144         return PHYS_TO_DMAP(start);
3145 }
3146
3147
3148 /*
3149  * Add a list of wired pages to the kva
3150  * this routine is only used for temporary
3151  * kernel mappings that do not need to have
3152  * page modification or references recorded.
3153  * Note that old mappings are simply written
3154  * over.  The page *must* be wired.
3155  * Note: SMP coherent.  Uses a ranged shootdown IPI.
3156  */
3157 void
3158 pmap_qenter(vm_offset_t sva, vm_page_t *ma, int count)
3159 {
3160         pt_entry_t *endpte, oldpte, pa, *pte;
3161         vm_page_t m;
3162         int cache_bits;
3163
3164         oldpte = 0;
3165         pte = vtopte(sva);
3166         endpte = pte + count;
3167         while (pte < endpte) {
3168                 m = *ma++;
3169                 cache_bits = pmap_cache_bits(kernel_pmap, m->md.pat_mode, 0);
3170                 pa = VM_PAGE_TO_PHYS(m) | cache_bits;
3171                 if ((*pte & (PG_FRAME | X86_PG_PTE_CACHE)) != pa) {
3172                         oldpte |= *pte;
3173                         pte_store(pte, pa | pg_g | pg_nx | X86_PG_RW | X86_PG_V);
3174                 }
3175                 pte++;
3176         }
3177         if (__predict_false((oldpte & X86_PG_V) != 0))
3178                 pmap_invalidate_range(kernel_pmap, sva, sva + count *
3179                     PAGE_SIZE);
3180 }
3181
3182 /*
3183  * This routine tears out page mappings from the
3184  * kernel -- it is meant only for temporary mappings.
3185  * Note: SMP coherent.  Uses a ranged shootdown IPI.
3186  */
3187 void
3188 pmap_qremove(vm_offset_t sva, int count)
3189 {
3190         vm_offset_t va;
3191
3192         va = sva;
3193         while (count-- > 0) {
3194                 KASSERT(va >= VM_MIN_KERNEL_ADDRESS, ("usermode va %lx", va));
3195                 pmap_kremove(va);
3196                 va += PAGE_SIZE;
3197         }
3198         pmap_invalidate_range(kernel_pmap, sva, va);
3199 }
3200
3201 /***************************************************
3202  * Page table page management routines.....
3203  ***************************************************/
3204 /*
3205  * Schedule the specified unused page table page to be freed.  Specifically,
3206  * add the page to the specified list of pages that will be released to the
3207  * physical memory manager after the TLB has been updated.
3208  */
3209 static __inline void
3210 pmap_add_delayed_free_list(vm_page_t m, struct spglist *free,
3211     boolean_t set_PG_ZERO)
3212 {
3213
3214         if (set_PG_ZERO)
3215                 m->flags |= PG_ZERO;
3216         else
3217                 m->flags &= ~PG_ZERO;
3218         SLIST_INSERT_HEAD(free, m, plinks.s.ss);
3219 }
3220         
3221 /*
3222  * Inserts the specified page table page into the specified pmap's collection
3223  * of idle page table pages.  Each of a pmap's page table pages is responsible
3224  * for mapping a distinct range of virtual addresses.  The pmap's collection is
3225  * ordered by this virtual address range.
3226  *
3227  * If "promoted" is false, then the page table page "mpte" must be zero filled.
3228  */
3229 static __inline int
3230 pmap_insert_pt_page(pmap_t pmap, vm_page_t mpte, bool promoted)
3231 {
3232
3233         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
3234         mpte->valid = promoted ? VM_PAGE_BITS_ALL : 0;
3235         return (vm_radix_insert(&pmap->pm_root, mpte));
3236 }
3237
3238 /*
3239  * Removes the page table page mapping the specified virtual address from the
3240  * specified pmap's collection of idle page table pages, and returns it.
3241  * Otherwise, returns NULL if there is no page table page corresponding to the
3242  * specified virtual address.
3243  */
3244 static __inline vm_page_t
3245 pmap_remove_pt_page(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
3246 {
3247
3248         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
3249         return (vm_radix_remove(&pmap->pm_root, pmap_pde_pindex(va)));
3250 }
3251
3252 /*
3253  * Decrements a page table page's wire count, which is used to record the
3254  * number of valid page table entries within the page.  If the wire count
3255  * drops to zero, then the page table page is unmapped.  Returns TRUE if the
3256  * page table page was unmapped and FALSE otherwise.
3257  */
3258 static inline boolean_t
3259 pmap_unwire_ptp(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m, struct spglist *free)
3260 {
3261
3262         --m->wire_count;
3263         if (m->wire_count == 0) {
3264                 _pmap_unwire_ptp(pmap, va, m, free);
3265                 return (TRUE);
3266         } else
3267                 return (FALSE);
3268 }
3269
3270 static void
3271 _pmap_unwire_ptp(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m, struct spglist *free)
3272 {
3273
3274         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
3275         /*
3276          * unmap the page table page
3277          */
3278         if (m->pindex >= (NUPDE + NUPDPE)) {
3279                 /* PDP page */
3280                 pml4_entry_t *pml4;
3281                 pml4 = pmap_pml4e(pmap, va);
3282                 *pml4 = 0;
3283                 if (pmap->pm_pml4u != NULL && va <= VM_MAXUSER_ADDRESS) {
3284                         pml4 = &pmap->pm_pml4u[pmap_pml4e_index(va)];
3285                         *pml4 = 0;
3286                 }
3287         } else if (m->pindex >= NUPDE) {
3288                 /* PD page */
3289                 pdp_entry_t *pdp;
3290                 pdp = pmap_pdpe(pmap, va);
3291                 *pdp = 0;
3292         } else {
3293                 /* PTE page */
3294                 pd_entry_t *pd;
3295                 pd = pmap_pde(pmap, va);
3296                 *pd = 0;
3297         }
3298         pmap_resident_count_dec(pmap, 1);
3299         if (m->pindex < NUPDE) {
3300                 /* We just released a PT, unhold the matching PD */
3301                 vm_page_t pdpg;
3302
3303                 pdpg = PHYS_TO_VM_PAGE(*pmap_pdpe(pmap, va) & PG_FRAME);
3304                 pmap_unwire_ptp(pmap, va, pdpg, free);
3305         }
3306         if (m->pindex >= NUPDE && m->pindex < (NUPDE + NUPDPE)) {
3307                 /* We just released a PD, unhold the matching PDP */
3308                 vm_page_t pdppg;
3309
3310                 pdppg = PHYS_TO_VM_PAGE(*pmap_pml4e(pmap, va) & PG_FRAME);
3311                 pmap_unwire_ptp(pmap, va, pdppg, free);
3312         }
3313
3314         /* 
3315          * Put page on a list so that it is released after
3316          * *ALL* TLB shootdown is done
3317          */
3318         pmap_add_delayed_free_list(m, free, TRUE);
3319 }
3320
3321 /*
3322  * After removing a page table entry, this routine is used to
3323  * conditionally free the page, and manage the hold/wire counts.
3324  */
3325 static int
3326 pmap_unuse_pt(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t ptepde,
3327     struct spglist *free)
3328 {
3329         vm_page_t mpte;
3330
3331         if (va >= VM_MAXUSER_ADDRESS)
3332                 return (0);
3333         KASSERT(ptepde != 0, ("pmap_unuse_pt: ptepde != 0"));
3334         mpte = PHYS_TO_VM_PAGE(ptepde & PG_FRAME);
3335         return (pmap_unwire_ptp(pmap, va, mpte, free));
3336 }
3337
3338 void
3339 pmap_pinit0(pmap_t pmap)
3340 {
3341         struct proc *p;
3342         struct thread *td;
3343         int i;
3344
3345         PMAP_LOCK_INIT(pmap);
3346         pmap->pm_pml4 = (pml4_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(KPML4phys);
3347         pmap->pm_pml4u = NULL;
3348         pmap->pm_cr3 = KPML4phys;
3349         /* hack to keep pmap_pti_pcid_invalidate() alive */
3350         pmap->pm_ucr3 = PMAP_NO_CR3;
3351         pmap->pm_root.rt_root = 0;
3352         CPU_ZERO(&pmap->pm_active);
3353         TAILQ_INIT(&pmap->pm_pvchunk);
3354         bzero(&pmap->pm_stats, sizeof pmap->pm_stats);
3355         pmap->pm_flags = pmap_flags;
3356         CPU_FOREACH(i) {
3357                 pmap->pm_pcids[i].pm_pcid = PMAP_PCID_KERN + 1;
3358                 pmap->pm_pcids[i].pm_gen = 1;
3359         }
3360         pmap_activate_boot(pmap);
3361         td = curthread;
3362         if (pti) {
3363                 p = td->td_proc;
3364                 PROC_LOCK(p);
3365                 p->p_amd64_md_flags |= P_MD_KPTI;
3366                 PROC_UNLOCK(p);
3367         }
3368         pmap_thread_init_invl_gen(td);
3369
3370         if ((cpu_stdext_feature2 & CPUID_STDEXT2_PKU) != 0) {
3371                 pmap_pkru_ranges_zone = uma_zcreate("pkru ranges",
3372                     sizeof(struct pmap_pkru_range), NULL, NULL, NULL, NULL,
3373                     UMA_ALIGN_PTR, 0);
3374         }
3375 }
3376
3377 void
3378 pmap_pinit_pml4(vm_page_t pml4pg)
3379 {
3380         pml4_entry_t *pm_pml4;
3381         int i;
3382
3383         pm_pml4 = (pml4_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(pml4pg));
3384
3385         /* Wire in kernel global address entries. */
3386         for (i = 0; i < NKPML4E; i++) {
3387                 pm_pml4[KPML4BASE + i] = (KPDPphys + ptoa(i)) | X86_PG_RW |
3388                     X86_PG_V;
3389         }
3390         for (i = 0; i < ndmpdpphys; i++) {
3391                 pm_pml4[DMPML4I + i] = (DMPDPphys + ptoa(i)) | X86_PG_RW |
3392                     X86_PG_V;
3393         }
3394
3395         /* install self-referential address mapping entry(s) */
3396         pm_pml4[PML4PML4I] = VM_PAGE_TO_PHYS(pml4pg) | X86_PG_V | X86_PG_RW |
3397             X86_PG_A | X86_PG_M;
3398
3399         /* install large map entries if configured */
3400         for (i = 0; i < lm_ents; i++)
3401                 pm_pml4[LMSPML4I + i] = kernel_pmap->pm_pml4[LMSPML4I + i];
3402 }
3403
3404 static void
3405 pmap_pinit_pml4_pti(vm_page_t pml4pg)
3406 {
3407         pml4_entry_t *pm_pml4;
3408         int i;
3409
3410         pm_pml4 = (pml4_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(pml4pg));
3411         for (i = 0; i < NPML4EPG; i++)
3412                 pm_pml4[i] = pti_pml4[i];
3413 }
3414
3415 /*
3416  * Initialize a preallocated and zeroed pmap structure,
3417  * such as one in a vmspace structure.
3418  */
3419 int
3420 pmap_pinit_type(pmap_t pmap, enum pmap_type pm_type, int flags)
3421 {
3422         vm_page_t pml4pg, pml4pgu;
3423         vm_paddr_t pml4phys;
3424         int i;
3425
3426         /*
3427          * allocate the page directory page
3428          */
3429         pml4pg = vm_page_alloc(NULL, 0, VM_ALLOC_NORMAL | VM_ALLOC_NOOBJ |
3430             VM_ALLOC_WIRED | VM_ALLOC_ZERO | VM_ALLOC_WAITOK);
3431
3432         pml4phys = VM_PAGE_TO_PHYS(pml4pg);
3433         pmap->pm_pml4 = (pml4_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(pml4phys);
3434         CPU_FOREACH(i) {
3435                 pmap->pm_pcids[i].pm_pcid = PMAP_PCID_NONE;
3436                 pmap->pm_pcids[i].pm_gen = 0;
3437         }
3438         pmap->pm_cr3 = PMAP_NO_CR3;     /* initialize to an invalid value */
3439         pmap->pm_ucr3 = PMAP_NO_CR3;
3440         pmap->pm_pml4u = NULL;
3441
3442         pmap->pm_type = pm_type;
3443         if ((pml4pg->flags & PG_ZERO) == 0)
3444                 pagezero(pmap->pm_pml4);
3445
3446         /*
3447          * Do not install the host kernel mappings in the nested page
3448          * tables. These mappings are meaningless in the guest physical
3449          * address space.
3450          * Install minimal kernel mappings in PTI case.
3451          */
3452         if (pm_type == PT_X86) {
3453                 pmap->pm_cr3 = pml4phys;
3454                 pmap_pinit_pml4(pml4pg);
3455                 if ((curproc->p_amd64_md_flags & P_MD_KPTI) != 0) {
3456                         pml4pgu = vm_page_alloc(NULL, 0, VM_ALLOC_NORMAL |
3457                             VM_ALLOC_NOOBJ | VM_ALLOC_WIRED | VM_ALLOC_WAITOK);
3458                         pmap->pm_pml4u = (pml4_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(
3459                             VM_PAGE_TO_PHYS(pml4pgu));
3460                         pmap_pinit_pml4_pti(pml4pgu);
3461                         pmap->pm_ucr3 = VM_PAGE_TO_PHYS(pml4pgu);
3462                 }
3463                 if ((cpu_stdext_feature2 & CPUID_STDEXT2_PKU) != 0) {
3464                         rangeset_init(&pmap->pm_pkru, pkru_dup_range,
3465                             pkru_free_range, pmap, M_NOWAIT);
3466                 }
3467         }
3468
3469         pmap->pm_root.rt_root = 0;
3470         CPU_ZERO(&pmap->pm_active);
3471         TAILQ_INIT(&pmap->pm_pvchunk);
3472         bzero(&pmap->pm_stats, sizeof pmap->pm_stats);
3473         pmap->pm_flags = flags;
3474         pmap->pm_eptgen = 0;
3475
3476         return (1);
3477 }
3478
3479 int
3480 pmap_pinit(pmap_t pmap)
3481 {
3482
3483         return (pmap_pinit_type(pmap, PT_X86, pmap_flags));
3484 }
3485
3486 /*
3487  * This routine is called if the desired page table page does not exist.
3488  *
3489  * If page table page allocation fails, this routine may sleep before
3490  * returning NULL.  It sleeps only if a lock pointer was given.
3491  *
3492  * Note: If a page allocation fails at page table level two or three,
3493  * one or two pages may be held during the wait, only to be released
3494  * afterwards.  This conservative approach is easily argued to avoid
3495  * race conditions.
3496  */
3497 static vm_page_t
3498 _pmap_allocpte(pmap_t pmap, vm_pindex_t ptepindex, struct rwlock **lockp)
3499 {
3500         vm_page_t m, pdppg, pdpg;
3501         pt_entry_t PG_A, PG_M, PG_RW, PG_V;
3502
3503         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
3504
3505         PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
3506         PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
3507         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
3508         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
3509
3510         /*
3511          * Allocate a page table page.
3512          */
3513         if ((m = vm_page_alloc(NULL, ptepindex, VM_ALLOC_NOOBJ |
3514             VM_ALLOC_WIRED | VM_ALLOC_ZERO)) == NULL) {
3515                 if (lockp != NULL) {
3516                         RELEASE_PV_LIST_LOCK(lockp);
3517                         PMAP_UNLOCK(pmap);
3518                         PMAP_ASSERT_NOT_IN_DI();
3519                         vm_wait(NULL);
3520                         PMAP_LOCK(pmap);
3521                 }
3522
3523                 /*
3524                  * Indicate the need to retry.  While waiting, the page table
3525                  * page may have been allocated.
3526                  */
3527                 return (NULL);
3528         }
3529         if ((m->flags & PG_ZERO) == 0)
3530                 pmap_zero_page(m);
3531
3532         /*
3533          * Map the pagetable page into the process address space, if
3534          * it isn't already there.
3535          */
3536
3537         if (ptepindex >= (NUPDE + NUPDPE)) {
3538                 pml4_entry_t *pml4, *pml4u;
3539                 vm_pindex_t pml4index;
3540
3541                 /* Wire up a new PDPE page */
3542                 pml4index = ptepindex - (NUPDE + NUPDPE);
3543                 pml4 = &pmap->pm_pml4[pml4index];
3544                 *pml4 = VM_PAGE_TO_PHYS(m) | PG_U | PG_RW | PG_V | PG_A | PG_M;
3545                 if (pmap->pm_pml4u != NULL && pml4index < NUPML4E) {
3546                         /*
3547                          * PTI: Make all user-space mappings in the
3548                          * kernel-mode page table no-execute so that
3549                          * we detect any programming errors that leave
3550                          * the kernel-mode page table active on return
3551                          * to user space.
3552                          */
3553                         if (pmap->pm_ucr3 != PMAP_NO_CR3)
3554                                 *pml4 |= pg_nx;
3555
3556                         pml4u = &pmap->pm_pml4u[pml4index];
3557                         *pml4u = VM_PAGE_TO_PHYS(m) | PG_U | PG_RW | PG_V |
3558                             PG_A | PG_M;
3559                 }
3560
3561         } else if (ptepindex >= NUPDE) {
3562                 vm_pindex_t pml4index;
3563                 vm_pindex_t pdpindex;
3564                 pml4_entry_t *pml4;
3565                 pdp_entry_t *pdp;
3566
3567                 /* Wire up a new PDE page */
3568                 pdpindex = ptepindex - NUPDE;
3569                 pml4index = pdpindex >> NPML4EPGSHIFT;
3570
3571                 pml4 = &pmap->pm_pml4[pml4index];
3572                 if ((*pml4 & PG_V) == 0) {
3573                         /* Have to allocate a new pdp, recurse */
3574                         if (_pmap_allocpte(pmap, NUPDE + NUPDPE + pml4index,
3575                             lockp) == NULL) {
3576                                 vm_page_unwire_noq(m);
3577                                 vm_page_free_zero(m);
3578                                 return (NULL);
3579                         }
3580                 } else {
3581                         /* Add reference to pdp page */
3582                         pdppg = PHYS_TO_VM_PAGE(*pml4 & PG_FRAME);
3583                         pdppg->wire_count++;
3584                 }
3585                 pdp = (pdp_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(*pml4 & PG_FRAME);
3586
3587                 /* Now find the pdp page */
3588                 pdp = &pdp[pdpindex & ((1ul << NPDPEPGSHIFT) - 1)];
3589                 *pdp = VM_PAGE_TO_PHYS(m) | PG_U | PG_RW | PG_V | PG_A | PG_M;
3590
3591         } else {
3592                 vm_pindex_t pml4index;
3593                 vm_pindex_t pdpindex;
3594                 pml4_entry_t *pml4;
3595                 pdp_entry_t *pdp;
3596                 pd_entry_t *pd;
3597
3598                 /* Wire up a new PTE page */
3599                 pdpindex = ptepindex >> NPDPEPGSHIFT;
3600                 pml4index = pdpindex >> NPML4EPGSHIFT;
3601
3602                 /* First, find the pdp and check that its valid. */
3603                 pml4 = &pmap->pm_pml4[pml4index];
3604                 if ((*pml4 & PG_V) == 0) {
3605                         /* Have to allocate a new pd, recurse */
3606                         if (_pmap_allocpte(pmap, NUPDE + pdpindex,
3607                             lockp) == NULL) {
3608                                 vm_page_unwire_noq(m);
3609                                 vm_page_free_zero(m);
3610                                 return (NULL);
3611                         }
3612                         pdp = (pdp_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(*pml4 & PG_FRAME);
3613                         pdp = &pdp[pdpindex & ((1ul << NPDPEPGSHIFT) - 1)];
3614                 } else {
3615                         pdp = (pdp_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(*pml4 & PG_FRAME);
3616                         pdp = &pdp[pdpindex & ((1ul << NPDPEPGSHIFT) - 1)];
3617                         if ((*pdp & PG_V) == 0) {
3618                                 /* Have to allocate a new pd, recurse */
3619                                 if (_pmap_allocpte(pmap, NUPDE + pdpindex,
3620                                     lockp) == NULL) {
3621                                         vm_page_unwire_noq(m);
3622                                         vm_page_free_zero(m);
3623                                         return (NULL);
3624                                 }
3625                         } else {
3626                                 /* Add reference to the pd page */
3627                                 pdpg = PHYS_TO_VM_PAGE(*pdp & PG_FRAME);
3628                                 pdpg->wire_count++;
3629                         }
3630                 }
3631                 pd = (pd_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(*pdp & PG_FRAME);
3632
3633                 /* Now we know where the page directory page is */
3634                 pd = &pd[ptepindex & ((1ul << NPDEPGSHIFT) - 1)];
3635                 *pd = VM_PAGE_TO_PHYS(m) | PG_U | PG_RW | PG_V | PG_A | PG_M;
3636         }
3637
3638         pmap_resident_count_inc(pmap, 1);
3639
3640         return (m);
3641 }
3642
3643 static vm_page_t
3644 pmap_allocpde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, struct rwlock **lockp)
3645 {
3646         vm_pindex_t pdpindex, ptepindex;
3647         pdp_entry_t *pdpe, PG_V;
3648         vm_page_t pdpg;
3649
3650         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
3651
3652 retry:
3653         pdpe = pmap_pdpe(pmap, va);
3654         if (pdpe != NULL && (*pdpe & PG_V) != 0) {
3655                 /* Add a reference to the pd page. */
3656                 pdpg = PHYS_TO_VM_PAGE(*pdpe & PG_FRAME);
3657                 pdpg->wire_count++;
3658         } else {
3659                 /* Allocate a pd page. */
3660                 ptepindex = pmap_pde_pindex(va);
3661                 pdpindex = ptepindex >> NPDPEPGSHIFT;
3662                 pdpg = _pmap_allocpte(pmap, NUPDE + pdpindex, lockp);
3663                 if (pdpg == NULL && lockp != NULL)
3664                         goto retry;
3665         }
3666         return (pdpg);
3667 }
3668
3669 static vm_page_t
3670 pmap_allocpte(pmap_t pmap, vm_offset_t va, struct rwlock **lockp)
3671 {
3672         vm_pindex_t ptepindex;
3673         pd_entry_t *pd, PG_V;
3674         vm_page_t m;
3675
3676         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
3677
3678         /*
3679          * Calculate pagetable page index
3680          */
3681         ptepindex = pmap_pde_pindex(va);
3682 retry:
3683         /*
3684          * Get the page directory entry
3685          */
3686         pd = pmap_pde(pmap, va);
3687
3688         /*
3689          * This supports switching from a 2MB page to a
3690          * normal 4K page.
3691          */
3692         if (pd != NULL && (*pd & (PG_PS | PG_V)) == (PG_PS | PG_V)) {
3693                 if (!pmap_demote_pde_locked(pmap, pd, va, lockp)) {
3694                         /*
3695                          * Invalidation of the 2MB page mapping may have caused
3696                          * the deallocation of the underlying PD page.
3697                          */
3698                         pd = NULL;
3699                 }
3700         }
3701
3702         /*
3703          * If the page table page is mapped, we just increment the
3704          * hold count, and activate it.
3705          */
3706         if (pd != NULL && (*pd & PG_V) != 0) {
3707                 m = PHYS_TO_VM_PAGE(*pd & PG_FRAME);
3708                 m->wire_count++;
3709         } else {
3710                 /*
3711                  * Here if the pte page isn't mapped, or if it has been
3712                  * deallocated.
3713                  */
3714                 m = _pmap_allocpte(pmap, ptepindex, lockp);
3715                 if (m == NULL && lockp != NULL)
3716                         goto retry;
3717         }
3718         return (m);
3719 }
3720
3721
3722 /***************************************************
3723  * Pmap allocation/deallocation routines.
3724  ***************************************************/
3725
3726 /*
3727  * Release any resources held by the given physical map.
3728  * Called when a pmap initialized by pmap_pinit is being released.
3729  * Should only be called if the map contains no valid mappings.
3730  */
3731 void
3732 pmap_release(pmap_t pmap)
3733 {
3734         vm_page_t m;
3735         int i;
3736
3737         KASSERT(pmap->pm_stats.resident_count == 0,
3738             ("pmap_release: pmap resident count %ld != 0",
3739             pmap->pm_stats.resident_count));
3740         KASSERT(vm_radix_is_empty(&pmap->pm_root),
3741             ("pmap_release: pmap has reserved page table page(s)"));
3742         KASSERT(CPU_EMPTY(&pmap->pm_active),
3743             ("releasing active pmap %p", pmap));
3744
3745         m = PHYS_TO_VM_PAGE(DMAP_TO_PHYS((vm_offset_t)pmap->pm_pml4));
3746
3747         for (i = 0; i < NKPML4E; i++)   /* KVA */
3748                 pmap->pm_pml4[KPML4BASE + i] = 0;
3749         for (i = 0; i < ndmpdpphys; i++)/* Direct Map */
3750                 pmap->pm_pml4[DMPML4I + i] = 0;
3751         pmap->pm_pml4[PML4PML4I] = 0;   /* Recursive Mapping */
3752         for (i = 0; i < lm_ents; i++)   /* Large Map */
3753                 pmap->pm_pml4[LMSPML4I + i] = 0;
3754
3755         vm_page_unwire_noq(m);
3756         vm_page_free_zero(m);
3757
3758         if (pmap->pm_pml4u != NULL) {
3759                 m = PHYS_TO_VM_PAGE(DMAP_TO_PHYS((vm_offset_t)pmap->pm_pml4u));
3760                 vm_page_unwire_noq(m);
3761                 vm_page_free(m);
3762         }
3763         if (pmap->pm_type == PT_X86 &&
3764             (cpu_stdext_feature2 & CPUID_STDEXT2_PKU) != 0)
3765                 rangeset_fini(&pmap->pm_pkru);
3766 }
3767
3768 static int
3769 kvm_size(SYSCTL_HANDLER_ARGS)
3770 {
3771         unsigned long ksize = VM_MAX_KERNEL_ADDRESS - VM_MIN_KERNEL_ADDRESS;
3772
3773         return sysctl_handle_long(oidp, &ksize, 0, req);
3774 }
3775 SYSCTL_PROC(_vm, OID_AUTO, kvm_size, CTLTYPE_LONG|CTLFLAG_RD, 
3776     0, 0, kvm_size, "LU", "Size of KVM");
3777
3778 static int
3779 kvm_free(SYSCTL_HANDLER_ARGS)
3780 {
3781         unsigned long kfree = VM_MAX_KERNEL_ADDRESS - kernel_vm_end;
3782
3783         return sysctl_handle_long(oidp, &kfree, 0, req);
3784 }
3785 SYSCTL_PROC(_vm, OID_AUTO, kvm_free, CTLTYPE_LONG|CTLFLAG_RD, 
3786     0, 0, kvm_free, "LU", "Amount of KVM free");
3787
3788 /*
3789  * grow the number of kernel page table entries, if needed
3790  */
3791 void
3792 pmap_growkernel(vm_offset_t addr)
3793 {
3794         vm_paddr_t paddr;
3795         vm_page_t nkpg;
3796         pd_entry_t *pde, newpdir;
3797         pdp_entry_t *pdpe;
3798
3799         mtx_assert(&kernel_map->system_mtx, MA_OWNED);
3800
3801         /*
3802          * Return if "addr" is within the range of kernel page table pages
3803          * that were preallocated during pmap bootstrap.  Moreover, leave
3804          * "kernel_vm_end" and the kernel page table as they were.
3805          *
3806          * The correctness of this action is based on the following
3807          * argument: vm_map_insert() allocates contiguous ranges of the
3808          * kernel virtual address space.  It calls this function if a range
3809          * ends after "kernel_vm_end".  If the kernel is mapped between
3810          * "kernel_vm_end" and "addr", then the range cannot begin at
3811          * "kernel_vm_end".  In fact, its beginning address cannot be less
3812          * than the kernel.  Thus, there is no immediate need to allocate
3813          * any new kernel page table pages between "kernel_vm_end" and
3814          * "KERNBASE".
3815          */
3816         if (KERNBASE < addr && addr <= KERNBASE + nkpt * NBPDR)
3817                 return;
3818
3819         addr = roundup2(addr, NBPDR);
3820         if (addr - 1 >= vm_map_max(kernel_map))
3821                 addr = vm_map_max(kernel_map);
3822         while (kernel_vm_end < addr) {
3823                 pdpe = pmap_pdpe(kernel_pmap, kernel_vm_end);
3824                 if ((*pdpe & X86_PG_V) == 0) {
3825                         /* We need a new PDP entry */
3826                         nkpg = vm_page_alloc(NULL, kernel_vm_end >> PDPSHIFT,
3827                             VM_ALLOC_INTERRUPT | VM_ALLOC_NOOBJ |
3828                             VM_ALLOC_WIRED | VM_ALLOC_ZERO);
3829                         if (nkpg == NULL)
3830                                 panic("pmap_growkernel: no memory to grow kernel");
3831                         if ((nkpg->flags & PG_ZERO) == 0)
3832                                 pmap_zero_page(nkpg);
3833                         paddr = VM_PAGE_TO_PHYS(nkpg);
3834                         *pdpe = (pdp_entry_t)(paddr | X86_PG_V | X86_PG_RW |
3835                             X86_PG_A | X86_PG_M);
3836                         continue; /* try again */
3837                 }
3838                 pde = pmap_pdpe_to_pde(pdpe, kernel_vm_end);
3839                 if ((*pde & X86_PG_V) != 0) {
3840                         kernel_vm_end = (kernel_vm_end + NBPDR) & ~PDRMASK;
3841                         if (kernel_vm_end - 1 >= vm_map_max(kernel_map)) {
3842                                 kernel_vm_end = vm_map_max(kernel_map);
3843                                 break;                       
3844                         }
3845                         continue;
3846                 }
3847
3848                 nkpg = vm_page_alloc(NULL, pmap_pde_pindex(kernel_vm_end),
3849                     VM_ALLOC_INTERRUPT | VM_ALLOC_NOOBJ | VM_ALLOC_WIRED |
3850                     VM_ALLOC_ZERO);
3851                 if (nkpg == NULL)
3852                         panic("pmap_growkernel: no memory to grow kernel");
3853                 if ((nkpg->flags & PG_ZERO) == 0)
3854                         pmap_zero_page(nkpg);
3855                 paddr = VM_PAGE_TO_PHYS(nkpg);
3856                 newpdir = paddr | X86_PG_V | X86_PG_RW | X86_PG_A | X86_PG_M;
3857                 pde_store(pde, newpdir);
3858
3859                 kernel_vm_end = (kernel_vm_end + NBPDR) & ~PDRMASK;
3860                 if (kernel_vm_end - 1 >= vm_map_max(kernel_map)) {
3861                         kernel_vm_end = vm_map_max(kernel_map);
3862                         break;                       
3863                 }
3864         }
3865 }
3866
3867
3868 /***************************************************
3869  * page management routines.
3870  ***************************************************/
3871
3872 CTASSERT(sizeof(struct pv_chunk) == PAGE_SIZE);
3873 CTASSERT(_NPCM == 3);
3874 CTASSERT(_NPCPV == 168);
3875
3876 static __inline struct pv_chunk *
3877 pv_to_chunk(pv_entry_t pv)
3878 {
3879
3880         return ((struct pv_chunk *)((uintptr_t)pv & ~(uintptr_t)PAGE_MASK));
3881 }
3882
3883 #define PV_PMAP(pv) (pv_to_chunk(pv)->pc_pmap)
3884
3885 #define PC_FREE0        0xfffffffffffffffful
3886 #define PC_FREE1        0xfffffffffffffffful
3887 #define PC_FREE2        0x000000fffffffffful
3888
3889 static const uint64_t pc_freemask[_NPCM] = { PC_FREE0, PC_FREE1, PC_FREE2 };
3890
3891 #ifdef PV_STATS
3892 static int pc_chunk_count, pc_chunk_allocs, pc_chunk_frees, pc_chunk_tryfail;
3893
3894 SYSCTL_INT(_vm_pmap, OID_AUTO, pc_chunk_count, CTLFLAG_RD, &pc_chunk_count, 0,
3895         "Current number of pv entry chunks");
3896 SYSCTL_INT(_vm_pmap, OID_AUTO, pc_chunk_allocs, CTLFLAG_RD, &pc_chunk_allocs, 0,
3897         "Current number of pv entry chunks allocated");
3898 SYSCTL_INT(_vm_pmap, OID_AUTO, pc_chunk_frees, CTLFLAG_RD, &pc_chunk_frees, 0,
3899         "Current number of pv entry chunks frees");
3900 SYSCTL_INT(_vm_pmap, OID_AUTO, pc_chunk_tryfail, CTLFLAG_RD, &pc_chunk_tryfail, 0,
3901         "Number of times tried to get a chunk page but failed.");
3902
3903 static long pv_entry_frees, pv_entry_allocs, pv_entry_count;
3904 static int pv_entry_spare;
3905
3906 SYSCTL_LONG(_vm_pmap, OID_AUTO, pv_entry_frees, CTLFLAG_RD, &pv_entry_frees, 0,
3907         "Current number of pv entry frees");
3908 SYSCTL_LONG(_vm_pmap, OID_AUTO, pv_entry_allocs, CTLFLAG_RD, &pv_entry_allocs, 0,
3909         "Current number of pv entry allocs");
3910 SYSCTL_LONG(_vm_pmap, OID_AUTO, pv_entry_count, CTLFLAG_RD, &pv_entry_count, 0,
3911         "Current number of pv entries");
3912 SYSCTL_INT(_vm_pmap, OID_AUTO, pv_entry_spare, CTLFLAG_RD, &pv_entry_spare, 0,
3913         "Current number of spare pv entries");
3914 #endif
3915
3916 static void
3917 reclaim_pv_chunk_leave_pmap(pmap_t pmap, pmap_t locked_pmap, bool start_di)
3918 {
3919
3920         if (pmap == NULL)
3921                 return;
3922         pmap_invalidate_all(pmap);
3923         if (pmap != locked_pmap)
3924                 PMAP_UNLOCK(pmap);
3925         if (start_di)
3926                 pmap_delayed_invl_finish();
3927 }
3928
3929 /*
3930  * We are in a serious low memory condition.  Resort to
3931  * drastic measures to free some pages so we can allocate
3932  * another pv entry chunk.
3933  *
3934  * Returns NULL if PV entries were reclaimed from the specified pmap.
3935  *
3936  * We do not, however, unmap 2mpages because subsequent accesses will
3937  * allocate per-page pv entries until repromotion occurs, thereby
3938  * exacerbating the shortage of free pv entries.
3939  */
3940 static vm_page_t
3941 reclaim_pv_chunk(pmap_t locked_pmap, struct rwlock **lockp)
3942 {
3943         struct pv_chunk *pc, *pc_marker, *pc_marker_end;
3944         struct pv_chunk_header pc_marker_b, pc_marker_end_b;
3945         struct md_page *pvh;
3946         pd_entry_t *pde;
3947         pmap_t next_pmap, pmap;
3948         pt_entry_t *pte, tpte;
3949         pt_entry_t PG_G, PG_A, PG_M, PG_RW;
3950         pv_entry_t pv;
3951         vm_offset_t va;
3952         vm_page_t m, m_pc;
3953         struct spglist free;
3954         uint64_t inuse;
3955         int bit, field, freed;
3956         bool start_di;
3957         static int active_reclaims = 0;
3958
3959         PMAP_LOCK_ASSERT(locked_pmap, MA_OWNED);
3960         KASSERT(lockp != NULL, ("reclaim_pv_chunk: lockp is NULL"));
3961         pmap = NULL;
3962         m_pc = NULL;
3963         PG_G = PG_A = PG_M = PG_RW = 0;
3964         SLIST_INIT(&free);
3965         bzero(&pc_marker_b, sizeof(pc_marker_b));
3966         bzero(&pc_marker_end_b, sizeof(pc_marker_end_b));
3967         pc_marker = (struct pv_chunk *)&pc_marker_b;
3968         pc_marker_end = (struct pv_chunk *)&pc_marker_end_b;
3969
3970         /*
3971          * A delayed invalidation block should already be active if
3972          * pmap_advise() or pmap_remove() called this function by way
3973          * of pmap_demote_pde_locked().
3974          */
3975         start_di = pmap_not_in_di();
3976
3977         mtx_lock(&pv_chunks_mutex);
3978         active_reclaims++;
3979         TAILQ_INSERT_HEAD(&pv_chunks, pc_marker, pc_lru);
3980         TAILQ_INSERT_TAIL(&pv_chunks, pc_marker_end, pc_lru);
3981         while ((pc = TAILQ_NEXT(pc_marker, pc_lru)) != pc_marker_end &&
3982             SLIST_EMPTY(&free)) {
3983                 next_pmap = pc->pc_pmap;
3984                 if (next_pmap == NULL) {
3985                         /*
3986                          * The next chunk is a marker.  However, it is
3987                          * not our marker, so active_reclaims must be
3988                          * > 1.  Consequently, the next_chunk code
3989                          * will not rotate the pv_chunks list.
3990                          */
3991                         goto next_chunk;
3992                 }
3993                 mtx_unlock(&pv_chunks_mutex);
3994
3995                 /*
3996                  * A pv_chunk can only be removed from the pc_lru list
3997                  * when both pc_chunks_mutex is owned and the
3998                  * corresponding pmap is locked.
3999                  */
4000                 if (pmap != next_pmap) {
4001                         reclaim_pv_chunk_leave_pmap(pmap, locked_pmap,
4002                             start_di);
4003                         pmap = next_pmap;
4004                         /* Avoid deadlock and lock recursion. */
4005                         if (pmap > locked_pmap) {
4006                                 RELEASE_PV_LIST_LOCK(lockp);
4007                                 PMAP_LOCK(pmap);
4008                                 if (start_di)
4009                                         pmap_delayed_invl_start();
4010                                 mtx_lock(&pv_chunks_mutex);
4011                                 continue;
4012                         } else if (pmap != locked_pmap) {
4013                                 if (PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
4014                                         if (start_di)
4015                                                 pmap_delayed_invl_start();
4016                                         mtx_lock(&pv_chunks_mutex);
4017                                         continue;
4018                                 } else {
4019                                         pmap = NULL; /* pmap is not locked */
4020                                         mtx_lock(&pv_chunks_mutex);
4021                                         pc = TAILQ_NEXT(pc_marker, pc_lru);
4022                                         if (pc == NULL ||
4023                                             pc->pc_pmap != next_pmap)
4024                                                 continue;
4025                                         goto next_chunk;
4026                                 }
4027                         } else if (start_di)
4028                                 pmap_delayed_invl_start();
4029                         PG_G = pmap_global_bit(pmap);
4030                         PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
4031                         PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
4032                         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
4033                 }
4034
4035                 /*
4036                  * Destroy every non-wired, 4 KB page mapping in the chunk.
4037                  */
4038                 freed = 0;
4039                 for (field = 0; field < _NPCM; field++) {
4040                         for (inuse = ~pc->pc_map[field] & pc_freemask[field];
4041                             inuse != 0; inuse &= ~(1UL << bit)) {
4042                                 bit = bsfq(inuse);
4043                                 pv = &pc->pc_pventry[field * 64 + bit];
4044                                 va = pv->pv_va;
4045                                 pde = pmap_pde(pmap, va);
4046                                 if ((*pde & PG_PS) != 0)
4047                                         continue;
4048                                 pte = pmap_pde_to_pte(pde, va);
4049                                 if ((*pte & PG_W) != 0)
4050                                         continue;
4051                                 tpte = pte_load_clear(pte);
4052                                 if ((tpte & PG_G) != 0)
4053                                         pmap_invalidate_page(pmap, va);
4054                                 m = PHYS_TO_VM_PAGE(tpte & PG_FRAME);
4055                                 if ((tpte & (PG_M | PG_RW)) == (PG_M | PG_RW))
4056                                         vm_page_dirty(m);
4057                                 if ((tpte & PG_A) != 0)
4058                                         vm_page_aflag_set(m, PGA_REFERENCED);
4059                                 CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_VM_PAGE(lockp, m);
4060                                 TAILQ_REMOVE(&m->md.pv_list, pv, pv_next);
4061                                 m->md.pv_gen++;
4062                                 if (TAILQ_EMPTY(&m->md.pv_list) &&
4063                                     (m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0) {
4064                                         pvh = pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
4065                                         if (TAILQ_EMPTY(&pvh->pv_list)) {
4066                                                 vm_page_aflag_clear(m,
4067                                                     PGA_WRITEABLE);
4068                                         }
4069                                 }
4070                                 pmap_delayed_invl_page(m);
4071                                 pc->pc_map[field] |= 1UL << bit;
4072                                 pmap_unuse_pt(pmap, va, *pde, &free);
4073                                 freed++;
4074                         }
4075                 }
4076                 if (freed == 0) {
4077                         mtx_lock(&pv_chunks_mutex);
4078                         goto next_chunk;
4079                 }
4080                 /* Every freed mapping is for a 4 KB page. */
4081                 pmap_resident_count_dec(pmap, freed);
4082                 PV_STAT(atomic_add_long(&pv_entry_frees, freed));
4083                 PV_STAT(atomic_add_int(&pv_entry_spare, freed));
4084                 PV_STAT(atomic_subtract_long(&pv_entry_count, freed));
4085                 TAILQ_REMOVE(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
4086                 if (pc->pc_map[0] == PC_FREE0 && pc->pc_map[1] == PC_FREE1 &&
4087                     pc->pc_map[2] == PC_FREE2) {
4088                         PV_STAT(atomic_subtract_int(&pv_entry_spare, _NPCPV));
4089                         PV_STAT(atomic_subtract_int(&pc_chunk_count, 1));
4090                         PV_STAT(atomic_add_int(&pc_chunk_frees, 1));
4091                         /* Entire chunk is free; return it. */
4092                         m_pc = PHYS_TO_VM_PAGE(DMAP_TO_PHYS((vm_offset_t)pc));
4093                         dump_drop_page(m_pc->phys_addr);
4094                         mtx_lock(&pv_chunks_mutex);
4095                         TAILQ_REMOVE(&pv_chunks, pc, pc_lru);
4096                         break;
4097                 }
4098                 TAILQ_INSERT_HEAD(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
4099                 mtx_lock(&pv_chunks_mutex);
4100                 /* One freed pv entry in locked_pmap is sufficient. */
4101                 if (pmap == locked_pmap)
4102                         break;
4103 next_chunk:
4104                 TAILQ_REMOVE(&pv_chunks, pc_marker, pc_lru);
4105                 TAILQ_INSERT_AFTER(&pv_chunks, pc, pc_marker, pc_lru);
4106                 if (active_reclaims == 1 && pmap != NULL) {
4107                         /*
4108                          * Rotate the pv chunks list so that we do not
4109                          * scan the same pv chunks that could not be
4110                          * freed (because they contained a wired
4111                          * and/or superpage mapping) on every
4112                          * invocation of reclaim_pv_chunk().
4113                          */
4114                         while ((pc = TAILQ_FIRST(&pv_chunks)) != pc_marker) {
4115                                 MPASS(pc->pc_pmap != NULL);
4116                                 TAILQ_REMOVE(&pv_chunks, pc, pc_lru);
4117                                 TAILQ_INSERT_TAIL(&pv_chunks, pc, pc_lru);
4118                         }
4119                 }
4120         }
4121         TAILQ_REMOVE(&pv_chunks, pc_marker, pc_lru);
4122         TAILQ_REMOVE(&pv_chunks, pc_marker_end, pc_lru);
4123         active_reclaims--;
4124         mtx_unlock(&pv_chunks_mutex);
4125         reclaim_pv_chunk_leave_pmap(pmap, locked_pmap, start_di);
4126         if (m_pc == NULL && !SLIST_EMPTY(&free)) {
4127                 m_pc = SLIST_FIRST(&free);
4128                 SLIST_REMOVE_HEAD(&free, plinks.s.ss);
4129                 /* Recycle a freed page table page. */
4130                 m_pc->wire_count = 1;
4131         }
4132         vm_page_free_pages_toq(&free, true);
4133         return (m_pc);
4134 }
4135
4136 /*
4137  * free the pv_entry back to the free list
4138  */
4139 static void
4140 free_pv_entry(pmap_t pmap, pv_entry_t pv)
4141 {
4142         struct pv_chunk *pc;
4143         int idx, field, bit;
4144
4145         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
4146         PV_STAT(atomic_add_long(&pv_entry_frees, 1));
4147         PV_STAT(atomic_add_int(&pv_entry_spare, 1));
4148         PV_STAT(atomic_subtract_long(&pv_entry_count, 1));
4149         pc = pv_to_chunk(pv);
4150         idx = pv - &pc->pc_pventry[0];
4151         field = idx / 64;
4152         bit = idx % 64;
4153         pc->pc_map[field] |= 1ul << bit;
4154         if (pc->pc_map[0] != PC_FREE0 || pc->pc_map[1] != PC_FREE1 ||
4155             pc->pc_map[2] != PC_FREE2) {
4156                 /* 98% of the time, pc is already at the head of the list. */
4157                 if (__predict_false(pc != TAILQ_FIRST(&pmap->pm_pvchunk))) {
4158                         TAILQ_REMOVE(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
4159                         TAILQ_INSERT_HEAD(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
4160                 }
4161                 return;
4162         }
4163         TAILQ_REMOVE(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
4164         free_pv_chunk(pc);
4165 }
4166
4167 static void
4168 free_pv_chunk(struct pv_chunk *pc)
4169 {
4170         vm_page_t m;
4171
4172         mtx_lock(&pv_chunks_mutex);
4173         TAILQ_REMOVE(&pv_chunks, pc, pc_lru);
4174         mtx_unlock(&pv_chunks_mutex);
4175         PV_STAT(atomic_subtract_int(&pv_entry_spare, _NPCPV));
4176         PV_STAT(atomic_subtract_int(&pc_chunk_count, 1));
4177         PV_STAT(atomic_add_int(&pc_chunk_frees, 1));
4178         /* entire chunk is free, return it */
4179         m = PHYS_TO_VM_PAGE(DMAP_TO_PHYS((vm_offset_t)pc));
4180         dump_drop_page(m->phys_addr);
4181         vm_page_unwire_noq(m);
4182         vm_page_free(m);
4183 }
4184
4185 /*
4186  * Returns a new PV entry, allocating a new PV chunk from the system when
4187  * needed.  If this PV chunk allocation fails and a PV list lock pointer was
4188  * given, a PV chunk is reclaimed from an arbitrary pmap.  Otherwise, NULL is
4189  * returned.
4190  *
4191  * The given PV list lock may be released.
4192  */
4193 static pv_entry_t
4194 get_pv_entry(pmap_t pmap, struct rwlock **lockp)
4195 {
4196         int bit, field;
4197         pv_entry_t pv;
4198         struct pv_chunk *pc;
4199         vm_page_t m;
4200
4201         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
4202         PV_STAT(atomic_add_long(&pv_entry_allocs, 1));
4203 retry:
4204         pc = TAILQ_FIRST(&pmap->pm_pvchunk);
4205         if (pc != NULL) {
4206                 for (field = 0; field < _NPCM; field++) {
4207                         if (pc->pc_map[field]) {
4208                                 bit = bsfq(pc->pc_map[field]);
4209                                 break;
4210                         }
4211                 }
4212                 if (field < _NPCM) {
4213                         pv = &pc->pc_pventry[field * 64 + bit];
4214                         pc->pc_map[field] &= ~(1ul << bit);
4215                         /* If this was the last item, move it to tail */
4216                         if (pc->pc_map[0] == 0 && pc->pc_map[1] == 0 &&
4217                             pc->pc_map[2] == 0) {
4218                                 TAILQ_REMOVE(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
4219                                 TAILQ_INSERT_TAIL(&pmap->pm_pvchunk, pc,
4220                                     pc_list);
4221                         }
4222                         PV_STAT(atomic_add_long(&pv_entry_count, 1));
4223                         PV_STAT(atomic_subtract_int(&pv_entry_spare, 1));
4224                         return (pv);
4225                 }
4226         }
4227         /* No free items, allocate another chunk */
4228         m = vm_page_alloc(NULL, 0, VM_ALLOC_NORMAL | VM_ALLOC_NOOBJ |
4229             VM_ALLOC_WIRED);
4230         if (m == NULL) {
4231                 if (lockp == NULL) {
4232                         PV_STAT(pc_chunk_tryfail++);
4233                         return (NULL);
4234                 }
4235                 m = reclaim_pv_chunk(pmap, lockp);
4236                 if (m == NULL)
4237                         goto retry;
4238         }
4239         PV_STAT(atomic_add_int(&pc_chunk_count, 1));
4240         PV_STAT(atomic_add_int(&pc_chunk_allocs, 1));
4241         dump_add_page(m->phys_addr);
4242         pc = (void *)PHYS_TO_DMAP(m->phys_addr);
4243         pc->pc_pmap = pmap;
4244         pc->pc_map[0] = PC_FREE0 & ~1ul;        /* preallocated bit 0 */
4245         pc->pc_map[1] = PC_FREE1;
4246         pc->pc_map[2] = PC_FREE2;
4247         mtx_lock(&pv_chunks_mutex);
4248         TAILQ_INSERT_TAIL(&pv_chunks, pc, pc_lru);
4249         mtx_unlock(&pv_chunks_mutex);
4250         pv = &pc->pc_pventry[0];
4251         TAILQ_INSERT_HEAD(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
4252         PV_STAT(atomic_add_long(&pv_entry_count, 1));
4253         PV_STAT(atomic_add_int(&pv_entry_spare, _NPCPV - 1));
4254         return (pv);
4255 }
4256
4257 /*
4258  * Returns the number of one bits within the given PV chunk map.
4259  *
4260  * The erratas for Intel processors state that "POPCNT Instruction May
4261  * Take Longer to Execute Than Expected".  It is believed that the
4262  * issue is the spurious dependency on the destination register.
4263  * Provide a hint to the register rename logic that the destination
4264  * value is overwritten, by clearing it, as suggested in the
4265  * optimization manual.  It should be cheap for unaffected processors
4266  * as well.
4267  *
4268  * Reference numbers for erratas are
4269  * 4th Gen Core: HSD146
4270  * 5th Gen Core: BDM85
4271  * 6th Gen Core: SKL029
4272  */
4273 static int
4274 popcnt_pc_map_pq(uint64_t *map)
4275 {
4276         u_long result, tmp;
4277
4278         __asm __volatile("xorl %k0,%k0;popcntq %2,%0;"
4279             "xorl %k1,%k1;popcntq %3,%1;addl %k1,%k0;"
4280             "xorl %k1,%k1;popcntq %4,%1;addl %k1,%k0"
4281             : "=&r" (result), "=&r" (tmp)
4282             : "m" (map[0]), "m" (map[1]), "m" (map[2]));
4283         return (result);
4284 }
4285
4286 /*
4287  * Ensure that the number of spare PV entries in the specified pmap meets or
4288  * exceeds the given count, "needed".
4289  *
4290  * The given PV list lock may be released.
4291  */
4292 static void
4293 reserve_pv_entries(pmap_t pmap, int needed, struct rwlock **lockp)
4294 {
4295         struct pch new_tail;
4296         struct pv_chunk *pc;
4297         vm_page_t m;
4298         int avail, free;
4299         bool reclaimed;
4300
4301         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
4302         KASSERT(lockp != NULL, ("reserve_pv_entries: lockp is NULL"));
4303
4304         /*
4305          * Newly allocated PV chunks must be stored in a private list until
4306          * the required number of PV chunks have been allocated.  Otherwise,
4307          * reclaim_pv_chunk() could recycle one of these chunks.  In
4308          * contrast, these chunks must be added to the pmap upon allocation.
4309          */
4310         TAILQ_INIT(&new_tail);
4311 retry:
4312         avail = 0;
4313         TAILQ_FOREACH(pc, &pmap->pm_pvchunk, pc_list) {
4314 #ifndef __POPCNT__
4315                 if ((cpu_feature2 & CPUID2_POPCNT) == 0)
4316                         bit_count((bitstr_t *)pc->pc_map, 0,
4317                             sizeof(pc->pc_map) * NBBY, &free);
4318                 else
4319 #endif
4320                 free = popcnt_pc_map_pq(pc->pc_map);
4321                 if (free == 0)
4322                         break;
4323                 avail += free;
4324                 if (avail >= needed)
4325                         break;
4326         }
4327         for (reclaimed = false; avail < needed; avail += _NPCPV) {
4328                 m = vm_page_alloc(NULL, 0, VM_ALLOC_NORMAL | VM_ALLOC_NOOBJ |
4329                     VM_ALLOC_WIRED);
4330                 if (m == NULL) {
4331                         m = reclaim_pv_chunk(pmap, lockp);
4332                         if (m == NULL)
4333                                 goto retry;
4334                         reclaimed = true;
4335                 }
4336                 PV_STAT(atomic_add_int(&pc_chunk_count, 1));
4337                 PV_STAT(atomic_add_int(&pc_chunk_allocs, 1));
4338                 dump_add_page(m->phys_addr);
4339                 pc = (void *)PHYS_TO_DMAP(m->phys_addr);
4340                 pc->pc_pmap = pmap;
4341                 pc->pc_map[0] = PC_FREE0;
4342                 pc->pc_map[1] = PC_FREE1;
4343                 pc->pc_map[2] = PC_FREE2;
4344                 TAILQ_INSERT_HEAD(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
4345                 TAILQ_INSERT_TAIL(&new_tail, pc, pc_lru);
4346                 PV_STAT(atomic_add_int(&pv_entry_spare, _NPCPV));
4347
4348                 /*
4349                  * The reclaim might have freed a chunk from the current pmap.
4350                  * If that chunk contained available entries, we need to
4351                  * re-count the number of available entries.
4352                  */
4353                 if (reclaimed)
4354                         goto retry;
4355         }
4356         if (!TAILQ_EMPTY(&new_tail)) {
4357                 mtx_lock(&pv_chunks_mutex);
4358                 TAILQ_CONCAT(&pv_chunks, &new_tail, pc_lru);
4359                 mtx_unlock(&pv_chunks_mutex);
4360         }
4361 }
4362
4363 /*
4364  * First find and then remove the pv entry for the specified pmap and virtual
4365  * address from the specified pv list.  Returns the pv entry if found and NULL
4366  * otherwise.  This operation can be performed on pv lists for either 4KB or
4367  * 2MB page mappings.
4368  */
4369 static __inline pv_entry_t
4370 pmap_pvh_remove(struct md_page *pvh, pmap_t pmap, vm_offset_t va)
4371 {
4372         pv_entry_t pv;
4373
4374         TAILQ_FOREACH(pv, &pvh->pv_list, pv_next) {
4375                 if (pmap == PV_PMAP(pv) && va == pv->pv_va) {
4376                         TAILQ_REMOVE(&pvh->pv_list, pv, pv_next);
4377                         pvh->pv_gen++;
4378                         break;
4379                 }
4380         }
4381         return (pv);
4382 }
4383
4384 /*
4385  * After demotion from a 2MB page mapping to 512 4KB page mappings,
4386  * destroy the pv entry for the 2MB page mapping and reinstantiate the pv
4387  * entries for each of the 4KB page mappings.
4388  */
4389 static void
4390 pmap_pv_demote_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_paddr_t pa,
4391     struct rwlock **lockp)
4392 {
4393         struct md_page *pvh;
4394         struct pv_chunk *pc;
4395         pv_entry_t pv;
4396         vm_offset_t va_last;
4397         vm_page_t m;
4398         int bit, field;
4399
4400         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
4401         KASSERT((pa & PDRMASK) == 0,
4402             ("pmap_pv_demote_pde: pa is not 2mpage aligned"));
4403         CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_PHYS(lockp, pa);
4404
4405         /*
4406          * Transfer the 2mpage's pv entry for this mapping to the first
4407          * page's pv list.  Once this transfer begins, the pv list lock
4408          * must not be released until the last pv entry is reinstantiated.
4409          */
4410         pvh = pa_to_pvh(pa);
4411         va = trunc_2mpage(va);
4412         pv = pmap_pvh_remove(pvh, pmap, va);
4413         KASSERT(pv != NULL, ("pmap_pv_demote_pde: pv not found"));
4414         m = PHYS_TO_VM_PAGE(pa);
4415         TAILQ_INSERT_TAIL(&m->md.pv_list, pv, pv_next);
4416         m->md.pv_gen++;
4417         /* Instantiate the remaining NPTEPG - 1 pv entries. */
4418         PV_STAT(atomic_add_long(&pv_entry_allocs, NPTEPG - 1));
4419         va_last = va + NBPDR - PAGE_SIZE;
4420         for (;;) {
4421                 pc = TAILQ_FIRST(&pmap->pm_pvchunk);
4422                 KASSERT(pc->pc_map[0] != 0 || pc->pc_map[1] != 0 ||
4423                     pc->pc_map[2] != 0, ("pmap_pv_demote_pde: missing spare"));
4424                 for (field = 0; field < _NPCM; field++) {
4425                         while (pc->pc_map[field]) {
4426                                 bit = bsfq(pc->pc_map[field]);
4427                                 pc->pc_map[field] &= ~(1ul << bit);
4428                                 pv = &pc->pc_pventry[field * 64 + bit];
4429                                 va += PAGE_SIZE;
4430                                 pv->pv_va = va;
4431                                 m++;
4432                                 KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
4433                             ("pmap_pv_demote_pde: page %p is not managed", m));
4434                                 TAILQ_INSERT_TAIL(&m->md.pv_list, pv, pv_next);
4435                                 m->md.pv_gen++;
4436                                 if (va == va_last)
4437                                         goto out;
4438                         }
4439                 }
4440                 TAILQ_REMOVE(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
4441                 TAILQ_INSERT_TAIL(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
4442         }
4443 out:
4444         if (pc->pc_map[0] == 0 && pc->pc_map[1] == 0 && pc->pc_map[2] == 0) {
4445                 TAILQ_REMOVE(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
4446                 TAILQ_INSERT_TAIL(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
4447         }
4448         PV_STAT(atomic_add_long(&pv_entry_count, NPTEPG - 1));
4449         PV_STAT(atomic_subtract_int(&pv_entry_spare, NPTEPG - 1));
4450 }
4451
4452 #if VM_NRESERVLEVEL > 0
4453 /*
4454  * After promotion from 512 4KB page mappings to a single 2MB page mapping,
4455  * replace the many pv entries for the 4KB page mappings by a single pv entry
4456  * for the 2MB page mapping.
4457  */
4458 static void
4459 pmap_pv_promote_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_paddr_t pa,
4460     struct rwlock **lockp)
4461 {
4462         struct md_page *pvh;
4463         pv_entry_t pv;
4464         vm_offset_t va_last;
4465         vm_page_t m;
4466
4467         KASSERT((pa & PDRMASK) == 0,
4468             ("pmap_pv_promote_pde: pa is not 2mpage aligned"));
4469         CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_PHYS(lockp, pa);
4470
4471         /*
4472          * Transfer the first page's pv entry for this mapping to the 2mpage's
4473          * pv list.  Aside from avoiding the cost of a call to get_pv_entry(),
4474          * a transfer avoids the possibility that get_pv_entry() calls
4475          * reclaim_pv_chunk() and that reclaim_pv_chunk() removes one of the
4476          * mappings that is being promoted.
4477          */
4478         m = PHYS_TO_VM_PAGE(pa);
4479         va = trunc_2mpage(va);
4480         pv = pmap_pvh_remove(&m->md, pmap, va);
4481         KASSERT(pv != NULL, ("pmap_pv_promote_pde: pv not found"));
4482         pvh = pa_to_pvh(pa);
4483         TAILQ_INSERT_TAIL(&pvh->pv_list, pv, pv_next);
4484         pvh->pv_gen++;
4485         /* Free the remaining NPTEPG - 1 pv entries. */
4486         va_last = va + NBPDR - PAGE_SIZE;
4487         do {
4488                 m++;
4489                 va += PAGE_SIZE;
4490                 pmap_pvh_free(&m->md, pmap, va);
4491         } while (va < va_last);
4492 }
4493 #endif /* VM_NRESERVLEVEL > 0 */
4494
4495 /*
4496  * First find and then destroy the pv entry for the specified pmap and virtual
4497  * address.  This operation can be performed on pv lists for either 4KB or 2MB
4498  * page mappings.
4499  */
4500 static void
4501 pmap_pvh_free(struct md_page *pvh, pmap_t pmap, vm_offset_t va)
4502 {
4503         pv_entry_t pv;
4504
4505         pv = pmap_pvh_remove(pvh, pmap, va);
4506         KASSERT(pv != NULL, ("pmap_pvh_free: pv not found"));
4507         free_pv_entry(pmap, pv);
4508 }
4509
4510 /*
4511  * Conditionally create the PV entry for a 4KB page mapping if the required
4512  * memory can be allocated without resorting to reclamation.
4513  */
4514 static boolean_t
4515 pmap_try_insert_pv_entry(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m,
4516     struct rwlock **lockp)
4517 {
4518         pv_entry_t pv;
4519
4520         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
4521         /* Pass NULL instead of the lock pointer to disable reclamation. */
4522         if ((pv = get_pv_entry(pmap, NULL)) != NULL) {
4523                 pv->pv_va = va;
4524                 CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_VM_PAGE(lockp, m);
4525                 TAILQ_INSERT_TAIL(&m->md.pv_list, pv, pv_next);
4526                 m->md.pv_gen++;
4527                 return (TRUE);
4528         } else
4529                 return (FALSE);
4530 }
4531
4532 /*
4533  * Create the PV entry for a 2MB page mapping.  Always returns true unless the
4534  * flag PMAP_ENTER_NORECLAIM is specified.  If that flag is specified, returns
4535  * false if the PV entry cannot be allocated without resorting to reclamation.
4536  */
4537 static bool
4538 pmap_pv_insert_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t pde, u_int flags,
4539     struct rwlock **lockp)
4540 {
4541         struct md_page *pvh;
4542         pv_entry_t pv;
4543         vm_paddr_t pa;
4544
4545         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
4546         /* Pass NULL instead of the lock pointer to disable reclamation. */
4547         if ((pv = get_pv_entry(pmap, (flags & PMAP_ENTER_NORECLAIM) != 0 ?
4548             NULL : lockp)) == NULL)
4549                 return (false);
4550         pv->pv_va = va;
4551         pa = pde & PG_PS_FRAME;
4552         CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_PHYS(lockp, pa);
4553         pvh = pa_to_pvh(pa);
4554         TAILQ_INSERT_TAIL(&pvh->pv_list, pv, pv_next);
4555         pvh->pv_gen++;
4556         return (true);
4557 }
4558
4559 /*
4560  * Fills a page table page with mappings to consecutive physical pages.
4561  */
4562 static void
4563 pmap_fill_ptp(pt_entry_t *firstpte, pt_entry_t newpte)
4564 {
4565         pt_entry_t *pte;
4566
4567         for (pte = firstpte; pte < firstpte + NPTEPG; pte++) {
4568                 *pte = newpte;
4569                 newpte += PAGE_SIZE;
4570         }
4571 }
4572
4573 /*
4574  * Tries to demote a 2MB page mapping.  If demotion fails, the 2MB page
4575  * mapping is invalidated.
4576  */
4577 static boolean_t
4578 pmap_demote_pde(pmap_t pmap, pd_entry_t *pde, vm_offset_t va)
4579 {
4580         struct rwlock *lock;
4581         boolean_t rv;
4582
4583         lock = NULL;
4584         rv = pmap_demote_pde_locked(pmap, pde, va, &lock);
4585         if (lock != NULL)
4586                 rw_wunlock(lock);
4587         return (rv);
4588 }
4589
4590 static void
4591 pmap_demote_pde_check(pt_entry_t *firstpte __unused, pt_entry_t newpte __unused)
4592 {
4593 #ifdef INVARIANTS
4594 #ifdef DIAGNOSTIC
4595         pt_entry_t *xpte, *ypte;
4596
4597         for (xpte = firstpte; xpte < firstpte + NPTEPG;
4598             xpte++, newpte += PAGE_SIZE) {
4599                 if ((*xpte & PG_FRAME) != (newpte & PG_FRAME)) {
4600                         printf("pmap_demote_pde: xpte %zd and newpte map "
4601                             "different pages: found %#lx, expected %#lx\n",
4602                             xpte - firstpte, *xpte, newpte);
4603                         printf("page table dump\n");
4604                         for (ypte = firstpte; ypte < firstpte + NPTEPG; ypte++)
4605                                 printf("%zd %#lx\n", ypte - firstpte, *ypte);
4606                         panic("firstpte");
4607                 }
4608         }
4609 #else
4610         KASSERT((*firstpte & PG_FRAME) == (newpte & PG_FRAME),
4611             ("pmap_demote_pde: firstpte and newpte map different physical"
4612             " addresses"));
4613 #endif
4614 #endif
4615 }
4616
4617 static void
4618 pmap_demote_pde_abort(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t *pde,
4619     pd_entry_t oldpde, struct rwlock **lockp)
4620 {
4621         struct spglist free;
4622         vm_offset_t sva;
4623
4624         SLIST_INIT(&free);
4625         sva = trunc_2mpage(va);
4626         pmap_remove_pde(pmap, pde, sva, &free, lockp);
4627         if ((oldpde & pmap_global_bit(pmap)) == 0)
4628                 pmap_invalidate_pde_page(pmap, sva, oldpde);
4629         vm_page_free_pages_toq(&free, true);
4630         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_demote_pde: failure for va %#lx in pmap %p",
4631             va, pmap);
4632 }
4633
4634 static boolean_t
4635 pmap_demote_pde_locked(pmap_t pmap, pd_entry_t *pde, vm_offset_t va,
4636     struct rwlock **lockp)
4637 {
4638         pd_entry_t newpde, oldpde;
4639         pt_entry_t *firstpte, newpte;
4640         pt_entry_t PG_A, PG_G, PG_M, PG_PKU_MASK, PG_RW, PG_V;
4641         vm_paddr_t mptepa;
4642         vm_page_t mpte;
4643         int PG_PTE_CACHE;
4644         bool in_kernel;
4645
4646         PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
4647         PG_G = pmap_global_bit(pmap);
4648         PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
4649         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
4650         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
4651         PG_PTE_CACHE = pmap_cache_mask(pmap, 0);
4652         PG_PKU_MASK = pmap_pku_mask_bit(pmap);
4653
4654         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
4655         in_kernel = va >= VM_MAXUSER_ADDRESS;
4656         oldpde = *pde;
4657         KASSERT((oldpde & (PG_PS | PG_V)) == (PG_PS | PG_V),
4658             ("pmap_demote_pde: oldpde is missing PG_PS and/or PG_V"));
4659
4660         /*
4661          * Invalidate the 2MB page mapping and return "failure" if the
4662          * mapping was never accessed.
4663          */
4664         if ((oldpde & PG_A) == 0) {
4665                 KASSERT((oldpde & PG_W) == 0,
4666                     ("pmap_demote_pde: a wired mapping is missing PG_A"));
4667                 pmap_demote_pde_abort(pmap, va, pde, oldpde, lockp);
4668                 return (FALSE);
4669         }
4670
4671         mpte = pmap_remove_pt_page(pmap, va);
4672         if (mpte == NULL) {
4673                 KASSERT((oldpde & PG_W) == 0,
4674                     ("pmap_demote_pde: page table page for a wired mapping"
4675                     " is missing"));
4676
4677                 /*
4678                  * If the page table page is missing and the mapping
4679                  * is for a kernel address, the mapping must belong to
4680                  * the direct map.  Page table pages are preallocated
4681                  * for every other part of the kernel address space,
4682                  * so the direct map region is the only part of the
4683                  * kernel address space that must be handled here.
4684                  */
4685                 KASSERT(!in_kernel || (va >= DMAP_MIN_ADDRESS &&
4686                     va < DMAP_MAX_ADDRESS),
4687                     ("pmap_demote_pde: No saved mpte for va %#lx", va));
4688
4689                 /*
4690                  * If the 2MB page mapping belongs to the direct map
4691                  * region of the kernel's address space, then the page
4692                  * allocation request specifies the highest possible
4693                  * priority (VM_ALLOC_INTERRUPT).  Otherwise, the
4694                  * priority is normal.
4695                  */
4696                 mpte = vm_page_alloc(NULL, pmap_pde_pindex(va),
4697                     (in_kernel ? VM_ALLOC_INTERRUPT : VM_ALLOC_NORMAL) |
4698                     VM_ALLOC_NOOBJ | VM_ALLOC_WIRED);
4699
4700                 /*
4701                  * If the allocation of the new page table page fails,
4702                  * invalidate the 2MB page mapping and return "failure".
4703                  */
4704                 if (mpte == NULL) {
4705                         pmap_demote_pde_abort(pmap, va, pde, oldpde, lockp);
4706                         return (FALSE);
4707                 }
4708
4709                 if (!in_kernel) {
4710                         mpte->wire_count = NPTEPG;
4711                         pmap_resident_count_inc(pmap, 1);
4712                 }
4713         }
4714         mptepa = VM_PAGE_TO_PHYS(mpte);
4715         firstpte = (pt_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(mptepa);
4716         newpde = mptepa | PG_M | PG_A | (oldpde & PG_U) | PG_RW | PG_V;
4717         KASSERT((oldpde & (PG_M | PG_RW)) != PG_RW,
4718             ("pmap_demote_pde: oldpde is missing PG_M"));
4719         newpte = oldpde & ~PG_PS;
4720         newpte = pmap_swap_pat(pmap, newpte);
4721
4722         /*
4723          * If the page table page is not leftover from an earlier promotion,
4724          * initialize it.
4725          */
4726         if (mpte->valid == 0)
4727                 pmap_fill_ptp(firstpte, newpte);
4728
4729         pmap_demote_pde_check(firstpte, newpte);
4730
4731         /*
4732          * If the mapping has changed attributes, update the page table
4733          * entries.
4734          */
4735         if ((*firstpte & PG_PTE_PROMOTE) != (newpte & PG_PTE_PROMOTE))
4736                 pmap_fill_ptp(firstpte, newpte);
4737
4738         /*
4739          * The spare PV entries must be reserved prior to demoting the
4740          * mapping, that is, prior to changing the PDE.  Otherwise, the state
4741          * of the PDE and the PV lists will be inconsistent, which can result
4742          * in reclaim_pv_chunk() attempting to remove a PV entry from the
4743          * wrong PV list and pmap_pv_demote_pde() failing to find the expected
4744          * PV entry for the 2MB page mapping that is being demoted.
4745          */
4746         if ((oldpde & PG_MANAGED) != 0)
4747                 reserve_pv_entries(pmap, NPTEPG - 1, lockp);
4748
4749         /*
4750          * Demote the mapping.  This pmap is locked.  The old PDE has
4751          * PG_A set.  If the old PDE has PG_RW set, it also has PG_M
4752          * set.  Thus, there is no danger of a race with another
4753          * processor changing the setting of PG_A and/or PG_M between
4754          * the read above and the store below. 
4755          */
4756         if (workaround_erratum383)
4757                 pmap_update_pde(pmap, va, pde, newpde);
4758         else
4759                 pde_store(pde, newpde);
4760
4761         /*
4762          * Invalidate a stale recursive mapping of the page table page.
4763          */
4764         if (in_kernel)
4765                 pmap_invalidate_page(pmap, (vm_offset_t)vtopte(va));
4766
4767         /*
4768          * Demote the PV entry.
4769          */
4770         if ((oldpde & PG_MANAGED) != 0)
4771                 pmap_pv_demote_pde(pmap, va, oldpde & PG_PS_FRAME, lockp);
4772
4773         atomic_add_long(&pmap_pde_demotions, 1);
4774         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_demote_pde: success for va %#lx in pmap %p",
4775             va, pmap);
4776         return (TRUE);
4777 }
4778
4779 /*
4780  * pmap_remove_kernel_pde: Remove a kernel superpage mapping.
4781  */
4782 static void
4783 pmap_remove_kernel_pde(pmap_t pmap, pd_entry_t *pde, vm_offset_t va)
4784 {
4785         pd_entry_t newpde;
4786         vm_paddr_t mptepa;
4787         vm_page_t mpte;
4788
4789         KASSERT(pmap == kernel_pmap, ("pmap %p is not kernel_pmap", pmap));
4790         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
4791         mpte = pmap_remove_pt_page(pmap, va);
4792         if (mpte == NULL)
4793                 panic("pmap_remove_kernel_pde: Missing pt page.");
4794
4795         mptepa = VM_PAGE_TO_PHYS(mpte);
4796         newpde = mptepa | X86_PG_M | X86_PG_A | X86_PG_RW | X86_PG_V;
4797
4798         /*
4799          * If this page table page was unmapped by a promotion, then it
4800          * contains valid mappings.  Zero it to invalidate those mappings.
4801          */
4802         if (mpte->valid != 0)
4803                 pagezero((void *)PHYS_TO_DMAP(mptepa));
4804
4805         /*
4806          * Demote the mapping.
4807          */
4808         if (workaround_erratum383)
4809                 pmap_update_pde(pmap, va, pde, newpde);
4810         else
4811                 pde_store(pde, newpde);
4812
4813         /*
4814          * Invalidate a stale recursive mapping of the page table page.
4815          */
4816         pmap_invalidate_page(pmap, (vm_offset_t)vtopte(va));
4817 }
4818
4819 /*
4820  * pmap_remove_pde: do the things to unmap a superpage in a process
4821  */
4822 static int
4823 pmap_remove_pde(pmap_t pmap, pd_entry_t *pdq, vm_offset_t sva,
4824     struct spglist *free, struct rwlock **lockp)
4825 {
4826         struct md_page *pvh;
4827         pd_entry_t oldpde;
4828         vm_offset_t eva, va;
4829         vm_page_t m, mpte;
4830         pt_entry_t PG_G, PG_A, PG_M, PG_RW;
4831
4832         PG_G = pmap_global_bit(pmap);
4833         PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
4834         PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
4835         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
4836
4837         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
4838         KASSERT((sva & PDRMASK) == 0,
4839             ("pmap_remove_pde: sva is not 2mpage aligned"));
4840         oldpde = pte_load_clear(pdq);
4841         if (oldpde & PG_W)
4842                 pmap->pm_stats.wired_count -= NBPDR / PAGE_SIZE;
4843         if ((oldpde & PG_G) != 0)
4844                 pmap_invalidate_pde_page(kernel_pmap, sva, oldpde);
4845         pmap_resident_count_dec(pmap, NBPDR / PAGE_SIZE);
4846         if (oldpde & PG_MANAGED) {
4847                 CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_PHYS(lockp, oldpde & PG_PS_FRAME);
4848                 pvh = pa_to_pvh(oldpde & PG_PS_FRAME);
4849                 pmap_pvh_free(pvh, pmap, sva);
4850                 eva = sva + NBPDR;
4851                 for (va = sva, m = PHYS_TO_VM_PAGE(oldpde & PG_PS_FRAME);
4852                     va < eva; va += PAGE_SIZE, m++) {
4853                         if ((oldpde & (PG_M | PG_RW)) == (PG_M | PG_RW))
4854                                 vm_page_dirty(m);
4855                         if (oldpde & PG_A)
4856                                 vm_page_aflag_set(m, PGA_REFERENCED);
4857                         if (TAILQ_EMPTY(&m->md.pv_list) &&
4858                             TAILQ_EMPTY(&pvh->pv_list))
4859                                 vm_page_aflag_clear(m, PGA_WRITEABLE);
4860                         pmap_delayed_invl_page(m);
4861                 }
4862         }
4863         if (pmap == kernel_pmap) {
4864                 pmap_remove_kernel_pde(pmap, pdq, sva);
4865         } else {
4866                 mpte = pmap_remove_pt_page(pmap, sva);
4867                 if (mpte != NULL) {
4868                         KASSERT(mpte->valid == VM_PAGE_BITS_ALL,
4869                             ("pmap_remove_pde: pte page not promoted"));
4870                         pmap_resident_count_dec(pmap, 1);
4871                         KASSERT(mpte->wire_count == NPTEPG,
4872                             ("pmap_remove_pde: pte page wire count error"));
4873                         mpte->wire_count = 0;
4874                         pmap_add_delayed_free_list(mpte, free, FALSE);
4875                 }
4876         }
4877         return (pmap_unuse_pt(pmap, sva, *pmap_pdpe(pmap, sva), free));
4878 }
4879
4880 /*
4881  * pmap_remove_pte: do the things to unmap a page in a process
4882  */
4883 static int
4884 pmap_remove_pte(pmap_t pmap, pt_entry_t *ptq, vm_offset_t va, 
4885     pd_entry_t ptepde, struct spglist *free, struct rwlock **lockp)
4886 {
4887         struct md_page *pvh;
4888         pt_entry_t oldpte, PG_A, PG_M, PG_RW;
4889         vm_page_t m;
4890
4891         PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
4892         PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
4893         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
4894
4895         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
4896         oldpte = pte_load_clear(ptq);
4897         if (oldpte & PG_W)
4898                 pmap->pm_stats.wired_count -= 1;
4899         pmap_resident_count_dec(pmap, 1);
4900         if (oldpte & PG_MANAGED) {
4901                 m = PHYS_TO_VM_PAGE(oldpte & PG_FRAME);
4902                 if ((oldpte & (PG_M | PG_RW)) == (PG_M | PG_RW))
4903                         vm_page_dirty(m);
4904                 if (oldpte & PG_A)
4905                         vm_page_aflag_set(m, PGA_REFERENCED);
4906                 CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_VM_PAGE(lockp, m);
4907                 pmap_pvh_free(&m->md, pmap, va);
4908                 if (TAILQ_EMPTY(&m->md.pv_list) &&
4909                     (m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0) {
4910                         pvh = pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
4911                         if (TAILQ_EMPTY(&pvh->pv_list))
4912                                 vm_page_aflag_clear(m, PGA_WRITEABLE);
4913                 }
4914                 pmap_delayed_invl_page(m);
4915         }
4916         return (pmap_unuse_pt(pmap, va, ptepde, free));
4917 }
4918
4919 /*
4920  * Remove a single page from a process address space
4921  */
4922 static void
4923 pmap_remove_page(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t *pde,
4924     struct spglist *free)
4925 {
4926         struct rwlock *lock;
4927         pt_entry_t *pte, PG_V;
4928
4929         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
4930         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
4931         if ((*pde & PG_V) == 0)
4932                 return;
4933         pte = pmap_pde_to_pte(pde, va);
4934         if ((*pte & PG_V) == 0)
4935                 return;
4936         lock = NULL;
4937         pmap_remove_pte(pmap, pte, va, *pde, free, &lock);
4938         if (lock != NULL)
4939                 rw_wunlock(lock);
4940         pmap_invalidate_page(pmap, va);
4941 }
4942
4943 /*
4944  * Removes the specified range of addresses from the page table page.
4945  */
4946 static bool
4947 pmap_remove_ptes(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva,
4948     pd_entry_t *pde, struct spglist *free, struct rwlock **lockp)
4949 {
4950         pt_entry_t PG_G, *pte;
4951         vm_offset_t va;
4952         bool anyvalid;
4953
4954         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
4955         PG_G = pmap_global_bit(pmap);
4956         anyvalid = false;
4957         va = eva;
4958         for (pte = pmap_pde_to_pte(pde, sva); sva != eva; pte++,
4959             sva += PAGE_SIZE) {
4960                 if (*pte == 0) {
4961                         if (va != eva) {
4962                                 pmap_invalidate_range(pmap, va, sva);
4963                                 va = eva;
4964                         }
4965                         continue;
4966                 }
4967                 if ((*pte & PG_G) == 0)
4968                         anyvalid = true;
4969                 else if (va == eva)
4970                         va = sva;
4971                 if (pmap_remove_pte(pmap, pte, sva, *pde, free, lockp)) {
4972                         sva += PAGE_SIZE;
4973                         break;
4974                 }
4975         }
4976         if (va != eva)
4977                 pmap_invalidate_range(pmap, va, sva);
4978         return (anyvalid);
4979 }
4980
4981 /*
4982  *      Remove the given range of addresses from the specified map.
4983  *
4984  *      It is assumed that the start and end are properly
4985  *      rounded to the page size.
4986  */
4987 void
4988 pmap_remove(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
4989 {
4990         struct rwlock *lock;
4991         vm_offset_t va_next;
4992         pml4_entry_t *pml4e;
4993         pdp_entry_t *pdpe;
4994         pd_entry_t ptpaddr, *pde;
4995         pt_entry_t PG_G, PG_V;
4996         struct spglist free;
4997         int anyvalid;
4998
4999         PG_G = pmap_global_bit(pmap);
5000         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
5001
5002         /*
5003          * Perform an unsynchronized read.  This is, however, safe.
5004          */
5005         if (pmap->pm_stats.resident_count == 0)
5006                 return;
5007
5008         anyvalid = 0;
5009         SLIST_INIT(&free);
5010
5011         pmap_delayed_invl_start();
5012         PMAP_LOCK(pmap);
5013         pmap_pkru_on_remove(pmap, sva, eva);
5014
5015         /*
5016          * special handling of removing one page.  a very
5017          * common operation and easy to short circuit some
5018          * code.
5019          */
5020         if (sva + PAGE_SIZE == eva) {
5021                 pde = pmap_pde(pmap, sva);
5022                 if (pde && (*pde & PG_PS) == 0) {
5023                         pmap_remove_page(pmap, sva, pde, &free);
5024                         goto out;
5025                 }
5026         }
5027
5028         lock = NULL;
5029         for (; sva < eva; sva = va_next) {
5030
5031                 if (pmap->pm_stats.resident_count == 0)
5032                         break;
5033
5034                 pml4e = pmap_pml4e(pmap, sva);
5035                 if ((*pml4e & PG_V) == 0) {
5036                         va_next = (sva + NBPML4) & ~PML4MASK;
5037                         if (va_next < sva)
5038                                 va_next = eva;
5039                         continue;
5040                 }
5041
5042                 pdpe = pmap_pml4e_to_pdpe(pml4e, sva);
5043                 if ((*pdpe & PG_V) == 0) {
5044                         va_next = (sva + NBPDP) & ~PDPMASK;
5045                         if (va_next < sva)
5046                                 va_next = eva;
5047                         continue;
5048                 }
5049
5050                 /*
5051                  * Calculate index for next page table.
5052                  */
5053                 va_next = (sva + NBPDR) & ~PDRMASK;
5054                 if (va_next < sva)
5055                         va_next = eva;
5056
5057                 pde = pmap_pdpe_to_pde(pdpe, sva);
5058                 ptpaddr = *pde;
5059
5060                 /*
5061                  * Weed out invalid mappings.
5062                  */
5063                 if (ptpaddr == 0)
5064                         continue;
5065
5066                 /*
5067                  * Check for large page.
5068                  */
5069                 if ((ptpaddr & PG_PS) != 0) {
5070                         /*
5071                          * Are we removing the entire large page?  If not,
5072                          * demote the mapping and fall through.
5073                          */
5074                         if (sva + NBPDR == va_next && eva >= va_next) {
5075                                 /*
5076                                  * The TLB entry for a PG_G mapping is
5077                                  * invalidated by pmap_remove_pde().
5078                                  */
5079                                 if ((ptpaddr & PG_G) == 0)
5080                                         anyvalid = 1;
5081                                 pmap_remove_pde(pmap, pde, sva, &free, &lock);
5082                                 continue;
5083                         } else if (!pmap_demote_pde_locked(pmap, pde, sva,
5084                             &lock)) {
5085                                 /* The large page mapping was destroyed. */
5086                                 continue;
5087                         } else
5088                                 ptpaddr = *pde;
5089                 }
5090
5091                 /*
5092                  * Limit our scan to either the end of the va represented
5093                  * by the current page table page, or to the end of the
5094                  * range being removed.
5095                  */
5096                 if (va_next > eva)
5097                         va_next = eva;
5098
5099                 if (pmap_remove_ptes(pmap, sva, va_next, pde, &free, &lock))
5100                         anyvalid = 1;
5101         }
5102         if (lock != NULL)
5103                 rw_wunlock(lock);
5104 out:
5105         if (anyvalid)
5106                 pmap_invalidate_all(pmap);
5107         PMAP_UNLOCK(pmap);
5108         pmap_delayed_invl_finish();
5109         vm_page_free_pages_toq(&free, true);
5110 }
5111
5112 /*
5113  *      Routine:        pmap_remove_all
5114  *      Function:
5115  *              Removes this physical page from
5116  *              all physical maps in which it resides.
5117  *              Reflects back modify bits to the pager.
5118  *
5119  *      Notes:
5120  *              Original versions of this routine were very
5121  *              inefficient because they iteratively called
5122  *              pmap_remove (slow...)
5123  */
5124
5125 void
5126 pmap_remove_all(vm_page_t m)
5127 {
5128         struct md_page *pvh;
5129         pv_entry_t pv;
5130         pmap_t pmap;
5131         struct rwlock *lock;
5132         pt_entry_t *pte, tpte, PG_A, PG_M, PG_RW;
5133         pd_entry_t *pde;
5134         vm_offset_t va;
5135         struct spglist free;
5136         int pvh_gen, md_gen;
5137
5138         KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
5139             ("pmap_remove_all: page %p is not managed", m));
5140         SLIST_INIT(&free);
5141         lock = VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m);
5142         pvh = (m->flags & PG_FICTITIOUS) != 0 ? &pv_dummy :
5143             pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
5144 retry:
5145         rw_wlock(lock);
5146         while ((pv = TAILQ_FIRST(&pvh->pv_list)) != NULL) {
5147                 pmap = PV_PMAP(pv);
5148                 if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
5149                         pvh_gen = pvh->pv_gen;
5150                         rw_wunlock(lock);
5151                         PMAP_LOCK(pmap);
5152                         rw_wlock(lock);
5153                         if (pvh_gen != pvh->pv_gen) {
5154                                 rw_wunlock(lock);
5155                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
5156                                 goto retry;
5157                         }
5158                 }
5159                 va = pv->pv_va;
5160                 pde = pmap_pde(pmap, va);
5161                 (void)pmap_demote_pde_locked(pmap, pde, va, &lock);
5162                 PMAP_UNLOCK(pmap);
5163         }
5164         while ((pv = TAILQ_FIRST(&m->md.pv_list)) != NULL) {
5165                 pmap = PV_PMAP(pv);
5166                 if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
5167                         pvh_gen = pvh->pv_gen;
5168                         md_gen = m->md.pv_gen;
5169                         rw_wunlock(lock);
5170                         PMAP_LOCK(pmap);
5171                         rw_wlock(lock);
5172                         if (pvh_gen != pvh->pv_gen || md_gen != m->md.pv_gen) {
5173                                 rw_wunlock(lock);
5174                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
5175                                 goto retry;
5176                         }
5177                 }
5178                 PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
5179                 PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
5180                 PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
5181                 pmap_resident_count_dec(pmap, 1);
5182                 pde = pmap_pde(pmap, pv->pv_va);
5183                 KASSERT((*pde & PG_PS) == 0, ("pmap_remove_all: found"
5184                     " a 2mpage in page %p's pv list", m));
5185                 pte = pmap_pde_to_pte(pde, pv->pv_va);
5186                 tpte = pte_load_clear(pte);
5187                 if (tpte & PG_W)
5188                         pmap->pm_stats.wired_count--;
5189                 if (tpte & PG_A)
5190                         vm_page_aflag_set(m, PGA_REFERENCED);
5191
5192                 /*
5193                  * Update the vm_page_t clean and reference bits.
5194                  */
5195                 if ((tpte & (PG_M | PG_RW)) == (PG_M | PG_RW))
5196                         vm_page_dirty(m);
5197                 pmap_unuse_pt(pmap, pv->pv_va, *pde, &free);
5198                 pmap_invalidate_page(pmap, pv->pv_va);
5199                 TAILQ_REMOVE(&m->md.pv_list, pv, pv_next);
5200                 m->md.pv_gen++;
5201                 free_pv_entry(pmap, pv);
5202                 PMAP_UNLOCK(pmap);
5203         }
5204         vm_page_aflag_clear(m, PGA_WRITEABLE);
5205         rw_wunlock(lock);
5206         pmap_delayed_invl_wait(m);
5207         vm_page_free_pages_toq(&free, true);
5208 }
5209
5210 /*
5211  * pmap_protect_pde: do the things to protect a 2mpage in a process
5212  */
5213 static boolean_t
5214 pmap_protect_pde(pmap_t pmap, pd_entry_t *pde, vm_offset_t sva, vm_prot_t prot)
5215 {
5216         pd_entry_t newpde, oldpde;
5217         vm_offset_t eva, va;
5218         vm_page_t m;
5219         boolean_t anychanged;
5220         pt_entry_t PG_G, PG_M, PG_RW;
5221
5222         PG_G = pmap_global_bit(pmap);
5223         PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
5224         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
5225
5226         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
5227         KASSERT((sva & PDRMASK) == 0,
5228             ("pmap_protect_pde: sva is not 2mpage aligned"));
5229         anychanged = FALSE;
5230 retry:
5231         oldpde = newpde = *pde;
5232         if ((oldpde & (PG_MANAGED | PG_M | PG_RW)) ==
5233             (PG_MANAGED | PG_M | PG_RW)) {
5234                 eva = sva + NBPDR;
5235                 for (va = sva, m = PHYS_TO_VM_PAGE(oldpde & PG_PS_FRAME);
5236                     va < eva; va += PAGE_SIZE, m++)
5237                         vm_page_dirty(m);
5238         }
5239         if ((prot & VM_PROT_WRITE) == 0)
5240                 newpde &= ~(PG_RW | PG_M);
5241         if ((prot & VM_PROT_EXECUTE) == 0)
5242                 newpde |= pg_nx;
5243         if (newpde != oldpde) {
5244                 /*
5245                  * As an optimization to future operations on this PDE, clear
5246                  * PG_PROMOTED.  The impending invalidation will remove any
5247                  * lingering 4KB page mappings from the TLB.
5248                  */
5249                 if (!atomic_cmpset_long(pde, oldpde, newpde & ~PG_PROMOTED))
5250                         goto retry;
5251                 if ((oldpde & PG_G) != 0)
5252                         pmap_invalidate_pde_page(kernel_pmap, sva, oldpde);
5253                 else
5254                         anychanged = TRUE;
5255         }
5256         return (anychanged);
5257 }
5258
5259 /*
5260  *      Set the physical protection on the
5261  *      specified range of this map as requested.
5262  */
5263 void
5264 pmap_protect(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva, vm_prot_t prot)
5265 {
5266         vm_offset_t va_next;
5267         pml4_entry_t *pml4e;
5268         pdp_entry_t *pdpe;
5269         pd_entry_t ptpaddr, *pde;
5270         pt_entry_t *pte, PG_G, PG_M, PG_RW, PG_V;
5271         boolean_t anychanged;
5272
5273         KASSERT((prot & ~VM_PROT_ALL) == 0, ("invalid prot %x", prot));
5274         if (prot == VM_PROT_NONE) {
5275                 pmap_remove(pmap, sva, eva);
5276                 return;
5277         }
5278
5279         if ((prot & (VM_PROT_WRITE|VM_PROT_EXECUTE)) ==
5280             (VM_PROT_WRITE|VM_PROT_EXECUTE))
5281                 return;
5282
5283         PG_G = pmap_global_bit(pmap);
5284         PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
5285         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
5286         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
5287         anychanged = FALSE;
5288
5289         /*
5290          * Although this function delays and batches the invalidation
5291          * of stale TLB entries, it does not need to call
5292          * pmap_delayed_invl_start() and
5293          * pmap_delayed_invl_finish(), because it does not
5294          * ordinarily destroy mappings.  Stale TLB entries from
5295          * protection-only changes need only be invalidated before the
5296          * pmap lock is released, because protection-only changes do
5297          * not destroy PV entries.  Even operations that iterate over
5298          * a physical page's PV list of mappings, like
5299          * pmap_remove_write(), acquire the pmap lock for each
5300          * mapping.  Consequently, for protection-only changes, the
5301          * pmap lock suffices to synchronize both page table and TLB
5302          * updates.
5303          *
5304          * This function only destroys a mapping if pmap_demote_pde()
5305          * fails.  In that case, stale TLB entries are immediately
5306          * invalidated.
5307          */
5308         
5309         PMAP_LOCK(pmap);
5310         for (; sva < eva; sva = va_next) {
5311
5312                 pml4e = pmap_pml4e(pmap, sva);
5313                 if ((*pml4e & PG_V) == 0) {
5314                         va_next = (sva + NBPML4) & ~PML4MASK;
5315                         if (va_next < sva)
5316                                 va_next = eva;
5317                         continue;
5318                 }
5319
5320                 pdpe = pmap_pml4e_to_pdpe(pml4e, sva);
5321                 if ((*pdpe & PG_V) == 0) {
5322                         va_next = (sva + NBPDP) & ~PDPMASK;
5323                         if (va_next < sva)
5324                                 va_next = eva;
5325                         continue;
5326                 }
5327
5328                 va_next = (sva + NBPDR) & ~PDRMASK;
5329                 if (va_next < sva)
5330                         va_next = eva;
5331
5332                 pde = pmap_pdpe_to_pde(pdpe, sva);
5333                 ptpaddr = *pde;
5334
5335                 /*
5336                  * Weed out invalid mappings.
5337                  */
5338                 if (ptpaddr == 0)
5339                         continue;
5340
5341                 /*
5342                  * Check for large page.
5343                  */
5344                 if ((ptpaddr & PG_PS) != 0) {
5345                         /*
5346                          * Are we protecting the entire large page?  If not,
5347                          * demote the mapping and fall through.
5348                          */
5349                         if (sva + NBPDR == va_next && eva >= va_next) {
5350                                 /*
5351                                  * The TLB entry for a PG_G mapping is
5352                                  * invalidated by pmap_protect_pde().
5353                                  */
5354                                 if (pmap_protect_pde(pmap, pde, sva, prot))
5355                                         anychanged = TRUE;
5356                                 continue;
5357                         } else if (!pmap_demote_pde(pmap, pde, sva)) {
5358                                 /*
5359                                  * The large page mapping was destroyed.
5360                                  */
5361                                 continue;
5362                         }
5363                 }
5364
5365                 if (va_next > eva)
5366                         va_next = eva;
5367
5368                 for (pte = pmap_pde_to_pte(pde, sva); sva != va_next; pte++,
5369                     sva += PAGE_SIZE) {
5370                         pt_entry_t obits, pbits;
5371                         vm_page_t m;
5372
5373 retry:
5374                         obits = pbits = *pte;
5375                         if ((pbits & PG_V) == 0)
5376                                 continue;
5377
5378                         if ((prot & VM_PROT_WRITE) == 0) {
5379                                 if ((pbits & (PG_MANAGED | PG_M | PG_RW)) ==
5380                                     (PG_MANAGED | PG_M | PG_RW)) {
5381                                         m = PHYS_TO_VM_PAGE(pbits & PG_FRAME);
5382                                         vm_page_dirty(m);
5383                                 }
5384                                 pbits &= ~(PG_RW | PG_M);
5385                         }
5386                         if ((prot & VM_PROT_EXECUTE) == 0)
5387                                 pbits |= pg_nx;
5388
5389                         if (pbits != obits) {
5390                                 if (!atomic_cmpset_long(pte, obits, pbits))
5391                                         goto retry;
5392                                 if (obits & PG_G)
5393                                         pmap_invalidate_page(pmap, sva);
5394                                 else
5395                                         anychanged = TRUE;
5396                         }
5397                 }
5398         }
5399         if (anychanged)
5400                 pmap_invalidate_all(pmap);
5401         PMAP_UNLOCK(pmap);
5402 }
5403
5404 #if VM_NRESERVLEVEL > 0
5405 /*
5406  * Tries to promote the 512, contiguous 4KB page mappings that are within a
5407  * single page table page (PTP) to a single 2MB page mapping.  For promotion
5408  * to occur, two conditions must be met: (1) the 4KB page mappings must map
5409  * aligned, contiguous physical memory and (2) the 4KB page mappings must have
5410  * identical characteristics. 
5411  */
5412 static void
5413 pmap_promote_pde(pmap_t pmap, pd_entry_t *pde, vm_offset_t va,
5414     struct rwlock **lockp)
5415 {
5416         pd_entry_t newpde;
5417         pt_entry_t *firstpte, oldpte, pa, *pte;
5418         pt_entry_t PG_G, PG_A, PG_M, PG_RW, PG_V, PG_PKU_MASK;
5419         vm_page_t mpte;
5420         int PG_PTE_CACHE;
5421
5422         PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
5423         PG_G = pmap_global_bit(pmap);
5424         PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
5425         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
5426         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
5427         PG_PKU_MASK = pmap_pku_mask_bit(pmap);
5428         PG_PTE_CACHE = pmap_cache_mask(pmap, 0);
5429
5430         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
5431
5432         /*
5433          * Examine the first PTE in the specified PTP.  Abort if this PTE is
5434          * either invalid, unused, or does not map the first 4KB physical page
5435          * within a 2MB page. 
5436          */
5437         firstpte = (pt_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(*pde & PG_FRAME);
5438 setpde:
5439         newpde = *firstpte;
5440         if ((newpde & ((PG_FRAME & PDRMASK) | PG_A | PG_V)) != (PG_A | PG_V)) {
5441                 atomic_add_long(&pmap_pde_p_failures, 1);
5442                 CTR2(KTR_PMAP, "pmap_promote_pde: failure for va %#lx"
5443                     " in pmap %p", va, pmap);
5444                 return;
5445         }
5446         if ((newpde & (PG_M | PG_RW)) == PG_RW) {
5447                 /*
5448                  * When PG_M is already clear, PG_RW can be cleared without
5449                  * a TLB invalidation.
5450                  */
5451                 if (!atomic_cmpset_long(firstpte, newpde, newpde & ~PG_RW))
5452                         goto setpde;
5453                 newpde &= ~PG_RW;
5454         }
5455
5456         /*
5457          * Examine each of the other PTEs in the specified PTP.  Abort if this
5458          * PTE maps an unexpected 4KB physical page or does not have identical
5459          * characteristics to the first PTE.
5460          */
5461         pa = (newpde & (PG_PS_FRAME | PG_A | PG_V)) + NBPDR - PAGE_SIZE;
5462         for (pte = firstpte + NPTEPG - 1; pte > firstpte; pte--) {
5463 setpte:
5464                 oldpte = *pte;
5465                 if ((oldpte & (PG_FRAME | PG_A | PG_V)) != pa) {
5466                         atomic_add_long(&pmap_pde_p_failures, 1);
5467                         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_promote_pde: failure for va %#lx"
5468                             " in pmap %p", va, pmap);
5469                         return;
5470                 }
5471                 if ((oldpte & (PG_M | PG_RW)) == PG_RW) {
5472                         /*
5473                          * When PG_M is already clear, PG_RW can be cleared
5474                          * without a TLB invalidation.
5475                          */
5476                         if (!atomic_cmpset_long(pte, oldpte, oldpte & ~PG_RW))
5477                                 goto setpte;
5478                         oldpte &= ~PG_RW;
5479                         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_promote_pde: protect for va %#lx"
5480                             " in pmap %p", (oldpte & PG_FRAME & PDRMASK) |
5481                             (va & ~PDRMASK), pmap);
5482                 }
5483                 if ((oldpte & PG_PTE_PROMOTE) != (newpde & PG_PTE_PROMOTE)) {
5484                         atomic_add_long(&pmap_pde_p_failures, 1);
5485                         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_promote_pde: failure for va %#lx"
5486                             " in pmap %p", va, pmap);
5487                         return;
5488                 }
5489                 pa -= PAGE_SIZE;
5490         }
5491
5492         /*
5493          * Save the page table page in its current state until the PDE
5494          * mapping the superpage is demoted by pmap_demote_pde() or
5495          * destroyed by pmap_remove_pde(). 
5496          */
5497         mpte = PHYS_TO_VM_PAGE(*pde & PG_FRAME);
5498         KASSERT(mpte >= vm_page_array &&
5499             mpte < &vm_page_array[vm_page_array_size],
5500             ("pmap_promote_pde: page table page is out of range"));
5501         KASSERT(mpte->pindex == pmap_pde_pindex(va),
5502             ("pmap_promote_pde: page table page's pindex is wrong"));
5503         if (pmap_insert_pt_page(pmap, mpte, true)) {
5504                 atomic_add_long(&pmap_pde_p_failures, 1);
5505                 CTR2(KTR_PMAP,
5506                     "pmap_promote_pde: failure for va %#lx in pmap %p", va,
5507                     pmap);
5508                 return;
5509         }
5510
5511         /*
5512          * Promote the pv entries.
5513          */
5514         if ((newpde & PG_MANAGED) != 0)
5515                 pmap_pv_promote_pde(pmap, va, newpde & PG_PS_FRAME, lockp);
5516
5517         /*
5518          * Propagate the PAT index to its proper position.
5519          */
5520         newpde = pmap_swap_pat(pmap, newpde);
5521
5522         /*
5523          * Map the superpage.
5524          */
5525         if (workaround_erratum383)
5526                 pmap_update_pde(pmap, va, pde, PG_PS | newpde);
5527         else
5528                 pde_store(pde, PG_PROMOTED | PG_PS | newpde);
5529
5530         atomic_add_long(&pmap_pde_promotions, 1);
5531         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_promote_pde: success for va %#lx"
5532             " in pmap %p", va, pmap);
5533 }
5534 #endif /* VM_NRESERVLEVEL > 0 */
5535
5536 /*
5537  *      Insert the given physical page (p) at
5538  *      the specified virtual address (v) in the
5539  *      target physical map with the protection requested.
5540  *
5541  *      If specified, the page will be wired down, meaning
5542  *      that the related pte can not be reclaimed.
5543  *
5544  *      NB:  This is the only routine which MAY NOT lazy-evaluate
5545  *      or lose information.  That is, this routine must actually
5546  *      insert this page into the given map NOW.
5547  *
5548  *      When destroying both a page table and PV entry, this function
5549  *      performs the TLB invalidation before releasing the PV list
5550  *      lock, so we do not need pmap_delayed_invl_page() calls here.
5551  */
5552 int
5553 pmap_enter(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m, vm_prot_t prot,
5554     u_int flags, int8_t psind)
5555 {
5556         struct rwlock *lock;
5557         pd_entry_t *pde;
5558         pt_entry_t *pte, PG_G, PG_A, PG_M, PG_RW, PG_V;
5559         pt_entry_t newpte, origpte;
5560         pv_entry_t pv;
5561         vm_paddr_t opa, pa;
5562         vm_page_t mpte, om;
5563         int rv;
5564         boolean_t nosleep;
5565
5566         PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
5567         PG_G = pmap_global_bit(pmap);
5568         PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
5569         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
5570         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
5571
5572         va = trunc_page(va);
5573         KASSERT(va <= VM_MAX_KERNEL_ADDRESS, ("pmap_enter: toobig"));
5574         KASSERT(va < UPT_MIN_ADDRESS || va >= UPT_MAX_ADDRESS,
5575             ("pmap_enter: invalid to pmap_enter page table pages (va: 0x%lx)",
5576             va));
5577         KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) != 0 || va < kmi.clean_sva ||
5578             va >= kmi.clean_eva,
5579             ("pmap_enter: managed mapping within the clean submap"));
5580         if ((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0 && !vm_page_xbusied(m))
5581                 VM_OBJECT_ASSERT_LOCKED(m->object);
5582         KASSERT((flags & PMAP_ENTER_RESERVED) == 0,
5583             ("pmap_enter: flags %u has reserved bits set", flags));
5584         pa = VM_PAGE_TO_PHYS(m);
5585         newpte = (pt_entry_t)(pa | PG_A | PG_V);
5586         if ((flags & VM_PROT_WRITE) != 0)
5587                 newpte |= PG_M;
5588         if ((prot & VM_PROT_WRITE) != 0)
5589                 newpte |= PG_RW;
5590         KASSERT((newpte & (PG_M | PG_RW)) != PG_M,
5591             ("pmap_enter: flags includes VM_PROT_WRITE but prot doesn't"));
5592         if ((prot & VM_PROT_EXECUTE) == 0)
5593                 newpte |= pg_nx;
5594         if ((flags & PMAP_ENTER_WIRED) != 0)
5595                 newpte |= PG_W;
5596         if (va < VM_MAXUSER_ADDRESS)
5597                 newpte |= PG_U;
5598         if (pmap == kernel_pmap)
5599                 newpte |= PG_G;
5600         newpte |= pmap_cache_bits(pmap, m->md.pat_mode, psind > 0);
5601
5602         /*
5603          * Set modified bit gratuitously for writeable mappings if
5604          * the page is unmanaged. We do not want to take a fault
5605          * to do the dirty bit accounting for these mappings.
5606          */
5607         if ((m->oflags & VPO_UNMANAGED) != 0) {
5608                 if ((newpte & PG_RW) != 0)
5609                         newpte |= PG_M;
5610         } else
5611                 newpte |= PG_MANAGED;
5612
5613         lock = NULL;
5614         PMAP_LOCK(pmap);
5615         if (psind == 1) {
5616                 /* Assert the required virtual and physical alignment. */ 
5617                 KASSERT((va & PDRMASK) == 0, ("pmap_enter: va unaligned"));
5618                 KASSERT(m->psind > 0, ("pmap_enter: m->psind < psind"));
5619                 rv = pmap_enter_pde(pmap, va, newpte | PG_PS, flags, m, &lock);
5620                 goto out;
5621         }
5622         mpte = NULL;
5623
5624         /*
5625          * In the case that a page table page is not
5626          * resident, we are creating it here.
5627          */
5628 retry:
5629         pde = pmap_pde(pmap, va);
5630         if (pde != NULL && (*pde & PG_V) != 0 && ((*pde & PG_PS) == 0 ||
5631             pmap_demote_pde_locked(pmap, pde, va, &lock))) {
5632                 pte = pmap_pde_to_pte(pde, va);
5633                 if (va < VM_MAXUSER_ADDRESS && mpte == NULL) {
5634                         mpte = PHYS_TO_VM_PAGE(*pde & PG_FRAME);
5635                         mpte->wire_count++;
5636                 }
5637         } else if (va < VM_MAXUSER_ADDRESS) {
5638                 /*
5639                  * Here if the pte page isn't mapped, or if it has been
5640                  * deallocated.
5641                  */
5642                 nosleep = (flags & PMAP_ENTER_NOSLEEP) != 0;
5643                 mpte = _pmap_allocpte(pmap, pmap_pde_pindex(va),
5644                     nosleep ? NULL : &lock);
5645                 if (mpte == NULL && nosleep) {
5646                         rv = KERN_RESOURCE_SHORTAGE;
5647                         goto out;
5648                 }
5649                 goto retry;
5650         } else
5651                 panic("pmap_enter: invalid page directory va=%#lx", va);
5652
5653         origpte = *pte;
5654         pv = NULL;
5655         if (va < VM_MAXUSER_ADDRESS && pmap->pm_type == PT_X86)
5656                 newpte |= pmap_pkru_get(pmap, va);
5657
5658         /*
5659          * Is the specified virtual address already mapped?
5660          */
5661         if ((origpte & PG_V) != 0) {
5662                 /*
5663                  * Wiring change, just update stats. We don't worry about
5664                  * wiring PT pages as they remain resident as long as there
5665                  * are valid mappings in them. Hence, if a user page is wired,
5666                  * the PT page will be also.
5667                  */
5668                 if ((newpte & PG_W) != 0 && (origpte & PG_W) == 0)
5669                         pmap->pm_stats.wired_count++;
5670                 else if ((newpte & PG_W) == 0 && (origpte & PG_W) != 0)
5671                         pmap->pm_stats.wired_count--;
5672
5673                 /*
5674                  * Remove the extra PT page reference.
5675                  */
5676                 if (mpte != NULL) {
5677                         mpte->wire_count--;
5678                         KASSERT(mpte->wire_count > 0,
5679                             ("pmap_enter: missing reference to page table page,"
5680                              " va: 0x%lx", va));
5681                 }
5682
5683                 /*
5684                  * Has the physical page changed?
5685                  */
5686                 opa = origpte & PG_FRAME;
5687                 if (opa == pa) {
5688                         /*
5689                          * No, might be a protection or wiring change.
5690                          */
5691                         if ((origpte & PG_MANAGED) != 0 &&
5692                             (newpte & PG_RW) != 0)
5693                                 vm_page_aflag_set(m, PGA_WRITEABLE);
5694                         if (((origpte ^ newpte) & ~(PG_M | PG_A)) == 0)
5695                                 goto unchanged;
5696                         goto validate;
5697                 }
5698
5699                 /*
5700                  * The physical page has changed.  Temporarily invalidate
5701                  * the mapping.  This ensures that all threads sharing the
5702                  * pmap keep a consistent view of the mapping, which is
5703                  * necessary for the correct handling of COW faults.  It
5704                  * also permits reuse of the old mapping's PV entry,
5705                  * avoiding an allocation.
5706                  *
5707                  * For consistency, handle unmanaged mappings the same way.
5708                  */
5709                 origpte = pte_load_clear(pte);
5710                 KASSERT((origpte & PG_FRAME) == opa,
5711                     ("pmap_enter: unexpected pa update for %#lx", va));
5712                 if ((origpte & PG_MANAGED) != 0) {
5713                         om = PHYS_TO_VM_PAGE(opa);
5714
5715                         /*
5716                          * The pmap lock is sufficient to synchronize with
5717                          * concurrent calls to pmap_page_test_mappings() and
5718                          * pmap_ts_referenced().
5719                          */
5720                         if ((origpte & (PG_M | PG_RW)) == (PG_M | PG_RW))
5721                                 vm_page_dirty(om);
5722                         if ((origpte & PG_A) != 0)
5723                                 vm_page_aflag_set(om, PGA_REFERENCED);
5724                         CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_PHYS(&lock, opa);
5725                         pv = pmap_pvh_remove(&om->md, pmap, va);
5726                         KASSERT(pv != NULL,
5727                             ("pmap_enter: no PV entry for %#lx", va));
5728                         if ((newpte & PG_MANAGED) == 0)
5729                                 free_pv_entry(pmap, pv);
5730                         if ((om->aflags & PGA_WRITEABLE) != 0 &&
5731                             TAILQ_EMPTY(&om->md.pv_list) &&
5732                             ((om->flags & PG_FICTITIOUS) != 0 ||
5733                             TAILQ_EMPTY(&pa_to_pvh(opa)->pv_list)))
5734                                 vm_page_aflag_clear(om, PGA_WRITEABLE);
5735                 }
5736                 if ((origpte & PG_A) != 0)
5737                         pmap_invalidate_page(pmap, va);
5738                 origpte = 0;
5739         } else {
5740                 /*
5741                  * Increment the counters.
5742                  */
5743                 if ((newpte & PG_W) != 0)
5744                         pmap->pm_stats.wired_count++;
5745                 pmap_resident_count_inc(pmap, 1);
5746         }
5747
5748         /*
5749          * Enter on the PV list if part of our managed memory.
5750          */
5751         if ((newpte & PG_MANAGED) != 0) {
5752                 if (pv == NULL) {
5753                         pv = get_pv_entry(pmap, &lock);
5754                         pv->pv_va = va;
5755                 }
5756                 CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_PHYS(&lock, pa);
5757                 TAILQ_INSERT_TAIL(&m->md.pv_list, pv, pv_next);
5758                 m->md.pv_gen++;
5759                 if ((newpte & PG_RW) != 0)
5760                         vm_page_aflag_set(m, PGA_WRITEABLE);
5761         }
5762
5763         /*
5764          * Update the PTE.
5765          */
5766         if ((origpte & PG_V) != 0) {
5767 validate:
5768                 origpte = pte_load_store(pte, newpte);
5769                 KASSERT((origpte & PG_FRAME) == pa,
5770                     ("pmap_enter: unexpected pa update for %#lx", va));
5771                 if ((newpte & PG_M) == 0 && (origpte & (PG_M | PG_RW)) ==
5772                     (PG_M | PG_RW)) {
5773                         if ((origpte & PG_MANAGED) != 0)
5774                                 vm_page_dirty(m);
5775
5776                         /*
5777                          * Although the PTE may still have PG_RW set, TLB
5778                          * invalidation may nonetheless be required because
5779                          * the PTE no longer has PG_M set.
5780                          */
5781                 } else if ((origpte & PG_NX) != 0 || (newpte & PG_NX) == 0) {
5782                         /*
5783                          * This PTE change does not require TLB invalidation.
5784                          */
5785                         goto unchanged;
5786                 }
5787                 if ((origpte & PG_A) != 0)
5788                         pmap_invalidate_page(pmap, va);
5789         } else
5790                 pte_store(pte, newpte);
5791
5792 unchanged:
5793
5794 #if VM_NRESERVLEVEL > 0
5795         /*
5796          * If both the page table page and the reservation are fully
5797          * populated, then attempt promotion.
5798          */
5799         if ((mpte == NULL || mpte->wire_count == NPTEPG) &&
5800             pmap_ps_enabled(pmap) &&
5801             (m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0 &&
5802             vm_reserv_level_iffullpop(m) == 0)
5803                 pmap_promote_pde(pmap, pde, va, &lock);
5804 #endif
5805
5806         rv = KERN_SUCCESS;
5807 out:
5808         if (lock != NULL)
5809                 rw_wunlock(lock);
5810         PMAP_UNLOCK(pmap);
5811         return (rv);
5812 }
5813
5814 /*
5815  * Tries to create a read- and/or execute-only 2MB page mapping.  Returns true
5816  * if successful.  Returns false if (1) a page table page cannot be allocated
5817  * without sleeping, (2) a mapping already exists at the specified virtual
5818  * address, or (3) a PV entry cannot be allocated without reclaiming another
5819  * PV entry.
5820  */
5821 static bool
5822 pmap_enter_2mpage(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m, vm_prot_t prot,
5823     struct rwlock **lockp)
5824 {
5825         pd_entry_t newpde;
5826         pt_entry_t PG_V;
5827
5828         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
5829         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
5830         newpde = VM_PAGE_TO_PHYS(m) | pmap_cache_bits(pmap, m->md.pat_mode, 1) |
5831             PG_PS | PG_V;
5832         if ((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0)
5833                 newpde |= PG_MANAGED;
5834         if ((prot & VM_PROT_EXECUTE) == 0)
5835                 newpde |= pg_nx;
5836         if (va < VM_MAXUSER_ADDRESS)
5837                 newpde |= PG_U;
5838         return (pmap_enter_pde(pmap, va, newpde, PMAP_ENTER_NOSLEEP |
5839             PMAP_ENTER_NOREPLACE | PMAP_ENTER_NORECLAIM, NULL, lockp) ==
5840             KERN_SUCCESS);
5841 }
5842
5843 /*
5844  * Tries to create the specified 2MB page mapping.  Returns KERN_SUCCESS if
5845  * the mapping was created, and either KERN_FAILURE or KERN_RESOURCE_SHORTAGE
5846  * otherwise.  Returns KERN_FAILURE if PMAP_ENTER_NOREPLACE was specified and
5847  * a mapping already exists at the specified virtual address.  Returns
5848  * KERN_RESOURCE_SHORTAGE if PMAP_ENTER_NOSLEEP was specified and a page table
5849  * page allocation failed.  Returns KERN_RESOURCE_SHORTAGE if
5850  * PMAP_ENTER_NORECLAIM was specified and a PV entry allocation failed.
5851  *
5852  * The parameter "m" is only used when creating a managed, writeable mapping.
5853  */
5854 static int
5855 pmap_enter_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t newpde, u_int flags,
5856     vm_page_t m, struct rwlock **lockp)
5857 {
5858         struct spglist free;
5859         pd_entry_t oldpde, *pde;
5860         pt_entry_t PG_G, PG_RW, PG_V;
5861         vm_page_t mt, pdpg;
5862
5863         PG_G = pmap_global_bit(pmap);
5864         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
5865         KASSERT((newpde & (pmap_modified_bit(pmap) | PG_RW)) != PG_RW,
5866             ("pmap_enter_pde: newpde is missing PG_M"));
5867         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
5868         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
5869
5870         if ((pdpg = pmap_allocpde(pmap, va, (flags & PMAP_ENTER_NOSLEEP) != 0 ?
5871             NULL : lockp)) == NULL) {
5872                 CTR2(KTR_PMAP, "pmap_enter_pde: failure for va %#lx"
5873                     " in pmap %p", va, pmap);
5874                 return (KERN_RESOURCE_SHORTAGE);
5875         }
5876
5877         /*
5878          * If pkru is not same for the whole pde range, return failure
5879          * and let vm_fault() cope.  Check after pde allocation, since
5880          * it could sleep.
5881          */
5882         if (!pmap_pkru_same(pmap, va, va + NBPDR)) {
5883                 SLIST_INIT(&free);
5884                 if (pmap_unwire_ptp(pmap, va, pdpg, &free)) {
5885                         pmap_invalidate_page(pmap, va);
5886                         vm_page_free_pages_toq(&free, true);
5887                 }
5888                 return (KERN_FAILURE);
5889         }
5890         if (va < VM_MAXUSER_ADDRESS && pmap->pm_type == PT_X86) {
5891                 newpde &= ~X86_PG_PKU_MASK;
5892                 newpde |= pmap_pkru_get(pmap, va);
5893         }
5894
5895         pde = (pd_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(pdpg));
5896         pde = &pde[pmap_pde_index(va)];
5897         oldpde = *pde;
5898         if ((oldpde & PG_V) != 0) {
5899                 KASSERT(pdpg->wire_count > 1,
5900                     ("pmap_enter_pde: pdpg's wire count is too low"));
5901                 if ((flags & PMAP_ENTER_NOREPLACE) != 0) {
5902                         pdpg->wire_count--;
5903                         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_enter_pde: failure for va %#lx"
5904                             " in pmap %p", va, pmap);
5905                         return (KERN_FAILURE);
5906                 }
5907                 /* Break the existing mapping(s). */
5908                 SLIST_INIT(&free);
5909                 if ((oldpde & PG_PS) != 0) {
5910                         /*
5911                          * The reference to the PD page that was acquired by
5912                          * pmap_allocpde() ensures that it won't be freed.
5913                          * However, if the PDE resulted from a promotion, then
5914                          * a reserved PT page could be freed.
5915                          */
5916                         (void)pmap_remove_pde(pmap, pde, va, &free, lockp);
5917                         if ((oldpde & PG_G) == 0)
5918                                 pmap_invalidate_pde_page(pmap, va, oldpde);
5919                 } else {
5920                         pmap_delayed_invl_start();
5921                         if (pmap_remove_ptes(pmap, va, va + NBPDR, pde, &free,
5922                             lockp))
5923                                pmap_invalidate_all(pmap);
5924                         pmap_delayed_invl_finish();
5925                 }
5926                 vm_page_free_pages_toq(&free, true);
5927                 if (va >= VM_MAXUSER_ADDRESS) {
5928                         /*
5929                          * Both pmap_remove_pde() and pmap_remove_ptes() will
5930                          * leave the kernel page table page zero filled.
5931                          */
5932                         mt = PHYS_TO_VM_PAGE(*pde & PG_FRAME);
5933                         if (pmap_insert_pt_page(pmap, mt, false))
5934                                 panic("pmap_enter_pde: trie insert failed");
5935                 } else
5936                         KASSERT(*pde == 0, ("pmap_enter_pde: non-zero pde %p",
5937                             pde));
5938         }
5939         if ((newpde & PG_MANAGED) != 0) {
5940                 /*
5941                  * Abort this mapping if its PV entry could not be created.
5942                  */
5943                 if (!pmap_pv_insert_pde(pmap, va, newpde, flags, lockp)) {
5944                         SLIST_INIT(&free);
5945                         if (pmap_unwire_ptp(pmap, va, pdpg, &free)) {
5946                                 /*
5947                                  * Although "va" is not mapped, paging-
5948                                  * structure caches could nonetheless have
5949                                  * entries that refer to the freed page table
5950                                  * pages.  Invalidate those entries.
5951                                  */
5952                                 pmap_invalidate_page(pmap, va);
5953                                 vm_page_free_pages_toq(&free, true);
5954                         }
5955                         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_enter_pde: failure for va %#lx"
5956                             " in pmap %p", va, pmap);
5957                         return (KERN_RESOURCE_SHORTAGE);
5958                 }
5959                 if ((newpde & PG_RW) != 0) {
5960                         for (mt = m; mt < &m[NBPDR / PAGE_SIZE]; mt++)
5961                                 vm_page_aflag_set(mt, PGA_WRITEABLE);
5962                 }
5963         }
5964
5965         /*
5966          * Increment counters.
5967          */
5968         if ((newpde & PG_W) != 0)
5969                 pmap->pm_stats.wired_count += NBPDR / PAGE_SIZE;
5970         pmap_resident_count_inc(pmap, NBPDR / PAGE_SIZE);
5971
5972         /*
5973          * Map the superpage.  (This is not a promoted mapping; there will not
5974          * be any lingering 4KB page mappings in the TLB.)
5975          */
5976         pde_store(pde, newpde);
5977
5978         atomic_add_long(&pmap_pde_mappings, 1);
5979         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_enter_pde: success for va %#lx"
5980             " in pmap %p", va, pmap);
5981         return (KERN_SUCCESS);
5982 }
5983
5984 /*
5985  * Maps a sequence of resident pages belonging to the same object.
5986  * The sequence begins with the given page m_start.  This page is
5987  * mapped at the given virtual address start.  Each subsequent page is
5988  * mapped at a virtual address that is offset from start by the same
5989  * amount as the page is offset from m_start within the object.  The
5990  * last page in the sequence is the page with the largest offset from
5991  * m_start that can be mapped at a virtual address less than the given
5992  * virtual address end.  Not every virtual page between start and end
5993  * is mapped; only those for which a resident page exists with the
5994  * corresponding offset from m_start are mapped.
5995  */
5996 void
5997 pmap_enter_object(pmap_t pmap, vm_offset_t start, vm_offset_t end,
5998     vm_page_t m_start, vm_prot_t prot)
5999 {
6000         struct rwlock *lock;
6001         vm_offset_t va;
6002         vm_page_t m, mpte;
6003         vm_pindex_t diff, psize;
6004
6005         VM_OBJECT_ASSERT_LOCKED(m_start->object);
6006
6007         psize = atop(end - start);
6008         mpte = NULL;
6009         m = m_start;
6010         lock = NULL;
6011         PMAP_LOCK(pmap);
6012         while (m != NULL && (diff = m->pindex - m_start->pindex) < psize) {
6013                 va = start + ptoa(diff);
6014                 if ((va & PDRMASK) == 0 && va + NBPDR <= end &&
6015                     m->psind == 1 && pmap_ps_enabled(pmap) &&
6016                     pmap_enter_2mpage(pmap, va, m, prot, &lock))
6017                         m = &m[NBPDR / PAGE_SIZE - 1];
6018                 else
6019                         mpte = pmap_enter_quick_locked(pmap, va, m, prot,
6020                             mpte, &lock);
6021                 m = TAILQ_NEXT(m, listq);
6022         }
6023         if (lock != NULL)
6024                 rw_wunlock(lock);
6025         PMAP_UNLOCK(pmap);
6026 }
6027
6028 /*
6029  * this code makes some *MAJOR* assumptions:
6030  * 1. Current pmap & pmap exists.
6031  * 2. Not wired.
6032  * 3. Read access.
6033  * 4. No page table pages.
6034  * but is *MUCH* faster than pmap_enter...
6035  */
6036
6037 void
6038 pmap_enter_quick(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m, vm_prot_t prot)
6039 {
6040         struct rwlock *lock;
6041
6042         lock = NULL;
6043         PMAP_LOCK(pmap);
6044         (void)pmap_enter_quick_locked(pmap, va, m, prot, NULL, &lock);
6045         if (lock != NULL)
6046                 rw_wunlock(lock);
6047         PMAP_UNLOCK(pmap);
6048 }
6049
6050 static vm_page_t
6051 pmap_enter_quick_locked(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m,
6052     vm_prot_t prot, vm_page_t mpte, struct rwlock **lockp)
6053 {
6054         struct spglist free;
6055         pt_entry_t newpte, *pte, PG_V;
6056
6057         KASSERT(va < kmi.clean_sva || va >= kmi.clean_eva ||
6058             (m->oflags & VPO_UNMANAGED) != 0,
6059             ("pmap_enter_quick_locked: managed mapping within the clean submap"));
6060         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
6061         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
6062
6063         /*
6064          * In the case that a page table page is not
6065          * resident, we are creating it here.
6066          */
6067         if (va < VM_MAXUSER_ADDRESS) {
6068                 vm_pindex_t ptepindex;
6069                 pd_entry_t *ptepa;
6070
6071                 /*
6072                  * Calculate pagetable page index
6073                  */
6074                 ptepindex = pmap_pde_pindex(va);
6075                 if (mpte && (mpte->pindex == ptepindex)) {
6076                         mpte->wire_count++;
6077                 } else {
6078                         /*
6079                          * Get the page directory entry
6080                          */
6081                         ptepa = pmap_pde(pmap, va);
6082
6083                         /*
6084                          * If the page table page is mapped, we just increment
6085                          * the hold count, and activate it.  Otherwise, we
6086                          * attempt to allocate a page table page.  If this
6087                          * attempt fails, we don't retry.  Instead, we give up.
6088                          */
6089                         if (ptepa && (*ptepa & PG_V) != 0) {
6090                                 if (*ptepa & PG_PS)
6091                                         return (NULL);
6092                                 mpte = PHYS_TO_VM_PAGE(*ptepa & PG_FRAME);
6093                                 mpte->wire_count++;
6094                         } else {
6095                                 /*
6096                                  * Pass NULL instead of the PV list lock
6097                                  * pointer, because we don't intend to sleep.
6098                                  */
6099                                 mpte = _pmap_allocpte(pmap, ptepindex, NULL);
6100                                 if (mpte == NULL)
6101                                         return (mpte);
6102                         }
6103                 }
6104                 pte = (pt_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(mpte));
6105                 pte = &pte[pmap_pte_index(va)];
6106         } else {
6107                 mpte = NULL;
6108                 pte = vtopte(va);
6109         }
6110         if (*pte) {
6111                 if (mpte != NULL) {
6112                         mpte->wire_count--;
6113                         mpte = NULL;
6114                 }
6115                 return (mpte);
6116         }
6117
6118         /*
6119          * Enter on the PV list if part of our managed memory.
6120          */
6121         if ((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0 &&
6122             !pmap_try_insert_pv_entry(pmap, va, m, lockp)) {
6123                 if (mpte != NULL) {
6124                         SLIST_INIT(&free);
6125                         if (pmap_unwire_ptp(pmap, va, mpte, &free)) {
6126                                 /*
6127                                  * Although "va" is not mapped, paging-
6128                                  * structure caches could nonetheless have
6129                                  * entries that refer to the freed page table
6130                                  * pages.  Invalidate those entries.
6131                                  */
6132                                 pmap_invalidate_page(pmap, va);
6133                                 vm_page_free_pages_toq(&free, true);
6134                         }
6135                         mpte = NULL;
6136                 }
6137                 return (mpte);
6138         }
6139
6140         /*
6141          * Increment counters
6142          */
6143         pmap_resident_count_inc(pmap, 1);
6144
6145         newpte = VM_PAGE_TO_PHYS(m) | PG_V |
6146             pmap_cache_bits(pmap, m->md.pat_mode, 0);
6147         if ((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0)
6148                 newpte |= PG_MANAGED;
6149         if ((prot & VM_PROT_EXECUTE) == 0)
6150                 newpte |= pg_nx;
6151         if (va < VM_MAXUSER_ADDRESS)
6152                 newpte |= PG_U | pmap_pkru_get(pmap, va);
6153         pte_store(pte, newpte);
6154         return (mpte);
6155 }
6156
6157 /*
6158  * Make a temporary mapping for a physical address.  This is only intended
6159  * to be used for panic dumps.
6160  */
6161 void *
6162 pmap_kenter_temporary(vm_paddr_t pa, int i)
6163 {
6164         vm_offset_t va;
6165
6166         va = (vm_offset_t)crashdumpmap + (i * PAGE_SIZE);
6167         pmap_kenter(va, pa);
6168         invlpg(va);
6169         return ((void *)crashdumpmap);
6170 }
6171
6172 /*
6173  * This code maps large physical mmap regions into the
6174  * processor address space.  Note that some shortcuts
6175  * are taken, but the code works.
6176  */
6177 void
6178 pmap_object_init_pt(pmap_t pmap, vm_offset_t addr, vm_object_t object,
6179     vm_pindex_t pindex, vm_size_t size)
6180 {
6181         pd_entry_t *pde;
6182         pt_entry_t PG_A, PG_M, PG_RW, PG_V;
6183         vm_paddr_t pa, ptepa;
6184         vm_page_t p, pdpg;
6185         int pat_mode;
6186
6187         PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
6188         PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
6189         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
6190         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
6191
6192         VM_OBJECT_ASSERT_WLOCKED(object);
6193         KASSERT(object->type == OBJT_DEVICE || object->type == OBJT_SG,
6194             ("pmap_object_init_pt: non-device object"));
6195         if ((addr & (NBPDR - 1)) == 0 && (size & (NBPDR - 1)) == 0) {
6196                 if (!pmap_ps_enabled(pmap))
6197                         return;
6198                 if (!vm_object_populate(object, pindex, pindex + atop(size)))
6199                         return;
6200                 p = vm_page_lookup(object, pindex);
6201                 KASSERT(p->valid == VM_PAGE_BITS_ALL,
6202                     ("pmap_object_init_pt: invalid page %p", p));
6203                 pat_mode = p->md.pat_mode;
6204
6205                 /*
6206                  * Abort the mapping if the first page is not physically
6207                  * aligned to a 2MB page boundary.
6208                  */
6209                 ptepa = VM_PAGE_TO_PHYS(p);
6210                 if (ptepa & (NBPDR - 1))
6211                         return;
6212
6213                 /*
6214                  * Skip the first page.  Abort the mapping if the rest of
6215                  * the pages are not physically contiguous or have differing
6216                  * memory attributes.
6217                  */
6218                 p = TAILQ_NEXT(p, listq);
6219                 for (pa = ptepa + PAGE_SIZE; pa < ptepa + size;
6220                     pa += PAGE_SIZE) {
6221                         KASSERT(p->valid == VM_PAGE_BITS_ALL,
6222                             ("pmap_object_init_pt: invalid page %p", p));
6223                         if (pa != VM_PAGE_TO_PHYS(p) ||
6224                             pat_mode != p->md.pat_mode)
6225                                 return;
6226                         p = TAILQ_NEXT(p, listq);
6227                 }
6228
6229                 /*
6230                  * Map using 2MB pages.  Since "ptepa" is 2M aligned and
6231                  * "size" is a multiple of 2M, adding the PAT setting to "pa"
6232                  * will not affect the termination of this loop.
6233                  */ 
6234                 PMAP_LOCK(pmap);
6235                 for (pa = ptepa | pmap_cache_bits(pmap, pat_mode, 1);
6236                     pa < ptepa + size; pa += NBPDR) {
6237                         pdpg = pmap_allocpde(pmap, addr, NULL);
6238                         if (pdpg == NULL) {
6239                                 /*
6240                                  * The creation of mappings below is only an
6241                                  * optimization.  If a page directory page
6242                                  * cannot be allocated without blocking,
6243                                  * continue on to the next mapping rather than
6244                                  * blocking.
6245                                  */
6246                                 addr += NBPDR;
6247                                 continue;
6248                         }
6249                         pde = (pd_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(pdpg));
6250                         pde = &pde[pmap_pde_index(addr)];
6251                         if ((*pde & PG_V) == 0) {
6252                                 pde_store(pde, pa | PG_PS | PG_M | PG_A |
6253                                     PG_U | PG_RW | PG_V);
6254                                 pmap_resident_count_inc(pmap, NBPDR / PAGE_SIZE);
6255                                 atomic_add_long(&pmap_pde_mappings, 1);
6256                         } else {
6257                                 /* Continue on if the PDE is already valid. */
6258                                 pdpg->wire_count--;
6259                                 KASSERT(pdpg->wire_count > 0,
6260                                     ("pmap_object_init_pt: missing reference "
6261                                     "to page directory page, va: 0x%lx", addr));
6262                         }
6263                         addr += NBPDR;
6264                 }
6265                 PMAP_UNLOCK(pmap);
6266         }
6267 }
6268
6269 /*
6270  *      Clear the wired attribute from the mappings for the specified range of
6271  *      addresses in the given pmap.  Every valid mapping within that range
6272  *      must have the wired attribute set.  In contrast, invalid mappings
6273  *      cannot have the wired attribute set, so they are ignored.
6274  *
6275  *      The wired attribute of the page table entry is not a hardware
6276  *      feature, so there is no need to invalidate any TLB entries.
6277  *      Since pmap_demote_pde() for the wired entry must never fail,
6278  *      pmap_delayed_invl_start()/finish() calls around the
6279  *      function are not needed.
6280  */
6281 void
6282 pmap_unwire(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
6283 {
6284         vm_offset_t va_next;
6285         pml4_entry_t *pml4e;
6286         pdp_entry_t *pdpe;
6287         pd_entry_t *pde;
6288         pt_entry_t *pte, PG_V;
6289
6290         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
6291         PMAP_LOCK(pmap);
6292         for (; sva < eva; sva = va_next) {
6293                 pml4e = pmap_pml4e(pmap, sva);
6294                 if ((*pml4e & PG_V) == 0) {
6295                         va_next = (sva + NBPML4) & ~PML4MASK;
6296                         if (va_next < sva)
6297                                 va_next = eva;
6298                         continue;
6299                 }
6300                 pdpe = pmap_pml4e_to_pdpe(pml4e, sva);
6301                 if ((*pdpe & PG_V) == 0) {
6302                         va_next = (sva + NBPDP) & ~PDPMASK;
6303                         if (va_next < sva)
6304                                 va_next = eva;
6305                         continue;
6306                 }
6307                 va_next = (sva + NBPDR) & ~PDRMASK;
6308                 if (va_next < sva)
6309                         va_next = eva;
6310                 pde = pmap_pdpe_to_pde(pdpe, sva);
6311                 if ((*pde & PG_V) == 0)
6312                         continue;
6313                 if ((*pde & PG_PS) != 0) {
6314                         if ((*pde & PG_W) == 0)
6315                                 panic("pmap_unwire: pde %#jx is missing PG_W",
6316                                     (uintmax_t)*pde);
6317
6318                         /*
6319                          * Are we unwiring the entire large page?  If not,
6320                          * demote the mapping and fall through.
6321                          */
6322                         if (sva + NBPDR == va_next && eva >= va_next) {
6323                                 atomic_clear_long(pde, PG_W);
6324                                 pmap->pm_stats.wired_count -= NBPDR /
6325                                     PAGE_SIZE;
6326                                 continue;
6327                         } else if (!pmap_demote_pde(pmap, pde, sva))
6328                                 panic("pmap_unwire: demotion failed");
6329                 }
6330                 if (va_next > eva)
6331                         va_next = eva;
6332                 for (pte = pmap_pde_to_pte(pde, sva); sva != va_next; pte++,
6333                     sva += PAGE_SIZE) {
6334                         if ((*pte & PG_V) == 0)
6335                                 continue;
6336                         if ((*pte & PG_W) == 0)
6337                                 panic("pmap_unwire: pte %#jx is missing PG_W",
6338                                     (uintmax_t)*pte);
6339
6340                         /*
6341                          * PG_W must be cleared atomically.  Although the pmap
6342                          * lock synchronizes access to PG_W, another processor
6343                          * could be setting PG_M and/or PG_A concurrently.
6344                          */
6345                         atomic_clear_long(pte, PG_W);
6346                         pmap->pm_stats.wired_count--;
6347                 }
6348         }
6349         PMAP_UNLOCK(pmap);
6350 }
6351
6352 /*
6353  *      Copy the range specified by src_addr/len
6354  *      from the source map to the range dst_addr/len
6355  *      in the destination map.
6356  *
6357  *      This routine is only advisory and need not do anything.
6358  */
6359
6360 void
6361 pmap_copy(pmap_t dst_pmap, pmap_t src_pmap, vm_offset_t dst_addr, vm_size_t len,
6362     vm_offset_t src_addr)
6363 {
6364         struct rwlock *lock;
6365         struct spglist free;
6366         vm_offset_t addr;
6367         vm_offset_t end_addr = src_addr + len;
6368         vm_offset_t va_next;
6369         vm_page_t dst_pdpg, dstmpte, srcmpte;
6370         pt_entry_t PG_A, PG_M, PG_V;
6371
6372         if (dst_addr != src_addr)
6373                 return;
6374
6375         if (dst_pmap->pm_type != src_pmap->pm_type)
6376                 return;
6377
6378         /*
6379          * EPT page table entries that require emulation of A/D bits are
6380          * sensitive to clearing the PG_A bit (aka EPT_PG_READ). Although
6381          * we clear PG_M (aka EPT_PG_WRITE) concomitantly, the PG_U bit
6382          * (aka EPT_PG_EXECUTE) could still be set. Since some EPT
6383          * implementations flag an EPT misconfiguration for exec-only
6384          * mappings we skip this function entirely for emulated pmaps.
6385          */
6386         if (pmap_emulate_ad_bits(dst_pmap))
6387                 return;
6388
6389         lock = NULL;
6390         if (dst_pmap < src_pmap) {
6391                 PMAP_LOCK(dst_pmap);
6392                 PMAP_LOCK(src_pmap);
6393         } else {
6394                 PMAP_LOCK(src_pmap);
6395                 PMAP_LOCK(dst_pmap);
6396         }
6397
6398         PG_A = pmap_accessed_bit(dst_pmap);
6399         PG_M = pmap_modified_bit(dst_pmap);
6400         PG_V = pmap_valid_bit(dst_pmap);
6401
6402         for (addr = src_addr; addr < end_addr; addr = va_next) {
6403                 pt_entry_t *src_pte, *dst_pte;
6404                 pml4_entry_t *pml4e;
6405                 pdp_entry_t *pdpe;
6406                 pd_entry_t srcptepaddr, *pde;
6407
6408                 KASSERT(addr < UPT_MIN_ADDRESS,
6409                     ("pmap_copy: invalid to pmap_copy page tables"));
6410
6411                 pml4e = pmap_pml4e(src_pmap, addr);
6412                 if ((*pml4e & PG_V) == 0) {
6413                         va_next = (addr + NBPML4) & ~PML4MASK;
6414                         if (va_next < addr)
6415                                 va_next = end_addr;
6416                         continue;
6417                 }
6418
6419                 pdpe = pmap_pml4e_to_pdpe(pml4e, addr);
6420                 if ((*pdpe & PG_V) == 0) {
6421                         va_next = (addr + NBPDP) & ~PDPMASK;
6422                         if (va_next < addr)
6423                                 va_next = end_addr;
6424                         continue;
6425                 }
6426
6427                 va_next = (addr + NBPDR) & ~PDRMASK;
6428                 if (va_next < addr)
6429                         va_next = end_addr;
6430
6431                 pde = pmap_pdpe_to_pde(pdpe, addr);
6432                 srcptepaddr = *pde;
6433                 if (srcptepaddr == 0)
6434                         continue;
6435                         
6436                 if (srcptepaddr & PG_PS) {
6437                         if ((addr & PDRMASK) != 0 || addr + NBPDR > end_addr)
6438                                 continue;
6439                         dst_pdpg = pmap_allocpde(dst_pmap, addr, NULL);
6440                         if (dst_pdpg == NULL)
6441                                 break;
6442                         pde = (pd_entry_t *)
6443                             PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(dst_pdpg));
6444                         pde = &pde[pmap_pde_index(addr)];
6445                         if (*pde == 0 && ((srcptepaddr & PG_MANAGED) == 0 ||
6446                             pmap_pv_insert_pde(dst_pmap, addr, srcptepaddr,
6447                             PMAP_ENTER_NORECLAIM, &lock))) {
6448                                 *pde = srcptepaddr & ~PG_W;
6449                                 pmap_resident_count_inc(dst_pmap, NBPDR / PAGE_SIZE);
6450                                 atomic_add_long(&pmap_pde_mappings, 1);
6451                         } else
6452                                 dst_pdpg->wire_count--;
6453                         continue;
6454                 }
6455
6456                 srcptepaddr &= PG_FRAME;
6457                 srcmpte = PHYS_TO_VM_PAGE(srcptepaddr);
6458                 KASSERT(srcmpte->wire_count > 0,
6459                     ("pmap_copy: source page table page is unused"));
6460
6461                 if (va_next > end_addr)
6462                         va_next = end_addr;
6463
6464                 src_pte = (pt_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(srcptepaddr);
6465                 src_pte = &src_pte[pmap_pte_index(addr)];
6466                 dstmpte = NULL;
6467                 while (addr < va_next) {
6468                         pt_entry_t ptetemp;
6469                         ptetemp = *src_pte;
6470                         /*
6471                          * we only virtual copy managed pages
6472                          */
6473                         if ((ptetemp & PG_MANAGED) != 0) {
6474                                 if (dstmpte != NULL &&
6475                                     dstmpte->pindex == pmap_pde_pindex(addr))
6476                                         dstmpte->wire_count++;
6477                                 else if ((dstmpte = pmap_allocpte(dst_pmap,
6478                                     addr, NULL)) == NULL)
6479                                         goto out;
6480                                 dst_pte = (pt_entry_t *)
6481                                     PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(dstmpte));
6482                                 dst_pte = &dst_pte[pmap_pte_index(addr)];
6483                                 if (*dst_pte == 0 &&
6484                                     pmap_try_insert_pv_entry(dst_pmap, addr,
6485                                     PHYS_TO_VM_PAGE(ptetemp & PG_FRAME),
6486                                     &lock)) {
6487                                         /*
6488                                          * Clear the wired, modified, and
6489                                          * accessed (referenced) bits
6490                                          * during the copy.
6491                                          */
6492                                         *dst_pte = ptetemp & ~(PG_W | PG_M |
6493                                             PG_A);
6494                                         pmap_resident_count_inc(dst_pmap, 1);
6495                                 } else {
6496                                         SLIST_INIT(&free);
6497                                         if (pmap_unwire_ptp(dst_pmap, addr,
6498                                             dstmpte, &free)) {
6499                                                 /*
6500                                                  * Although "addr" is not
6501                                                  * mapped, paging-structure
6502                                                  * caches could nonetheless
6503                                                  * have entries that refer to
6504                                                  * the freed page table pages.
6505                                                  * Invalidate those entries.
6506                                                  */
6507                                                 pmap_invalidate_page(dst_pmap,
6508                                                     addr);
6509                                                 vm_page_free_pages_toq(&free,
6510                                                     true);
6511                                         }
6512                                         goto out;
6513                                 }
6514                                 if (dstmpte->wire_count >= srcmpte->wire_count)
6515                                         break;
6516                         }
6517                         addr += PAGE_SIZE;
6518                         src_pte++;
6519                 }
6520         }
6521 out:
6522         if (lock != NULL)
6523                 rw_wunlock(lock);
6524         PMAP_UNLOCK(src_pmap);
6525         PMAP_UNLOCK(dst_pmap);
6526 }
6527
6528 int
6529 pmap_vmspace_copy(pmap_t dst_pmap, pmap_t src_pmap)
6530 {
6531         int error;
6532
6533         if (dst_pmap->pm_type != src_pmap->pm_type ||
6534             dst_pmap->pm_type != PT_X86 ||
6535             (cpu_stdext_feature2 & CPUID_STDEXT2_PKU) == 0)
6536                 return (0);
6537         for (;;) {
6538                 if (dst_pmap < src_pmap) {
6539                         PMAP_LOCK(dst_pmap);
6540                         PMAP_LOCK(src_pmap);
6541                 } else {
6542                         PMAP_LOCK(src_pmap);
6543                         PMAP_LOCK(dst_pmap);
6544                 }
6545                 error = pmap_pkru_copy(dst_pmap, src_pmap);
6546                 /* Clean up partial copy on failure due to no memory. */
6547                 if (error == ENOMEM)
6548                         pmap_pkru_deassign_all(dst_pmap);
6549                 PMAP_UNLOCK(src_pmap);
6550                 PMAP_UNLOCK(dst_pmap);
6551                 if (error != ENOMEM)
6552                         break;
6553                 vm_wait(NULL);
6554         }
6555         return (error);
6556 }
6557
6558 /*
6559  * Zero the specified hardware page.
6560  */
6561 void
6562 pmap_zero_page(vm_page_t m)
6563 {
6564         vm_offset_t va = PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
6565
6566         pagezero((void *)va);
6567 }
6568
6569 /*
6570  * Zero an an area within a single hardware page.  off and size must not
6571  * cover an area beyond a single hardware page.
6572  */
6573 void
6574 pmap_zero_page_area(vm_page_t m, int off, int size)
6575 {
6576         vm_offset_t va = PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
6577
6578         if (off == 0 && size == PAGE_SIZE)
6579                 pagezero((void *)va);
6580         else
6581                 bzero((char *)va + off, size);
6582 }
6583
6584 /*
6585  * Copy 1 specified hardware page to another.
6586  */
6587 void
6588 pmap_copy_page(vm_page_t msrc, vm_page_t mdst)
6589 {
6590         vm_offset_t src = PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(msrc));
6591         vm_offset_t dst = PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(mdst));
6592
6593         pagecopy((void *)src, (void *)dst);
6594 }
6595
6596 int unmapped_buf_allowed = 1;
6597
6598 void
6599 pmap_copy_pages(vm_page_t ma[], vm_offset_t a_offset, vm_page_t mb[],
6600     vm_offset_t b_offset, int xfersize)
6601 {
6602         void *a_cp, *b_cp;
6603         vm_page_t pages[2];
6604         vm_offset_t vaddr[2], a_pg_offset, b_pg_offset;
6605         int cnt;
6606         boolean_t mapped;
6607
6608         while (xfersize > 0) {
6609                 a_pg_offset = a_offset & PAGE_MASK;
6610                 pages[0] = ma[a_offset >> PAGE_SHIFT];
6611                 b_pg_offset = b_offset & PAGE_MASK;
6612                 pages[1] = mb[b_offset >> PAGE_SHIFT];
6613                 cnt = min(xfersize, PAGE_SIZE - a_pg_offset);
6614                 cnt = min(cnt, PAGE_SIZE - b_pg_offset);
6615                 mapped = pmap_map_io_transient(pages, vaddr, 2, FALSE);
6616                 a_cp = (char *)vaddr[0] + a_pg_offset;
6617                 b_cp = (char *)vaddr[1] + b_pg_offset;
6618                 bcopy(a_cp, b_cp, cnt);
6619                 if (__predict_false(mapped))
6620                         pmap_unmap_io_transient(pages, vaddr, 2, FALSE);
6621                 a_offset += cnt;
6622                 b_offset += cnt;
6623                 xfersize -= cnt;
6624         }
6625 }
6626
6627 /*
6628  * Returns true if the pmap's pv is one of the first
6629  * 16 pvs linked to from this page.  This count may
6630  * be changed upwards or downwards in the future; it
6631  * is only necessary that true be returned for a small
6632  * subset of pmaps for proper page aging.
6633  */
6634 boolean_t
6635 pmap_page_exists_quick(pmap_t pmap, vm_page_t m)
6636 {
6637         struct md_page *pvh;
6638         struct rwlock *lock;
6639         pv_entry_t pv;
6640         int loops = 0;
6641         boolean_t rv;
6642
6643         KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
6644             ("pmap_page_exists_quick: page %p is not managed", m));
6645         rv = FALSE;
6646         lock = VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m);
6647         rw_rlock(lock);
6648         TAILQ_FOREACH(pv, &m->md.pv_list, pv_next) {
6649                 if (PV_PMAP(pv) == pmap) {
6650                         rv = TRUE;
6651                         break;
6652                 }
6653                 loops++;
6654                 if (loops >= 16)
6655                         break;
6656         }
6657         if (!rv && loops < 16 && (m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0) {
6658                 pvh = pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
6659                 TAILQ_FOREACH(pv, &pvh->pv_list, pv_next) {
6660                         if (PV_PMAP(pv) == pmap) {
6661                                 rv = TRUE;
6662                                 break;
6663                         }
6664                         loops++;
6665                         if (loops >= 16)
6666                                 break;
6667                 }
6668         }
6669         rw_runlock(lock);
6670         return (rv);
6671 }
6672
6673 /*
6674  *      pmap_page_wired_mappings:
6675  *
6676  *      Return the number of managed mappings to the given physical page
6677  *      that are wired.
6678  */
6679 int
6680 pmap_page_wired_mappings(vm_page_t m)
6681 {
6682         struct rwlock *lock;
6683         struct md_page *pvh;
6684         pmap_t pmap;
6685         pt_entry_t *pte;
6686         pv_entry_t pv;
6687         int count, md_gen, pvh_gen;
6688
6689         if ((m->oflags & VPO_UNMANAGED) != 0)
6690                 return (0);
6691         lock = VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m);
6692         rw_rlock(lock);
6693 restart:
6694         count = 0;
6695         TAILQ_FOREACH(pv, &m->md.pv_list, pv_next) {
6696                 pmap = PV_PMAP(pv);
6697                 if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
6698                         md_gen = m->md.pv_gen;
6699                         rw_runlock(lock);
6700                         PMAP_LOCK(pmap);
6701                         rw_rlock(lock);
6702                         if (md_gen != m->md.pv_gen) {
6703                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
6704                                 goto restart;
6705                         }
6706                 }
6707                 pte = pmap_pte(pmap, pv->pv_va);
6708                 if ((*pte & PG_W) != 0)
6709                         count++;
6710                 PMAP_UNLOCK(pmap);
6711         }
6712         if ((m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0) {
6713                 pvh = pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
6714                 TAILQ_FOREACH(pv, &pvh->pv_list, pv_next) {
6715                         pmap = PV_PMAP(pv);
6716                         if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
6717                                 md_gen = m->md.pv_gen;
6718                                 pvh_gen = pvh->pv_gen;
6719                                 rw_runlock(lock);
6720                                 PMAP_LOCK(pmap);
6721                                 rw_rlock(lock);
6722                                 if (md_gen != m->md.pv_gen ||
6723                                     pvh_gen != pvh->pv_gen) {
6724                                         PMAP_UNLOCK(pmap);
6725                                         goto restart;
6726                                 }
6727                         }
6728                         pte = pmap_pde(pmap, pv->pv_va);
6729                         if ((*pte & PG_W) != 0)
6730                                 count++;
6731                         PMAP_UNLOCK(pmap);
6732                 }
6733         }
6734         rw_runlock(lock);
6735         return (count);
6736 }
6737
6738 /*
6739  * Returns TRUE if the given page is mapped individually or as part of
6740  * a 2mpage.  Otherwise, returns FALSE.
6741  */
6742 boolean_t
6743 pmap_page_is_mapped(vm_page_t m)
6744 {
6745         struct rwlock *lock;
6746         boolean_t rv;
6747
6748         if ((m->oflags & VPO_UNMANAGED) != 0)
6749                 return (FALSE);
6750         lock = VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m);
6751         rw_rlock(lock);
6752         rv = !TAILQ_EMPTY(&m->md.pv_list) ||
6753             ((m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0 &&
6754             !TAILQ_EMPTY(&pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m))->pv_list));
6755         rw_runlock(lock);
6756         return (rv);
6757 }
6758
6759 /*
6760  * Destroy all managed, non-wired mappings in the given user-space
6761  * pmap.  This pmap cannot be active on any processor besides the
6762  * caller.
6763  *
6764  * This function cannot be applied to the kernel pmap.  Moreover, it
6765  * is not intended for general use.  It is only to be used during
6766  * process termination.  Consequently, it can be implemented in ways
6767  * that make it faster than pmap_remove().  First, it can more quickly
6768  * destroy mappings by iterating over the pmap's collection of PV
6769  * entries, rather than searching the page table.  Second, it doesn't
6770  * have to test and clear the page table entries atomically, because
6771  * no processor is currently accessing the user address space.  In
6772  * particular, a page table entry's dirty bit won't change state once
6773  * this function starts.
6774  *
6775  * Although this function destroys all of the pmap's managed,
6776  * non-wired mappings, it can delay and batch the invalidation of TLB
6777  * entries without calling pmap_delayed_invl_start() and
6778  * pmap_delayed_invl_finish().  Because the pmap is not active on
6779  * any other processor, none of these TLB entries will ever be used
6780  * before their eventual invalidation.  Consequently, there is no need
6781  * for either pmap_remove_all() or pmap_remove_write() to wait for
6782  * that eventual TLB invalidation.
6783  */
6784 void
6785 pmap_remove_pages(pmap_t pmap)
6786 {
6787         pd_entry_t ptepde;
6788         pt_entry_t *pte, tpte;
6789         pt_entry_t PG_M, PG_RW, PG_V;
6790         struct spglist free;
6791         vm_page_t m, mpte, mt;
6792         pv_entry_t pv;
6793         struct md_page *pvh;
6794         struct pv_chunk *pc, *npc;
6795         struct rwlock *lock;
6796         int64_t bit;
6797         uint64_t inuse, bitmask;
6798         int allfree, field, freed, idx;
6799         boolean_t superpage;
6800         vm_paddr_t pa;
6801
6802         /*
6803          * Assert that the given pmap is only active on the current
6804          * CPU.  Unfortunately, we cannot block another CPU from
6805          * activating the pmap while this function is executing.
6806          */
6807         KASSERT(pmap == PCPU_GET(curpmap), ("non-current pmap %p", pmap));
6808 #ifdef INVARIANTS
6809         {
6810                 cpuset_t other_cpus;
6811
6812                 other_cpus = all_cpus;
6813                 critical_enter();
6814                 CPU_CLR(PCPU_GET(cpuid), &other_cpus);
6815                 CPU_AND(&other_cpus, &pmap->pm_active);
6816                 critical_exit();
6817                 KASSERT(CPU_EMPTY(&other_cpus), ("pmap active %p", pmap));
6818         }
6819 #endif
6820
6821         lock = NULL;
6822         PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
6823         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
6824         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
6825
6826         SLIST_INIT(&free);
6827         PMAP_LOCK(pmap);
6828         TAILQ_FOREACH_SAFE(pc, &pmap->pm_pvchunk, pc_list, npc) {
6829                 allfree = 1;
6830                 freed = 0;
6831                 for (field = 0; field < _NPCM; field++) {
6832                         inuse = ~pc->pc_map[field] & pc_freemask[field];
6833                         while (inuse != 0) {
6834                                 bit = bsfq(inuse);
6835                                 bitmask = 1UL << bit;
6836                                 idx = field * 64 + bit;
6837                                 pv = &pc->pc_pventry[idx];
6838                                 inuse &= ~bitmask;
6839
6840                                 pte = pmap_pdpe(pmap, pv->pv_va);
6841                                 ptepde = *pte;
6842                                 pte = pmap_pdpe_to_pde(pte, pv->pv_va);
6843                                 tpte = *pte;
6844                                 if ((tpte & (PG_PS | PG_V)) == PG_V) {
6845                                         superpage = FALSE;
6846                                         ptepde = tpte;
6847                                         pte = (pt_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(tpte &
6848                                             PG_FRAME);
6849                                         pte = &pte[pmap_pte_index(pv->pv_va)];
6850                                         tpte = *pte;
6851                                 } else {
6852                                         /*
6853                                          * Keep track whether 'tpte' is a
6854                                          * superpage explicitly instead of
6855                                          * relying on PG_PS being set.
6856                                          *
6857                                          * This is because PG_PS is numerically
6858                                          * identical to PG_PTE_PAT and thus a
6859                                          * regular page could be mistaken for
6860                                          * a superpage.
6861                                          */
6862                                         superpage = TRUE;
6863                                 }
6864
6865                                 if ((tpte & PG_V) == 0) {
6866                                         panic("bad pte va %lx pte %lx",
6867                                             pv->pv_va, tpte);
6868                                 }
6869
6870 /*
6871  * We cannot remove wired pages from a process' mapping at this time
6872  */
6873                                 if (tpte & PG_W) {
6874                                         allfree = 0;
6875                                         continue;
6876                                 }
6877
6878                                 if (superpage)
6879                                         pa = tpte & PG_PS_FRAME;
6880                                 else
6881                                         pa = tpte & PG_FRAME;
6882
6883                                 m = PHYS_TO_VM_PAGE(pa);
6884                                 KASSERT(m->phys_addr == pa,
6885                                     ("vm_page_t %p phys_addr mismatch %016jx %016jx",
6886                                     m, (uintmax_t)m->phys_addr,
6887                                     (uintmax_t)tpte));
6888
6889                                 KASSERT((m->flags & PG_FICTITIOUS) != 0 ||
6890                                     m < &vm_page_array[vm_page_array_size],
6891                                     ("pmap_remove_pages: bad tpte %#jx",
6892                                     (uintmax_t)tpte));
6893
6894                                 pte_clear(pte);
6895
6896                                 /*
6897                                  * Update the vm_page_t clean/reference bits.
6898                                  */
6899                                 if ((tpte & (PG_M | PG_RW)) == (PG_M | PG_RW)) {
6900                                         if (superpage) {
6901                                                 for (mt = m; mt < &m[NBPDR / PAGE_SIZE]; mt++)
6902                                                         vm_page_dirty(mt);
6903                                         } else
6904                                                 vm_page_dirty(m);
6905                                 }
6906
6907                                 CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_VM_PAGE(&lock, m);
6908
6909                                 /* Mark free */
6910                                 pc->pc_map[field] |= bitmask;
6911                                 if (superpage) {
6912                                         pmap_resident_count_dec(pmap, NBPDR / PAGE_SIZE);
6913                                         pvh = pa_to_pvh(tpte & PG_PS_FRAME);
6914                                         TAILQ_REMOVE(&pvh->pv_list, pv, pv_next);
6915                                         pvh->pv_gen++;
6916                                         if (TAILQ_EMPTY(&pvh->pv_list)) {
6917                                                 for (mt = m; mt < &m[NBPDR / PAGE_SIZE]; mt++)
6918                                                         if ((mt->aflags & PGA_WRITEABLE) != 0 &&
6919                                                             TAILQ_EMPTY(&mt->md.pv_list))
6920                                                                 vm_page_aflag_clear(mt, PGA_WRITEABLE);
6921                                         }
6922                                         mpte = pmap_remove_pt_page(pmap, pv->pv_va);
6923                                         if (mpte != NULL) {
6924                                                 KASSERT(mpte->valid == VM_PAGE_BITS_ALL,
6925                                                     ("pmap_remove_pages: pte page not promoted"));
6926                                                 pmap_resident_count_dec(pmap, 1);
6927                                                 KASSERT(mpte->wire_count == NPTEPG,
6928                                                     ("pmap_remove_pages: pte page wire count error"));
6929                                                 mpte->wire_count = 0;
6930                                                 pmap_add_delayed_free_list(mpte, &free, FALSE);
6931                                         }
6932                                 } else {
6933                                         pmap_resident_count_dec(pmap, 1);
6934                                         TAILQ_REMOVE(&m->md.pv_list, pv, pv_next);
6935                                         m->md.pv_gen++;
6936                                         if ((m->aflags & PGA_WRITEABLE) != 0 &&
6937                                             TAILQ_EMPTY(&m->md.pv_list) &&
6938                                             (m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0) {
6939                                                 pvh = pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
6940                                                 if (TAILQ_EMPTY(&pvh->pv_list))
6941                                                         vm_page_aflag_clear(m, PGA_WRITEABLE);
6942                                         }
6943                                 }
6944                                 pmap_unuse_pt(pmap, pv->pv_va, ptepde, &free);
6945                                 freed++;
6946                         }
6947                 }
6948                 PV_STAT(atomic_add_long(&pv_entry_frees, freed));
6949                 PV_STAT(atomic_add_int(&pv_entry_spare, freed));
6950                 PV_STAT(atomic_subtract_long(&pv_entry_count, freed));
6951                 if (allfree) {
6952                         TAILQ_REMOVE(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
6953                         free_pv_chunk(pc);
6954                 }
6955         }
6956         if (lock != NULL)
6957                 rw_wunlock(lock);
6958         pmap_invalidate_all(pmap);
6959         pmap_pkru_deassign_all(pmap);
6960         PMAP_UNLOCK(pmap);
6961         vm_page_free_pages_toq(&free, true);
6962 }
6963
6964 static boolean_t
6965 pmap_page_test_mappings(vm_page_t m, boolean_t accessed, boolean_t modified)
6966 {
6967         struct rwlock *lock;
6968         pv_entry_t pv;
6969         struct md_page *pvh;
6970         pt_entry_t *pte, mask;
6971         pt_entry_t PG_A, PG_M, PG_RW, PG_V;
6972         pmap_t pmap;
6973         int md_gen, pvh_gen;
6974         boolean_t rv;
6975
6976         rv = FALSE;
6977         lock = VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m);
6978         rw_rlock(lock);
6979 restart:
6980         TAILQ_FOREACH(pv, &m->md.pv_list, pv_next) {
6981                 pmap = PV_PMAP(pv);
6982                 if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
6983                         md_gen = m->md.pv_gen;
6984                         rw_runlock(lock);
6985                         PMAP_LOCK(pmap);
6986                         rw_rlock(lock);
6987                         if (md_gen != m->md.pv_gen) {
6988                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
6989                                 goto restart;
6990                         }
6991                 }
6992                 pte = pmap_pte(pmap, pv->pv_va);
6993                 mask = 0;
6994                 if (modified) {
6995                         PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
6996                         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
6997                         mask |= PG_RW | PG_M;
6998                 }
6999                 if (accessed) {
7000                         PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
7001                         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
7002                         mask |= PG_V | PG_A;
7003                 }
7004                 rv = (*pte & mask) == mask;
7005                 PMAP_UNLOCK(pmap);
7006                 if (rv)
7007                         goto out;
7008         }
7009         if ((m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0) {
7010                 pvh = pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
7011                 TAILQ_FOREACH(pv, &pvh->pv_list, pv_next) {
7012                         pmap = PV_PMAP(pv);
7013                         if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
7014                                 md_gen = m->md.pv_gen;
7015                                 pvh_gen = pvh->pv_gen;
7016                                 rw_runlock(lock);
7017                                 PMAP_LOCK(pmap);
7018                                 rw_rlock(lock);
7019                                 if (md_gen != m->md.pv_gen ||
7020                                     pvh_gen != pvh->pv_gen) {
7021                                         PMAP_UNLOCK(pmap);
7022                                         goto restart;
7023                                 }
7024                         }
7025                         pte = pmap_pde(pmap, pv->pv_va);
7026                         mask = 0;
7027                         if (modified) {
7028                                 PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
7029                                 PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
7030                                 mask |= PG_RW | PG_M;
7031                         }
7032                         if (accessed) {
7033                                 PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
7034                                 PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
7035                                 mask |= PG_V | PG_A;
7036                         }
7037                         rv = (*pte & mask) == mask;
7038                         PMAP_UNLOCK(pmap);
7039                         if (rv)
7040                                 goto out;
7041                 }
7042         }
7043 out:
7044         rw_runlock(lock);
7045         return (rv);
7046 }
7047
7048 /*
7049  *      pmap_is_modified:
7050  *
7051  *      Return whether or not the specified physical page was modified
7052  *      in any physical maps.
7053  */
7054 boolean_t
7055 pmap_is_modified(vm_page_t m)
7056 {
7057
7058         KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
7059             ("pmap_is_modified: page %p is not managed", m));
7060
7061         /*
7062          * If the page is not exclusive busied, then PGA_WRITEABLE cannot be
7063          * concurrently set while the object is locked.  Thus, if PGA_WRITEABLE
7064          * is clear, no PTEs can have PG_M set.
7065          */
7066         VM_OBJECT_ASSERT_WLOCKED(m->object);
7067         if (!vm_page_xbusied(m) && (m->aflags & PGA_WRITEABLE) == 0)
7068                 return (FALSE);
7069         return (pmap_page_test_mappings(m, FALSE, TRUE));
7070 }
7071
7072 /*
7073  *      pmap_is_prefaultable:
7074  *
7075  *      Return whether or not the specified virtual address is eligible
7076  *      for prefault.
7077  */
7078 boolean_t
7079 pmap_is_prefaultable(pmap_t pmap, vm_offset_t addr)
7080 {
7081         pd_entry_t *pde;
7082         pt_entry_t *pte, PG_V;
7083         boolean_t rv;
7084
7085         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
7086         rv = FALSE;
7087         PMAP_LOCK(pmap);
7088         pde = pmap_pde(pmap, addr);
7089         if (pde != NULL && (*pde & (PG_PS | PG_V)) == PG_V) {
7090                 pte = pmap_pde_to_pte(pde, addr);
7091                 rv = (*pte & PG_V) == 0;
7092         }
7093         PMAP_UNLOCK(pmap);
7094         return (rv);
7095 }
7096
7097 /*
7098  *      pmap_is_referenced:
7099  *
7100  *      Return whether or not the specified physical page was referenced
7101  *      in any physical maps.
7102  */
7103 boolean_t
7104 pmap_is_referenced(vm_page_t m)
7105 {
7106
7107         KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
7108             ("pmap_is_referenced: page %p is not managed", m));
7109         return (pmap_page_test_mappings(m, TRUE, FALSE));
7110 }
7111
7112 /*
7113  * Clear the write and modified bits in each of the given page's mappings.
7114  */
7115 void
7116 pmap_remove_write(vm_page_t m)
7117 {
7118         struct md_page *pvh;
7119         pmap_t pmap;
7120         struct rwlock *lock;
7121         pv_entry_t next_pv, pv;
7122         pd_entry_t *pde;
7123         pt_entry_t oldpte, *pte, PG_M, PG_RW;
7124         vm_offset_t va;
7125         int pvh_gen, md_gen;
7126
7127         KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
7128             ("pmap_remove_write: page %p is not managed", m));
7129
7130         /*
7131          * If the page is not exclusive busied, then PGA_WRITEABLE cannot be
7132          * set by another thread while the object is locked.  Thus,
7133          * if PGA_WRITEABLE is clear, no page table entries need updating.
7134          */
7135         VM_OBJECT_ASSERT_WLOCKED(m->object);
7136         if (!vm_page_xbusied(m) && (m->aflags & PGA_WRITEABLE) == 0)
7137                 return;
7138         lock = VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m);
7139         pvh = (m->flags & PG_FICTITIOUS) != 0 ? &pv_dummy :
7140             pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
7141 retry_pv_loop:
7142         rw_wlock(lock);
7143         TAILQ_FOREACH_SAFE(pv, &pvh->pv_list, pv_next, next_pv) {
7144                 pmap = PV_PMAP(pv);
7145                 if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
7146                         pvh_gen = pvh->pv_gen;
7147                         rw_wunlock(lock);
7148                         PMAP_LOCK(pmap);
7149                         rw_wlock(lock);
7150                         if (pvh_gen != pvh->pv_gen) {
7151                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
7152                                 rw_wunlock(lock);
7153                                 goto retry_pv_loop;
7154                         }
7155                 }
7156                 PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
7157                 va = pv->pv_va;
7158                 pde = pmap_pde(pmap, va);
7159                 if ((*pde & PG_RW) != 0)
7160                         (void)pmap_demote_pde_locked(pmap, pde, va, &lock);
7161                 KASSERT(lock == VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m),
7162                     ("inconsistent pv lock %p %p for page %p",
7163                     lock, VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m), m));
7164                 PMAP_UNLOCK(pmap);
7165         }
7166         TAILQ_FOREACH(pv, &m->md.pv_list, pv_next) {
7167                 pmap = PV_PMAP(pv);
7168                 if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
7169                         pvh_gen = pvh->pv_gen;
7170                         md_gen = m->md.pv_gen;
7171                         rw_wunlock(lock);
7172                         PMAP_LOCK(pmap);
7173                         rw_wlock(lock);
7174                         if (pvh_gen != pvh->pv_gen ||
7175                             md_gen != m->md.pv_gen) {
7176                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
7177                                 rw_wunlock(lock);
7178                                 goto retry_pv_loop;
7179                         }
7180                 }
7181                 PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
7182                 PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
7183                 pde = pmap_pde(pmap, pv->pv_va);
7184                 KASSERT((*pde & PG_PS) == 0,
7185                     ("pmap_remove_write: found a 2mpage in page %p's pv list",
7186                     m));
7187                 pte = pmap_pde_to_pte(pde, pv->pv_va);
7188 retry:
7189                 oldpte = *pte;
7190                 if (oldpte & PG_RW) {
7191                         if (!atomic_cmpset_long(pte, oldpte, oldpte &
7192                             ~(PG_RW | PG_M)))
7193                                 goto retry;
7194                         if ((oldpte & PG_M) != 0)
7195                                 vm_page_dirty(m);
7196                         pmap_invalidate_page(pmap, pv->pv_va);
7197                 }
7198                 PMAP_UNLOCK(pmap);
7199         }
7200         rw_wunlock(lock);
7201         vm_page_aflag_clear(m, PGA_WRITEABLE);
7202         pmap_delayed_invl_wait(m);
7203 }
7204
7205 static __inline boolean_t
7206 safe_to_clear_referenced(pmap_t pmap, pt_entry_t pte)
7207 {
7208
7209         if (!pmap_emulate_ad_bits(pmap))
7210                 return (TRUE);
7211
7212         KASSERT(pmap->pm_type == PT_EPT, ("invalid pm_type %d", pmap->pm_type));
7213
7214         /*
7215          * XWR = 010 or 110 will cause an unconditional EPT misconfiguration
7216          * so we don't let the referenced (aka EPT_PG_READ) bit to be cleared
7217          * if the EPT_PG_WRITE bit is set.
7218          */
7219         if ((pte & EPT_PG_WRITE) != 0)
7220                 return (FALSE);
7221
7222         /*
7223          * XWR = 100 is allowed only if the PMAP_SUPPORTS_EXEC_ONLY is set.
7224          */
7225         if ((pte & EPT_PG_EXECUTE) == 0 ||
7226             ((pmap->pm_flags & PMAP_SUPPORTS_EXEC_ONLY) != 0))
7227                 return (TRUE);
7228         else
7229                 return (FALSE);
7230 }
7231
7232 /*
7233  *      pmap_ts_referenced:
7234  *
7235  *      Return a count of reference bits for a page, clearing those bits.
7236  *      It is not necessary for every reference bit to be cleared, but it
7237  *      is necessary that 0 only be returned when there are truly no
7238  *      reference bits set.
7239  *
7240  *      As an optimization, update the page's dirty field if a modified bit is
7241  *      found while counting reference bits.  This opportunistic update can be
7242  *      performed at low cost and can eliminate the need for some future calls
7243  *      to pmap_is_modified().  However, since this function stops after
7244  *      finding PMAP_TS_REFERENCED_MAX reference bits, it may not detect some
7245  *      dirty pages.  Those dirty pages will only be detected by a future call
7246  *      to pmap_is_modified().
7247  *
7248  *      A DI block is not needed within this function, because
7249  *      invalidations are performed before the PV list lock is
7250  *      released.
7251  */
7252 int
7253 pmap_ts_referenced(vm_page_t m)
7254 {
7255         struct md_page *pvh;
7256         pv_entry_t pv, pvf;
7257         pmap_t pmap;
7258         struct rwlock *lock;
7259         pd_entry_t oldpde, *pde;
7260         pt_entry_t *pte, PG_A, PG_M, PG_RW;
7261         vm_offset_t va;
7262         vm_paddr_t pa;
7263         int cleared, md_gen, not_cleared, pvh_gen;
7264         struct spglist free;
7265         boolean_t demoted;
7266
7267         KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
7268             ("pmap_ts_referenced: page %p is not managed", m));
7269         SLIST_INIT(&free);
7270         cleared = 0;
7271         pa = VM_PAGE_TO_PHYS(m);
7272         lock = PHYS_TO_PV_LIST_LOCK(pa);
7273         pvh = (m->flags & PG_FICTITIOUS) != 0 ? &pv_dummy : pa_to_pvh(pa);
7274         rw_wlock(lock);
7275 retry:
7276         not_cleared = 0;
7277         if ((pvf = TAILQ_FIRST(&pvh->pv_list)) == NULL)
7278                 goto small_mappings;
7279         pv = pvf;
7280         do {
7281                 if (pvf == NULL)
7282                         pvf = pv;
7283                 pmap = PV_PMAP(pv);
7284                 if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
7285                         pvh_gen = pvh->pv_gen;
7286                         rw_wunlock(lock);
7287                         PMAP_LOCK(pmap);
7288                         rw_wlock(lock);
7289                         if (pvh_gen != pvh->pv_gen) {
7290                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
7291                                 goto retry;
7292                         }
7293                 }
7294                 PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
7295                 PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
7296                 PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
7297                 va = pv->pv_va;
7298                 pde = pmap_pde(pmap, pv->pv_va);
7299                 oldpde = *pde;
7300                 if ((oldpde & (PG_M | PG_RW)) == (PG_M | PG_RW)) {
7301                         /*
7302                          * Although "oldpde" is mapping a 2MB page, because
7303                          * this function is called at a 4KB page granularity,
7304                          * we only update the 4KB page under test.
7305                          */
7306                         vm_page_dirty(m);
7307                 }
7308                 if ((oldpde & PG_A) != 0) {
7309                         /*
7310                          * Since this reference bit is shared by 512 4KB
7311                          * pages, it should not be cleared every time it is
7312                          * tested.  Apply a simple "hash" function on the
7313                          * physical page number, the virtual superpage number,
7314                          * and the pmap address to select one 4KB page out of
7315                          * the 512 on which testing the reference bit will
7316                          * result in clearing that reference bit.  This
7317                          * function is designed to avoid the selection of the
7318                          * same 4KB page for every 2MB page mapping.
7319                          *
7320                          * On demotion, a mapping that hasn't been referenced
7321                          * is simply destroyed.  To avoid the possibility of a
7322                          * subsequent page fault on a demoted wired mapping,
7323                          * always leave its reference bit set.  Moreover,
7324                          * since the superpage is wired, the current state of
7325                          * its reference bit won't affect page replacement.
7326                          */
7327                         if ((((pa >> PAGE_SHIFT) ^ (pv->pv_va >> PDRSHIFT) ^
7328                             (uintptr_t)pmap) & (NPTEPG - 1)) == 0 &&
7329                             (oldpde & PG_W) == 0) {
7330                                 if (safe_to_clear_referenced(pmap, oldpde)) {
7331                                         atomic_clear_long(pde, PG_A);
7332                                         pmap_invalidate_page(pmap, pv->pv_va);
7333                                         demoted = FALSE;
7334                                 } else if (pmap_demote_pde_locked(pmap, pde,
7335                                     pv->pv_va, &lock)) {
7336                                         /*
7337                                          * Remove the mapping to a single page
7338                                          * so that a subsequent access may
7339                                          * repromote.  Since the underlying
7340                                          * page table page is fully populated,
7341                                          * this removal never frees a page
7342                                          * table page.
7343                                          */
7344                                         demoted = TRUE;
7345                                         va += VM_PAGE_TO_PHYS(m) - (oldpde &
7346                                             PG_PS_FRAME);
7347                                         pte = pmap_pde_to_pte(pde, va);
7348                                         pmap_remove_pte(pmap, pte, va, *pde,
7349                                             NULL, &lock);
7350                                         pmap_invalidate_page(pmap, va);
7351                                 } else
7352                                         demoted = TRUE;
7353
7354                                 if (demoted) {
7355                                         /*
7356                                          * The superpage mapping was removed
7357                                          * entirely and therefore 'pv' is no
7358                                          * longer valid.
7359                                          */
7360                                         if (pvf == pv)
7361                                                 pvf = NULL;
7362                                         pv = NULL;
7363                                 }
7364                                 cleared++;
7365                                 KASSERT(lock == VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m),
7366                                     ("inconsistent pv lock %p %p for page %p",
7367                                     lock, VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m), m));
7368                         } else
7369                                 not_cleared++;
7370                 }
7371                 PMAP_UNLOCK(pmap);
7372                 /* Rotate the PV list if it has more than one entry. */
7373                 if (pv != NULL && TAILQ_NEXT(pv, pv_next) != NULL) {
7374                         TAILQ_REMOVE(&pvh->pv_list, pv, pv_next);
7375                         TAILQ_INSERT_TAIL(&pvh->pv_list, pv, pv_next);
7376                         pvh->pv_gen++;
7377                 }
7378                 if (cleared + not_cleared >= PMAP_TS_REFERENCED_MAX)
7379                         goto out;
7380         } while ((pv = TAILQ_FIRST(&pvh->pv_list)) != pvf);
7381 small_mappings:
7382         if ((pvf = TAILQ_FIRST(&m->md.pv_list)) == NULL)
7383                 goto out;
7384         pv = pvf;
7385         do {
7386                 if (pvf == NULL)
7387                         pvf = pv;
7388                 pmap = PV_PMAP(pv);
7389                 if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
7390                         pvh_gen = pvh->pv_gen;
7391                         md_gen = m->md.pv_gen;
7392                         rw_wunlock(lock);
7393                         PMAP_LOCK(pmap);
7394                         rw_wlock(lock);
7395                         if (pvh_gen != pvh->pv_gen || md_gen != m->md.pv_gen) {
7396                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
7397                                 goto retry;
7398                         }
7399                 }
7400                 PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
7401                 PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
7402                 PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
7403                 pde = pmap_pde(pmap, pv->pv_va);
7404                 KASSERT((*pde & PG_PS) == 0,
7405                     ("pmap_ts_referenced: found a 2mpage in page %p's pv list",
7406                     m));
7407                 pte = pmap_pde_to_pte(pde, pv->pv_va);
7408                 if ((*pte & (PG_M | PG_RW)) == (PG_M | PG_RW))
7409                         vm_page_dirty(m);
7410                 if ((*pte & PG_A) != 0) {
7411                         if (safe_to_clear_referenced(pmap, *pte)) {
7412                                 atomic_clear_long(pte, PG_A);
7413                                 pmap_invalidate_page(pmap, pv->pv_va);
7414                                 cleared++;
7415                         } else if ((*pte & PG_W) == 0) {
7416                                 /*
7417                                  * Wired pages cannot be paged out so
7418                                  * doing accessed bit emulation for
7419                                  * them is wasted effort. We do the
7420                                  * hard work for unwired pages only.
7421                                  */
7422                                 pmap_remove_pte(pmap, pte, pv->pv_va,
7423                                     *pde, &free, &lock);
7424                                 pmap_invalidate_page(pmap, pv->pv_va);
7425                                 cleared++;
7426                                 if (pvf == pv)
7427                                         pvf = NULL;
7428                                 pv = NULL;
7429                                 KASSERT(lock == VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m),
7430                                     ("inconsistent pv lock %p %p for page %p",
7431                                     lock, VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m), m));
7432                         } else
7433                                 not_cleared++;
7434                 }
7435                 PMAP_UNLOCK(pmap);
7436                 /* Rotate the PV list if it has more than one entry. */
7437                 if (pv != NULL && TAILQ_NEXT(pv, pv_next) != NULL) {
7438                         TAILQ_REMOVE(&m->md.pv_list, pv, pv_next);
7439                         TAILQ_INSERT_TAIL(&m->md.pv_list, pv, pv_next);
7440                         m->md.pv_gen++;
7441                 }
7442         } while ((pv = TAILQ_FIRST(&m->md.pv_list)) != pvf && cleared +
7443             not_cleared < PMAP_TS_REFERENCED_MAX);
7444 out:
7445         rw_wunlock(lock);
7446         vm_page_free_pages_toq(&free, true);
7447         return (cleared + not_cleared);
7448 }
7449
7450 /*
7451  *      Apply the given advice to the specified range of addresses within the
7452  *      given pmap.  Depending on the advice, clear the referenced and/or
7453  *      modified flags in each mapping and set the mapped page's dirty field.
7454  */
7455 void
7456 pmap_advise(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva, int advice)
7457 {
7458         struct rwlock *lock;
7459         pml4_entry_t *pml4e;
7460         pdp_entry_t *pdpe;
7461         pd_entry_t oldpde, *pde;
7462         pt_entry_t *pte, PG_A, PG_G, PG_M, PG_RW, PG_V;
7463         vm_offset_t va, va_next;
7464         vm_page_t m;
7465         boolean_t anychanged;
7466
7467         if (advice != MADV_DONTNEED && advice != MADV_FREE)
7468                 return;
7469
7470         /*
7471          * A/D bit emulation requires an alternate code path when clearing
7472          * the modified and accessed bits below. Since this function is
7473          * advisory in nature we skip it entirely for pmaps that require
7474          * A/D bit emulation.
7475          */
7476         if (pmap_emulate_ad_bits(pmap))
7477                 return;
7478
7479         PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
7480         PG_G = pmap_global_bit(pmap);
7481         PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
7482         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
7483         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
7484         anychanged = FALSE;
7485         pmap_delayed_invl_start();
7486         PMAP_LOCK(pmap);
7487         for (; sva < eva; sva = va_next) {
7488                 pml4e = pmap_pml4e(pmap, sva);
7489                 if ((*pml4e & PG_V) == 0) {
7490                         va_next = (sva + NBPML4) & ~PML4MASK;
7491                         if (va_next < sva)
7492                                 va_next = eva;
7493                         continue;
7494                 }
7495                 pdpe = pmap_pml4e_to_pdpe(pml4e, sva);
7496                 if ((*pdpe & PG_V) == 0) {
7497                         va_next = (sva + NBPDP) & ~PDPMASK;
7498                         if (va_next < sva)
7499                                 va_next = eva;
7500                         continue;
7501                 }
7502                 va_next = (sva + NBPDR) & ~PDRMASK;
7503                 if (va_next < sva)
7504                         va_next = eva;
7505                 pde = pmap_pdpe_to_pde(pdpe, sva);
7506                 oldpde = *pde;
7507                 if ((oldpde & PG_V) == 0)
7508                         continue;
7509                 else if ((oldpde & PG_PS) != 0) {
7510                         if ((oldpde & PG_MANAGED) == 0)
7511                                 continue;
7512                         lock = NULL;
7513                         if (!pmap_demote_pde_locked(pmap, pde, sva, &lock)) {
7514                                 if (lock != NULL)
7515                                         rw_wunlock(lock);
7516
7517                                 /*
7518                                  * The large page mapping was destroyed.
7519                                  */
7520                                 continue;
7521                         }
7522
7523                         /*
7524                          * Unless the page mappings are wired, remove the
7525                          * mapping to a single page so that a subsequent
7526                          * access may repromote.  Since the underlying page
7527                          * table page is fully populated, this removal never
7528                          * frees a page table page.
7529                          */
7530                         if ((oldpde & PG_W) == 0) {
7531                                 pte = pmap_pde_to_pte(pde, sva);
7532                                 KASSERT((*pte & PG_V) != 0,
7533                                     ("pmap_advise: invalid PTE"));
7534                                 pmap_remove_pte(pmap, pte, sva, *pde, NULL,
7535                                     &lock);
7536                                 anychanged = TRUE;
7537                         }
7538                         if (lock != NULL)
7539                                 rw_wunlock(lock);
7540                 }
7541                 if (va_next > eva)
7542                         va_next = eva;
7543                 va = va_next;
7544                 for (pte = pmap_pde_to_pte(pde, sva); sva != va_next; pte++,
7545                     sva += PAGE_SIZE) {
7546                         if ((*pte & (PG_MANAGED | PG_V)) != (PG_MANAGED | PG_V))
7547                                 goto maybe_invlrng;
7548                         else if ((*pte & (PG_M | PG_RW)) == (PG_M | PG_RW)) {
7549                                 if (advice == MADV_DONTNEED) {
7550                                         /*
7551                                          * Future calls to pmap_is_modified()
7552                                          * can be avoided by making the page
7553                                          * dirty now.
7554                                          */
7555                                         m = PHYS_TO_VM_PAGE(*pte & PG_FRAME);
7556                                         vm_page_dirty(m);
7557                                 }
7558                                 atomic_clear_long(pte, PG_M | PG_A);
7559                         } else if ((*pte & PG_A) != 0)
7560                                 atomic_clear_long(pte, PG_A);
7561                         else
7562                                 goto maybe_invlrng;
7563
7564                         if ((*pte & PG_G) != 0) {
7565                                 if (va == va_next)
7566                                         va = sva;
7567                         } else
7568                                 anychanged = TRUE;
7569                         continue;
7570 maybe_invlrng:
7571                         if (va != va_next) {
7572                                 pmap_invalidate_range(pmap, va, sva);
7573                                 va = va_next;
7574                         }
7575                 }
7576                 if (va != va_next)
7577                         pmap_invalidate_range(pmap, va, sva);
7578         }
7579         if (anychanged)
7580                 pmap_invalidate_all(pmap);
7581         PMAP_UNLOCK(pmap);
7582         pmap_delayed_invl_finish();
7583 }
7584
7585 /*
7586  *      Clear the modify bits on the specified physical page.
7587  */
7588 void
7589 pmap_clear_modify(vm_page_t m)
7590 {
7591         struct md_page *pvh;
7592         pmap_t pmap;
7593         pv_entry_t next_pv, pv;
7594         pd_entry_t oldpde, *pde;
7595         pt_entry_t oldpte, *pte, PG_M, PG_RW, PG_V;
7596         struct rwlock *lock;
7597         vm_offset_t va;
7598         int md_gen, pvh_gen;
7599
7600         KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
7601             ("pmap_clear_modify: page %p is not managed", m));
7602         VM_OBJECT_ASSERT_WLOCKED(m->object);
7603         KASSERT(!vm_page_xbusied(m),
7604             ("pmap_clear_modify: page %p is exclusive busied", m));
7605
7606         /*
7607          * If the page is not PGA_WRITEABLE, then no PTEs can have PG_M set.
7608          * If the object containing the page is locked and the page is not
7609          * exclusive busied, then PGA_WRITEABLE cannot be concurrently set.
7610          */
7611         if ((m->aflags & PGA_WRITEABLE) == 0)
7612                 return;
7613         pvh = (m->flags & PG_FICTITIOUS) != 0 ? &pv_dummy :
7614             pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
7615         lock = VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m);
7616         rw_wlock(lock);
7617 restart:
7618         TAILQ_FOREACH_SAFE(pv, &pvh->pv_list, pv_next, next_pv) {
7619                 pmap = PV_PMAP(pv);
7620                 if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
7621                         pvh_gen = pvh->pv_gen;
7622                         rw_wunlock(lock);
7623                         PMAP_LOCK(pmap);
7624                         rw_wlock(lock);
7625                         if (pvh_gen != pvh->pv_gen) {
7626                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
7627                                 goto restart;
7628                         }
7629                 }
7630                 PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
7631                 PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
7632                 PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
7633                 va = pv->pv_va;
7634                 pde = pmap_pde(pmap, va);
7635                 oldpde = *pde;
7636                 if ((oldpde & PG_RW) != 0) {
7637                         if (pmap_demote_pde_locked(pmap, pde, va, &lock)) {
7638                                 if ((oldpde & PG_W) == 0) {
7639                                         /*
7640                                          * Write protect the mapping to a
7641                                          * single page so that a subsequent
7642                                          * write access may repromote.
7643                                          */
7644                                         va += VM_PAGE_TO_PHYS(m) - (oldpde &
7645                                             PG_PS_FRAME);
7646                                         pte = pmap_pde_to_pte(pde, va);
7647                                         oldpte = *pte;
7648                                         if ((oldpte & PG_V) != 0) {
7649                                                 while (!atomic_cmpset_long(pte,
7650                                                     oldpte,
7651                                                     oldpte & ~(PG_M | PG_RW)))
7652                                                         oldpte = *pte;
7653                                                 vm_page_dirty(m);
7654                                                 pmap_invalidate_page(pmap, va);
7655                                         }
7656                                 }
7657                         }
7658                 }
7659                 PMAP_UNLOCK(pmap);
7660         }
7661         TAILQ_FOREACH(pv, &m->md.pv_list, pv_next) {
7662                 pmap = PV_PMAP(pv);
7663                 if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
7664                         md_gen = m->md.pv_gen;
7665                         pvh_gen = pvh->pv_gen;
7666                         rw_wunlock(lock);
7667                         PMAP_LOCK(pmap);
7668                         rw_wlock(lock);
7669                         if (pvh_gen != pvh->pv_gen || md_gen != m->md.pv_gen) {
7670                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
7671                                 goto restart;
7672                         }
7673                 }
7674                 PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
7675                 PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
7676                 pde = pmap_pde(pmap, pv->pv_va);
7677                 KASSERT((*pde & PG_PS) == 0, ("pmap_clear_modify: found"
7678                     " a 2mpage in page %p's pv list", m));
7679                 pte = pmap_pde_to_pte(pde, pv->pv_va);
7680                 if ((*pte & (PG_M | PG_RW)) == (PG_M | PG_RW)) {
7681                         atomic_clear_long(pte, PG_M);
7682                         pmap_invalidate_page(pmap, pv->pv_va);
7683                 }
7684                 PMAP_UNLOCK(pmap);
7685         }
7686         rw_wunlock(lock);
7687 }
7688
7689 /*
7690  * Miscellaneous support routines follow
7691  */
7692
7693 /* Adjust the cache mode for a 4KB page mapped via a PTE. */
7694 static __inline void
7695 pmap_pte_attr(pt_entry_t *pte, int cache_bits, int mask)
7696 {
7697         u_int opte, npte;
7698
7699         /*
7700          * The cache mode bits are all in the low 32-bits of the
7701          * PTE, so we can just spin on updating the low 32-bits.
7702          */
7703         do {
7704                 opte = *(u_int *)pte;
7705                 npte = opte & ~mask;
7706                 npte |= cache_bits;
7707         } while (npte != opte && !atomic_cmpset_int((u_int *)pte, opte, npte));
7708 }
7709
7710 /* Adjust the cache mode for a 2MB page mapped via a PDE. */
7711 static __inline void
7712 pmap_pde_attr(pd_entry_t *pde, int cache_bits, int mask)
7713 {
7714         u_int opde, npde;
7715
7716         /*
7717          * The cache mode bits are all in the low 32-bits of the
7718          * PDE, so we can just spin on updating the low 32-bits.
7719          */
7720         do {
7721                 opde = *(u_int *)pde;
7722                 npde = opde & ~mask;
7723                 npde |= cache_bits;
7724         } while (npde != opde && !atomic_cmpset_int((u_int *)pde, opde, npde));
7725 }
7726
7727 /*
7728  * Map a set of physical memory pages into the kernel virtual
7729  * address space. Return a pointer to where it is mapped. This
7730  * routine is intended to be used for mapping device memory,
7731  * NOT real memory.
7732  */
7733 static void *
7734 pmap_mapdev_internal(vm_paddr_t pa, vm_size_t size, int mode, int flags)
7735 {
7736         struct pmap_preinit_mapping *ppim;
7737         vm_offset_t va, offset;
7738         vm_size_t tmpsize;
7739         int i;
7740
7741         offset = pa & PAGE_MASK;
7742         size = round_page(offset + size);
7743         pa = trunc_page(pa);
7744
7745         if (!pmap_initialized) {
7746                 va = 0;
7747                 for (i = 0; i < PMAP_PREINIT_MAPPING_COUNT; i++) {
7748                         ppim = pmap_preinit_mapping + i;
7749                         if (ppim->va == 0) {
7750                                 ppim->pa = pa;
7751                                 ppim->sz = size;
7752                                 ppim->mode = mode;
7753                                 ppim->va = virtual_avail;
7754                                 virtual_avail += size;
7755                                 va = ppim->va;
7756                                 break;
7757                         }
7758                 }
7759                 if (va == 0)
7760                         panic("%s: too many preinit mappings", __func__);
7761         } else {
7762                 /*
7763                  * If we have a preinit mapping, re-use it.
7764                  */
7765                 for (i = 0; i < PMAP_PREINIT_MAPPING_COUNT; i++) {
7766                         ppim = pmap_preinit_mapping + i;
7767                         if (ppim->pa == pa && ppim->sz == size &&
7768                             (ppim->mode == mode ||
7769                             (flags & MAPDEV_SETATTR) == 0))
7770                                 return ((void *)(ppim->va + offset));
7771                 }
7772                 /*
7773                  * If the specified range of physical addresses fits within
7774                  * the direct map window, use the direct map.
7775                  */
7776                 if (pa < dmaplimit && pa + size <= dmaplimit) {
7777                         va = PHYS_TO_DMAP(pa);
7778                         if ((flags & MAPDEV_SETATTR) != 0) {
7779                                 PMAP_LOCK(kernel_pmap);
7780                                 i = pmap_change_attr_locked(va, size, mode, flags);
7781                                 PMAP_UNLOCK(kernel_pmap);
7782                         } else
7783                                 i = 0;
7784                         if (!i)
7785                                 return ((void *)(va + offset));
7786                 }
7787                 va = kva_alloc(size);
7788                 if (va == 0)
7789                         panic("%s: Couldn't allocate KVA", __func__);
7790         }
7791         for (tmpsize = 0; tmpsize < size; tmpsize += PAGE_SIZE)
7792                 pmap_kenter_attr(va + tmpsize, pa + tmpsize, mode);
7793         pmap_invalidate_range(kernel_pmap, va, va + tmpsize);
7794         if ((flags & MAPDEV_FLUSHCACHE) != 0)
7795                 pmap_invalidate_cache_range(va, va + tmpsize);
7796         return ((void *)(va + offset));
7797 }
7798
7799 void *
7800 pmap_mapdev_attr(vm_paddr_t pa, vm_size_t size, int mode)
7801 {
7802
7803         return (pmap_mapdev_internal(pa, size, mode, MAPDEV_FLUSHCACHE |
7804             MAPDEV_SETATTR));
7805 }
7806
7807 void *
7808 pmap_mapdev(vm_paddr_t pa, vm_size_t size)
7809 {
7810
7811         return (pmap_mapdev_attr(pa, size, PAT_UNCACHEABLE));
7812 }
7813
7814 void *
7815 pmap_mapdev_pciecfg(vm_paddr_t pa, vm_size_t size)
7816 {
7817
7818         return (pmap_mapdev_internal(pa, size, PAT_UNCACHEABLE,
7819             MAPDEV_SETATTR));
7820 }
7821
7822 void *
7823 pmap_mapbios(vm_paddr_t pa, vm_size_t size)
7824 {
7825
7826         return (pmap_mapdev_internal(pa, size, PAT_WRITE_BACK,
7827             MAPDEV_FLUSHCACHE));
7828 }
7829
7830 void
7831 pmap_unmapdev(vm_offset_t va, vm_size_t size)
7832 {
7833         struct pmap_preinit_mapping *ppim;
7834         vm_offset_t offset;
7835         int i;
7836
7837         /* If we gave a direct map region in pmap_mapdev, do nothing */
7838         if (va >= DMAP_MIN_ADDRESS && va < DMAP_MAX_ADDRESS)
7839                 return;
7840         offset = va & PAGE_MASK;
7841         size = round_page(offset + size);
7842         va = trunc_page(va);
7843         for (i = 0; i < PMAP_PREINIT_MAPPING_COUNT; i++) {
7844                 ppim = pmap_preinit_mapping + i;
7845                 if (ppim->va == va && ppim->sz == size) {
7846                         if (pmap_initialized)
7847                                 return;
7848                         ppim->pa = 0;
7849                         ppim->va = 0;
7850                         ppim->sz = 0;
7851                         ppim->mode = 0;
7852                         if (va + size == virtual_avail)
7853                                 virtual_avail = va;
7854                         return;
7855                 }
7856         }
7857         if (pmap_initialized)
7858                 kva_free(va, size);
7859 }
7860
7861 /*
7862  * Tries to demote a 1GB page mapping.
7863  */
7864 static boolean_t
7865 pmap_demote_pdpe(pmap_t pmap, pdp_entry_t *pdpe, vm_offset_t va)
7866 {
7867         pdp_entry_t newpdpe, oldpdpe;
7868         pd_entry_t *firstpde, newpde, *pde;
7869         pt_entry_t PG_A, PG_M, PG_RW, PG_V;
7870         vm_paddr_t pdpgpa;
7871         vm_page_t pdpg;
7872
7873         PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
7874         PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
7875         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
7876         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
7877
7878         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
7879         oldpdpe = *pdpe;
7880         KASSERT((oldpdpe & (PG_PS | PG_V)) == (PG_PS | PG_V),
7881             ("pmap_demote_pdpe: oldpdpe is missing PG_PS and/or PG_V"));
7882         if ((pdpg = vm_page_alloc(NULL, va >> PDPSHIFT, VM_ALLOC_INTERRUPT |
7883             VM_ALLOC_NOOBJ | VM_ALLOC_WIRED)) == NULL) {
7884                 CTR2(KTR_PMAP, "pmap_demote_pdpe: failure for va %#lx"
7885                     " in pmap %p", va, pmap);
7886                 return (FALSE);
7887         }
7888         pdpgpa = VM_PAGE_TO_PHYS(pdpg);
7889         firstpde = (pd_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(pdpgpa);
7890         newpdpe = pdpgpa | PG_M | PG_A | (oldpdpe & PG_U) | PG_RW | PG_V;
7891         KASSERT((oldpdpe & PG_A) != 0,
7892             ("pmap_demote_pdpe: oldpdpe is missing PG_A"));
7893         KASSERT((oldpdpe & (PG_M | PG_RW)) != PG_RW,
7894             ("pmap_demote_pdpe: oldpdpe is missing PG_M"));
7895         newpde = oldpdpe;
7896
7897         /*
7898          * Initialize the page directory page.
7899          */
7900         for (pde = firstpde; pde < firstpde + NPDEPG; pde++) {
7901                 *pde = newpde;
7902                 newpde += NBPDR;
7903         }
7904
7905         /*
7906          * Demote the mapping.
7907          */
7908         *pdpe = newpdpe;
7909
7910         /*
7911          * Invalidate a stale recursive mapping of the page directory page.
7912          */
7913         pmap_invalidate_page(pmap, (vm_offset_t)vtopde(va));
7914
7915         pmap_pdpe_demotions++;
7916         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_demote_pdpe: success for va %#lx"
7917             " in pmap %p", va, pmap);
7918         return (TRUE);
7919 }
7920
7921 /*
7922  * Sets the memory attribute for the specified page.
7923  */
7924 void
7925 pmap_page_set_memattr(vm_page_t m, vm_memattr_t ma)
7926 {
7927
7928         m->md.pat_mode = ma;
7929
7930         /*
7931          * If "m" is a normal page, update its direct mapping.  This update
7932          * can be relied upon to perform any cache operations that are
7933          * required for data coherence.
7934          */
7935         if ((m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0 &&
7936             pmap_change_attr(PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(m)), PAGE_SIZE,
7937             m->md.pat_mode))
7938                 panic("memory attribute change on the direct map failed");
7939 }
7940
7941 /*
7942  * Changes the specified virtual address range's memory type to that given by
7943  * the parameter "mode".  The specified virtual address range must be
7944  * completely contained within either the direct map or the kernel map.  If
7945  * the virtual address range is contained within the kernel map, then the
7946  * memory type for each of the corresponding ranges of the direct map is also
7947  * changed.  (The corresponding ranges of the direct map are those ranges that
7948  * map the same physical pages as the specified virtual address range.)  These
7949  * changes to the direct map are necessary because Intel describes the
7950  * behavior of their processors as "undefined" if two or more mappings to the
7951  * same physical page have different memory types.
7952  *
7953  * Returns zero if the change completed successfully, and either EINVAL or
7954  * ENOMEM if the change failed.  Specifically, EINVAL is returned if some part
7955  * of the virtual address range was not mapped, and ENOMEM is returned if
7956  * there was insufficient memory available to complete the change.  In the
7957  * latter case, the memory type may have been changed on some part of the
7958  * virtual address range or the direct map.
7959  */
7960 int
7961 pmap_change_attr(vm_offset_t va, vm_size_t size, int mode)
7962 {
7963         int error;
7964
7965         PMAP_LOCK(kernel_pmap);
7966         error = pmap_change_attr_locked(va, size, mode, MAPDEV_FLUSHCACHE);
7967         PMAP_UNLOCK(kernel_pmap);
7968         return (error);
7969 }
7970
7971 static int
7972 pmap_change_attr_locked(vm_offset_t va, vm_size_t size, int mode, int flags)
7973 {
7974         vm_offset_t base, offset, tmpva;
7975         vm_paddr_t pa_start, pa_end, pa_end1;
7976         pdp_entry_t *pdpe;
7977         pd_entry_t *pde;
7978         pt_entry_t *pte;
7979         int cache_bits_pte, cache_bits_pde, error;
7980         boolean_t changed;
7981
7982         PMAP_LOCK_ASSERT(kernel_pmap, MA_OWNED);
7983         base = trunc_page(va);
7984         offset = va & PAGE_MASK;
7985         size = round_page(offset + size);
7986
7987         /*
7988          * Only supported on kernel virtual addresses, including the direct
7989          * map but excluding the recursive map.
7990          */
7991         if (base < DMAP_MIN_ADDRESS)
7992                 return (EINVAL);
7993
7994         cache_bits_pde = pmap_cache_bits(kernel_pmap, mode, 1);
7995         cache_bits_pte = pmap_cache_bits(kernel_pmap, mode, 0);
7996         changed = FALSE;
7997
7998         /*
7999          * Pages that aren't mapped aren't supported.  Also break down 2MB pages
8000          * into 4KB pages if required.
8001          */
8002         for (tmpva = base; tmpva < base + size; ) {
8003                 pdpe = pmap_pdpe(kernel_pmap, tmpva);
8004                 if (pdpe == NULL || *pdpe == 0)
8005                         return (EINVAL);
8006                 if (*pdpe & PG_PS) {
8007                         /*
8008                          * If the current 1GB page already has the required
8009                          * memory type, then we need not demote this page. Just
8010                          * increment tmpva to the next 1GB page frame.
8011                          */
8012                         if ((*pdpe & X86_PG_PDE_CACHE) == cache_bits_pde) {
8013                                 tmpva = trunc_1gpage(tmpva) + NBPDP;
8014                                 continue;
8015                         }
8016
8017                         /*
8018                          * If the current offset aligns with a 1GB page frame
8019                          * and there is at least 1GB left within the range, then
8020                          * we need not break down this page into 2MB pages.
8021                          */
8022                         if ((tmpva & PDPMASK) == 0 &&
8023                             tmpva + PDPMASK < base + size) {
8024                                 tmpva += NBPDP;
8025                                 continue;
8026                         }
8027                         if (!pmap_demote_pdpe(kernel_pmap, pdpe, tmpva))
8028                                 return (ENOMEM);
8029                 }
8030                 pde = pmap_pdpe_to_pde(pdpe, tmpva);
8031                 if (*pde == 0)
8032                         return (EINVAL);
8033                 if (*pde & PG_PS) {
8034                         /*
8035                          * If the current 2MB page already has the required
8036                          * memory type, then we need not demote this page. Just
8037                          * increment tmpva to the next 2MB page frame.
8038                          */
8039                         if ((*pde & X86_PG_PDE_CACHE) == cache_bits_pde) {
8040                                 tmpva = trunc_2mpage(tmpva) + NBPDR;
8041                                 continue;
8042                         }
8043
8044                         /*
8045                          * If the current offset aligns with a 2MB page frame
8046                          * and there is at least 2MB left within the range, then
8047                          * we need not break down this page into 4KB pages.
8048                          */
8049                         if ((tmpva & PDRMASK) == 0 &&
8050                             tmpva + PDRMASK < base + size) {
8051                                 tmpva += NBPDR;
8052                                 continue;
8053                         }
8054                         if (!pmap_demote_pde(kernel_pmap, pde, tmpva))
8055                                 return (ENOMEM);
8056                 }
8057                 pte = pmap_pde_to_pte(pde, tmpva);
8058                 if (*pte == 0)
8059                         return (EINVAL);
8060                 tmpva += PAGE_SIZE;
8061         }
8062         error = 0;
8063
8064         /*
8065          * Ok, all the pages exist, so run through them updating their
8066          * cache mode if required.
8067          */
8068         pa_start = pa_end = 0;
8069         for (tmpva = base; tmpva < base + size; ) {
8070                 pdpe = pmap_pdpe(kernel_pmap, tmpva);
8071                 if (*pdpe & PG_PS) {
8072                         if ((*pdpe & X86_PG_PDE_CACHE) != cache_bits_pde) {
8073                                 pmap_pde_attr(pdpe, cache_bits_pde,
8074                                     X86_PG_PDE_CACHE);
8075                                 changed = TRUE;
8076                         }
8077                         if (tmpva >= VM_MIN_KERNEL_ADDRESS &&
8078                             (*pdpe & PG_PS_FRAME) < dmaplimit) {
8079                                 if (pa_start == pa_end) {
8080                                         /* Start physical address run. */
8081                                         pa_start = *pdpe & PG_PS_FRAME;
8082                                         pa_end = pa_start + NBPDP;
8083                                 } else if (pa_end == (*pdpe & PG_PS_FRAME))
8084                                         pa_end += NBPDP;
8085                                 else {
8086                                         /* Run ended, update direct map. */
8087                                         error = pmap_change_attr_locked(
8088                                             PHYS_TO_DMAP(pa_start),
8089                                             pa_end - pa_start, mode, flags);
8090                                         if (error != 0)
8091                                                 break;
8092                                         /* Start physical address run. */
8093                                         pa_start = *pdpe & PG_PS_FRAME;
8094                                         pa_end = pa_start + NBPDP;
8095                                 }
8096                         }
8097                         tmpva = trunc_1gpage(tmpva) + NBPDP;
8098                         continue;
8099                 }
8100                 pde = pmap_pdpe_to_pde(pdpe, tmpva);
8101                 if (*pde & PG_PS) {
8102                         if ((*pde & X86_PG_PDE_CACHE) != cache_bits_pde) {
8103                                 pmap_pde_attr(pde, cache_bits_pde,
8104                                     X86_PG_PDE_CACHE);
8105                                 changed = TRUE;
8106                         }
8107                         if (tmpva >= VM_MIN_KERNEL_ADDRESS &&
8108                             (*pde & PG_PS_FRAME) < dmaplimit) {
8109                                 if (pa_start == pa_end) {
8110                                         /* Start physical address run. */
8111                                         pa_start = *pde & PG_PS_FRAME;
8112                                         pa_end = pa_start + NBPDR;
8113                                 } else if (pa_end == (*pde & PG_PS_FRAME))
8114                                         pa_end += NBPDR;
8115                                 else {
8116                                         /* Run ended, update direct map. */
8117                                         error = pmap_change_attr_locked(
8118                                             PHYS_TO_DMAP(pa_start),
8119                                             pa_end - pa_start, mode, flags);
8120                                         if (error != 0)
8121                                                 break;
8122                                         /* Start physical address run. */
8123                                         pa_start = *pde & PG_PS_FRAME;
8124                                         pa_end = pa_start + NBPDR;
8125                                 }
8126                         }
8127                         tmpva = trunc_2mpage(tmpva) + NBPDR;
8128                 } else {
8129                         pte = pmap_pde_to_pte(pde, tmpva);
8130                         if ((*pte & X86_PG_PTE_CACHE) != cache_bits_pte) {
8131                                 pmap_pte_attr(pte, cache_bits_pte,
8132                                     X86_PG_PTE_CACHE);
8133                                 changed = TRUE;
8134                         }
8135                         if (tmpva >= VM_MIN_KERNEL_ADDRESS &&
8136                             (*pte & PG_FRAME) < dmaplimit) {
8137                                 if (pa_start == pa_end) {
8138                                         /* Start physical address run. */
8139                                         pa_start = *pte & PG_FRAME;
8140                                         pa_end = pa_start + PAGE_SIZE;
8141                                 } else if (pa_end == (*pte & PG_FRAME))
8142                                         pa_end += PAGE_SIZE;
8143                                 else {
8144                                         /* Run ended, update direct map. */
8145                                         error = pmap_change_attr_locked(
8146                                             PHYS_TO_DMAP(pa_start),
8147                                             pa_end - pa_start, mode, flags);
8148                                         if (error != 0)
8149                                                 break;
8150                                         /* Start physical address run. */
8151                                         pa_start = *pte & PG_FRAME;
8152                                         pa_end = pa_start + PAGE_SIZE;
8153                                 }
8154                         }
8155                         tmpva += PAGE_SIZE;
8156                 }
8157         }
8158         if (error == 0 && pa_start != pa_end && pa_start < dmaplimit) {
8159                 pa_end1 = MIN(pa_end, dmaplimit);
8160                 if (pa_start != pa_end1)
8161                         error = pmap_change_attr_locked(PHYS_TO_DMAP(pa_start),
8162                             pa_end1 - pa_start, mode, flags);
8163         }
8164
8165         /*
8166          * Flush CPU caches if required to make sure any data isn't cached that
8167          * shouldn't be, etc.
8168          */
8169         if (changed) {
8170                 pmap_invalidate_range(kernel_pmap, base, tmpva);
8171                 if ((flags & MAPDEV_FLUSHCACHE) != 0)
8172                         pmap_invalidate_cache_range(base, tmpva);
8173         }
8174         return (error);
8175 }
8176
8177 /*
8178  * Demotes any mapping within the direct map region that covers more than the
8179  * specified range of physical addresses.  This range's size must be a power
8180  * of two and its starting address must be a multiple of its size.  Since the
8181  * demotion does not change any attributes of the mapping, a TLB invalidation
8182  * is not mandatory.  The caller may, however, request a TLB invalidation.
8183  */
8184 void
8185 pmap_demote_DMAP(vm_paddr_t base, vm_size_t len, boolean_t invalidate)
8186 {
8187         pdp_entry_t *pdpe;
8188         pd_entry_t *pde;
8189         vm_offset_t va;
8190         boolean_t changed;
8191
8192         if (len == 0)
8193                 return;
8194         KASSERT(powerof2(len), ("pmap_demote_DMAP: len is not a power of 2"));
8195         KASSERT((base & (len - 1)) == 0,
8196             ("pmap_demote_DMAP: base is not a multiple of len"));
8197         if (len < NBPDP && base < dmaplimit) {
8198                 va = PHYS_TO_DMAP(base);
8199                 changed = FALSE;
8200                 PMAP_LOCK(kernel_pmap);
8201                 pdpe = pmap_pdpe(kernel_pmap, va);
8202                 if ((*pdpe & X86_PG_V) == 0)
8203                         panic("pmap_demote_DMAP: invalid PDPE");
8204                 if ((*pdpe & PG_PS) != 0) {
8205                         if (!pmap_demote_pdpe(kernel_pmap, pdpe, va))
8206                                 panic("pmap_demote_DMAP: PDPE failed");
8207                         changed = TRUE;
8208                 }
8209                 if (len < NBPDR) {
8210                         pde = pmap_pdpe_to_pde(pdpe, va);
8211                         if ((*pde & X86_PG_V) == 0)
8212                                 panic("pmap_demote_DMAP: invalid PDE");
8213                         if ((*pde & PG_PS) != 0) {
8214                                 if (!pmap_demote_pde(kernel_pmap, pde, va))
8215                                         panic("pmap_demote_DMAP: PDE failed");
8216                                 changed = TRUE;
8217                         }
8218                 }
8219                 if (changed && invalidate)
8220                         pmap_invalidate_page(kernel_pmap, va);
8221                 PMAP_UNLOCK(kernel_pmap);
8222         }
8223 }
8224
8225 /*
8226  * perform the pmap work for mincore
8227  */
8228 int
8229 pmap_mincore(pmap_t pmap, vm_offset_t addr, vm_paddr_t *locked_pa)
8230 {
8231         pd_entry_t *pdep;
8232         pt_entry_t pte, PG_A, PG_M, PG_RW, PG_V;
8233         vm_paddr_t pa;
8234         int val;
8235
8236         PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
8237         PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
8238         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
8239         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
8240
8241         PMAP_LOCK(pmap);
8242 retry:
8243         pdep = pmap_pde(pmap, addr);
8244         if (pdep != NULL && (*pdep & PG_V)) {
8245                 if (*pdep & PG_PS) {
8246                         pte = *pdep;
8247                         /* Compute the physical address of the 4KB page. */
8248                         pa = ((*pdep & PG_PS_FRAME) | (addr & PDRMASK)) &
8249                             PG_FRAME;
8250                         val = MINCORE_SUPER;
8251                 } else {
8252                         pte = *pmap_pde_to_pte(pdep, addr);
8253                         pa = pte & PG_FRAME;
8254                         val = 0;
8255                 }
8256         } else {
8257                 pte = 0;
8258                 pa = 0;
8259                 val = 0;
8260         }
8261         if ((pte & PG_V) != 0) {
8262                 val |= MINCORE_INCORE;
8263                 if ((pte & (PG_M | PG_RW)) == (PG_M | PG_RW))
8264                         val |= MINCORE_MODIFIED | MINCORE_MODIFIED_OTHER;
8265                 if ((pte & PG_A) != 0)
8266                         val |= MINCORE_REFERENCED | MINCORE_REFERENCED_OTHER;
8267         }
8268         if ((val & (MINCORE_MODIFIED_OTHER | MINCORE_REFERENCED_OTHER)) !=
8269             (MINCORE_MODIFIED_OTHER | MINCORE_REFERENCED_OTHER) &&
8270             (pte & (PG_MANAGED | PG_V)) == (PG_MANAGED | PG_V)) {
8271                 /* Ensure that "PHYS_TO_VM_PAGE(pa)->object" doesn't change. */
8272                 if (vm_page_pa_tryrelock(pmap, pa, locked_pa))
8273                         goto retry;
8274         } else
8275                 PA_UNLOCK_COND(*locked_pa);
8276         PMAP_UNLOCK(pmap);
8277         return (val);
8278 }
8279
8280 static uint64_t
8281 pmap_pcid_alloc(pmap_t pmap, u_int cpuid)
8282 {
8283         uint32_t gen, new_gen, pcid_next;
8284
8285         CRITICAL_ASSERT(curthread);
8286         gen = PCPU_GET(pcid_gen);
8287         if (pmap->pm_pcids[cpuid].pm_pcid == PMAP_PCID_KERN)
8288                 return (pti ? 0 : CR3_PCID_SAVE);
8289         if (pmap->pm_pcids[cpuid].pm_gen == gen)
8290                 return (CR3_PCID_SAVE);
8291         pcid_next = PCPU_GET(pcid_next);
8292         KASSERT((!pti && pcid_next <= PMAP_PCID_OVERMAX) ||
8293             (pti && pcid_next <= PMAP_PCID_OVERMAX_KERN),
8294             ("cpu %d pcid_next %#x", cpuid, pcid_next));
8295         if ((!pti && pcid_next == PMAP_PCID_OVERMAX) ||
8296             (pti && pcid_next == PMAP_PCID_OVERMAX_KERN)) {
8297                 new_gen = gen + 1;
8298                 if (new_gen == 0)
8299                         new_gen = 1;
8300                 PCPU_SET(pcid_gen, new_gen);
8301                 pcid_next = PMAP_PCID_KERN + 1;
8302         } else {
8303                 new_gen = gen;
8304         }
8305         pmap->pm_pcids[cpuid].pm_pcid = pcid_next;
8306         pmap->pm_pcids[cpuid].pm_gen = new_gen;
8307         PCPU_SET(pcid_next, pcid_next + 1);
8308         return (0);
8309 }
8310
8311 static uint64_t
8312 pmap_pcid_alloc_checked(pmap_t pmap, u_int cpuid)
8313 {
8314         uint64_t cached;
8315
8316         cached = pmap_pcid_alloc(pmap, cpuid);
8317         KASSERT(pmap->pm_pcids[cpuid].pm_pcid < PMAP_PCID_OVERMAX,
8318             ("pmap %p cpu %d pcid %#x", pmap, cpuid,
8319             pmap->pm_pcids[cpuid].pm_pcid));
8320         KASSERT(pmap->pm_pcids[cpuid].pm_pcid != PMAP_PCID_KERN ||
8321             pmap == kernel_pmap,
8322             ("non-kernel pmap pmap %p cpu %d pcid %#x",
8323             pmap, cpuid, pmap->pm_pcids[cpuid].pm_pcid));
8324         return (cached);
8325 }
8326
8327 static void
8328 pmap_activate_sw_pti_post(struct thread *td, pmap_t pmap)
8329 {
8330
8331         PCPU_GET(tssp)->tss_rsp0 = pmap->pm_ucr3 != PMAP_NO_CR3 ?
8332             PCPU_GET(pti_rsp0) : (uintptr_t)td->td_pcb;
8333 }
8334
8335 static void inline
8336 pmap_activate_sw_pcid_pti(pmap_t pmap, u_int cpuid, const bool invpcid_works1)
8337 {
8338         struct invpcid_descr d;
8339         uint64_t cached, cr3, kcr3, ucr3;
8340
8341         cached = pmap_pcid_alloc_checked(pmap, cpuid);
8342         cr3 = rcr3();
8343         if ((cr3 & ~CR3_PCID_MASK) != pmap->pm_cr3)
8344                 load_cr3(pmap->pm_cr3 | pmap->pm_pcids[cpuid].pm_pcid);
8345         PCPU_SET(curpmap, pmap);
8346         kcr3 = pmap->pm_cr3 | pmap->pm_pcids[cpuid].pm_pcid;
8347         ucr3 = pmap->pm_ucr3 | pmap->pm_pcids[cpuid].pm_pcid |
8348             PMAP_PCID_USER_PT;
8349
8350         if (!cached && pmap->pm_ucr3 != PMAP_NO_CR3) {
8351                 /*
8352                  * Explicitly invalidate translations cached from the
8353                  * user page table.  They are not automatically
8354                  * flushed by reload of cr3 with the kernel page table
8355                  * pointer above.
8356                  *
8357                  * Note that the if() condition is resolved statically
8358                  * by using the function argument instead of
8359                  * runtime-evaluated invpcid_works value.
8360                  */
8361                 if (invpcid_works1) {
8362                         d.pcid = PMAP_PCID_USER_PT |
8363                             pmap->pm_pcids[cpuid].pm_pcid;
8364                         d.pad = 0;
8365                         d.addr = 0;
8366                         invpcid(&d, INVPCID_CTX);
8367                 } else {
8368                         pmap_pti_pcid_invalidate(ucr3, kcr3);
8369                 }
8370         }
8371
8372         PCPU_SET(kcr3, kcr3 | CR3_PCID_SAVE);
8373         PCPU_SET(ucr3, ucr3 | CR3_PCID_SAVE);
8374         if (cached)
8375                 PCPU_INC(pm_save_cnt);
8376 }
8377
8378 static void
8379 pmap_activate_sw_pcid_invpcid_pti(struct thread *td, pmap_t pmap, u_int cpuid)
8380 {
8381
8382         pmap_activate_sw_pcid_pti(pmap, cpuid, true);
8383         pmap_activate_sw_pti_post(td, pmap);
8384 }
8385
8386 static void
8387 pmap_activate_sw_pcid_noinvpcid_pti(struct thread *td, pmap_t pmap,
8388     u_int cpuid)
8389 {
8390         register_t rflags;
8391
8392         /*
8393          * If the INVPCID instruction is not available,
8394          * invltlb_pcid_handler() is used to handle an invalidate_all
8395          * IPI, which checks for curpmap == smp_tlb_pmap.  The below
8396          * sequence of operations has a window where %CR3 is loaded
8397          * with the new pmap's PML4 address, but the curpmap value has
8398          * not yet been updated.  This causes the invltlb IPI handler,
8399          * which is called between the updates, to execute as a NOP,
8400          * which leaves stale TLB entries.
8401          *
8402          * Note that the most typical use of pmap_activate_sw(), from
8403          * the context switch, is immune to this race, because
8404          * interrupts are disabled (while the thread lock is owned),
8405          * and the IPI happens after curpmap is updated.  Protect
8406          * other callers in a similar way, by disabling interrupts
8407          * around the %cr3 register reload and curpmap assignment.
8408          */
8409         rflags = intr_disable();
8410         pmap_activate_sw_pcid_pti(pmap, cpuid, false);
8411         intr_restore(rflags);
8412         pmap_activate_sw_pti_post(td, pmap);
8413 }
8414
8415 static void
8416 pmap_activate_sw_pcid_nopti(struct thread *td __unused, pmap_t pmap,
8417     u_int cpuid)
8418 {
8419         uint64_t cached, cr3;
8420
8421         cached = pmap_pcid_alloc_checked(pmap, cpuid);
8422         cr3 = rcr3();
8423         if (!cached || (cr3 & ~CR3_PCID_MASK) != pmap->pm_cr3)
8424                 load_cr3(pmap->pm_cr3 | pmap->pm_pcids[cpuid].pm_pcid |
8425                     cached);
8426         PCPU_SET(curpmap, pmap);
8427         if (cached)
8428                 PCPU_INC(pm_save_cnt);
8429 }
8430
8431 static void
8432 pmap_activate_sw_pcid_noinvpcid_nopti(struct thread *td __unused, pmap_t pmap,
8433     u_int cpuid)
8434 {
8435         register_t rflags;
8436
8437         rflags = intr_disable();
8438         pmap_activate_sw_pcid_nopti(td, pmap, cpuid);
8439         intr_restore(rflags);
8440 }
8441
8442 static void
8443 pmap_activate_sw_nopcid_nopti(struct thread *td __unused, pmap_t pmap,
8444     u_int cpuid __unused)
8445 {
8446
8447         load_cr3(pmap->pm_cr3);
8448         PCPU_SET(curpmap, pmap);
8449 }
8450
8451 static void
8452 pmap_activate_sw_nopcid_pti(struct thread *td, pmap_t pmap,
8453     u_int cpuid __unused)
8454 {
8455
8456         pmap_activate_sw_nopcid_nopti(td, pmap, cpuid);
8457         PCPU_SET(kcr3, pmap->pm_cr3);
8458         PCPU_SET(ucr3, pmap->pm_ucr3);
8459         pmap_activate_sw_pti_post(td, pmap);
8460 }
8461
8462 DEFINE_IFUNC(static, void, pmap_activate_sw_mode, (struct thread *, pmap_t,
8463     u_int), static)
8464 {
8465
8466         if (pmap_pcid_enabled && pti && invpcid_works)
8467                 return (pmap_activate_sw_pcid_invpcid_pti);
8468         else if (pmap_pcid_enabled && pti && !invpcid_works)
8469                 return (pmap_activate_sw_pcid_noinvpcid_pti);
8470         else if (pmap_pcid_enabled && !pti && invpcid_works)
8471                 return (pmap_activate_sw_pcid_nopti);
8472         else if (pmap_pcid_enabled && !pti && !invpcid_works)
8473                 return (pmap_activate_sw_pcid_noinvpcid_nopti);
8474         else if (!pmap_pcid_enabled && pti)
8475                 return (pmap_activate_sw_nopcid_pti);
8476         else /* if (!pmap_pcid_enabled && !pti) */
8477                 return (pmap_activate_sw_nopcid_nopti);
8478 }
8479
8480 void
8481 pmap_activate_sw(struct thread *td)
8482 {
8483         pmap_t oldpmap, pmap;
8484         u_int cpuid;
8485
8486         oldpmap = PCPU_GET(curpmap);
8487         pmap = vmspace_pmap(td->td_proc->p_vmspace);
8488         if (oldpmap == pmap)
8489                 return;
8490         cpuid = PCPU_GET(cpuid);
8491 #ifdef SMP
8492         CPU_SET_ATOMIC(cpuid, &pmap->pm_active);
8493 #else
8494         CPU_SET(cpuid, &pmap->pm_active);
8495 #endif
8496         pmap_activate_sw_mode(td, pmap, cpuid);
8497 #ifdef SMP
8498         CPU_CLR_ATOMIC(cpuid, &oldpmap->pm_active);
8499 #else
8500         CPU_CLR(cpuid, &oldpmap->pm_active);
8501 #endif
8502 }
8503
8504 void
8505 pmap_activate(struct thread *td)
8506 {
8507
8508         critical_enter();
8509         pmap_activate_sw(td);
8510         critical_exit();
8511 }
8512
8513 void
8514 pmap_activate_boot(pmap_t pmap)
8515 {
8516         uint64_t kcr3;
8517         u_int cpuid;
8518
8519         /*
8520          * kernel_pmap must be never deactivated, and we ensure that
8521          * by never activating it at all.
8522          */
8523         MPASS(pmap != kernel_pmap);
8524
8525         cpuid = PCPU_GET(cpuid);
8526 #ifdef SMP
8527         CPU_SET_ATOMIC(cpuid, &pmap->pm_active);
8528 #else
8529         CPU_SET(cpuid, &pmap->pm_active);
8530 #endif
8531         PCPU_SET(curpmap, pmap);
8532         if (pti) {
8533                 kcr3 = pmap->pm_cr3;
8534                 if (pmap_pcid_enabled)
8535                         kcr3 |= pmap->pm_pcids[cpuid].pm_pcid | CR3_PCID_SAVE;
8536         } else {
8537                 kcr3 = PMAP_NO_CR3;
8538         }
8539         PCPU_SET(kcr3, kcr3);
8540         PCPU_SET(ucr3, PMAP_NO_CR3);
8541 }
8542
8543 void
8544 pmap_sync_icache(pmap_t pm, vm_offset_t va, vm_size_t sz)
8545 {
8546 }
8547
8548 /*
8549  *      Increase the starting virtual address of the given mapping if a
8550  *      different alignment might result in more superpage mappings.
8551  */
8552 void
8553 pmap_align_superpage(vm_object_t object, vm_ooffset_t offset,
8554     vm_offset_t *addr, vm_size_t size)
8555 {
8556         vm_offset_t superpage_offset;
8557
8558         if (size < NBPDR)
8559                 return;
8560         if (object != NULL && (object->flags & OBJ_COLORED) != 0)
8561                 offset += ptoa(object->pg_color);
8562         superpage_offset = offset & PDRMASK;
8563         if (size - ((NBPDR - superpage_offset) & PDRMASK) < NBPDR ||
8564             (*addr & PDRMASK) == superpage_offset)
8565                 return;
8566         if ((*addr & PDRMASK) < superpage_offset)
8567                 *addr = (*addr & ~PDRMASK) + superpage_offset;
8568         else
8569                 *addr = ((*addr + PDRMASK) & ~PDRMASK) + superpage_offset;
8570 }
8571
8572 #ifdef INVARIANTS
8573 static unsigned long num_dirty_emulations;
8574 SYSCTL_ULONG(_vm_pmap, OID_AUTO, num_dirty_emulations, CTLFLAG_RW,
8575              &num_dirty_emulations, 0, NULL);
8576
8577 static unsigned long num_accessed_emulations;
8578 SYSCTL_ULONG(_vm_pmap, OID_AUTO, num_accessed_emulations, CTLFLAG_RW,
8579              &num_accessed_emulations, 0, NULL);
8580
8581 static unsigned long num_superpage_accessed_emulations;
8582 SYSCTL_ULONG(_vm_pmap, OID_AUTO, num_superpage_accessed_emulations, CTLFLAG_RW,
8583              &num_superpage_accessed_emulations, 0, NULL);
8584
8585 static unsigned long ad_emulation_superpage_promotions;
8586 SYSCTL_ULONG(_vm_pmap, OID_AUTO, ad_emulation_superpage_promotions, CTLFLAG_RW,
8587              &ad_emulation_superpage_promotions, 0, NULL);
8588 #endif  /* INVARIANTS */
8589
8590 int
8591 pmap_emulate_accessed_dirty(pmap_t pmap, vm_offset_t va, int ftype)
8592 {
8593         int rv;
8594         struct rwlock *lock;
8595 #if VM_NRESERVLEVEL > 0
8596         vm_page_t m, mpte;
8597 #endif
8598         pd_entry_t *pde;
8599         pt_entry_t *pte, PG_A, PG_M, PG_RW, PG_V;
8600
8601         KASSERT(ftype == VM_PROT_READ || ftype == VM_PROT_WRITE,
8602             ("pmap_emulate_accessed_dirty: invalid fault type %d", ftype));
8603
8604         if (!pmap_emulate_ad_bits(pmap))
8605                 return (-1);
8606
8607         PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
8608         PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
8609         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
8610         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
8611
8612         rv = -1;
8613         lock = NULL;
8614         PMAP_LOCK(pmap);
8615
8616         pde = pmap_pde(pmap, va);
8617         if (pde == NULL || (*pde & PG_V) == 0)
8618                 goto done;
8619
8620         if ((*pde & PG_PS) != 0) {
8621                 if (ftype == VM_PROT_READ) {
8622 #ifdef INVARIANTS
8623                         atomic_add_long(&num_superpage_accessed_emulations, 1);
8624 #endif
8625                         *pde |= PG_A;
8626                         rv = 0;
8627                 }
8628                 goto done;
8629         }
8630
8631         pte = pmap_pde_to_pte(pde, va);
8632         if ((*pte & PG_V) == 0)
8633                 goto done;
8634
8635         if (ftype == VM_PROT_WRITE) {
8636                 if ((*pte & PG_RW) == 0)
8637                         goto done;
8638                 /*
8639                  * Set the modified and accessed bits simultaneously.
8640                  *
8641                  * Intel EPT PTEs that do software emulation of A/D bits map
8642                  * PG_A and PG_M to EPT_PG_READ and EPT_PG_WRITE respectively.
8643                  * An EPT misconfiguration is triggered if the PTE is writable
8644                  * but not readable (WR=10). This is avoided by setting PG_A
8645                  * and PG_M simultaneously.
8646                  */
8647                 *pte |= PG_M | PG_A;
8648         } else {
8649                 *pte |= PG_A;
8650         }
8651
8652 #if VM_NRESERVLEVEL > 0
8653         /* try to promote the mapping */
8654         if (va < VM_MAXUSER_ADDRESS)
8655                 mpte = PHYS_TO_VM_PAGE(*pde & PG_FRAME);
8656         else
8657                 mpte = NULL;
8658
8659         m = PHYS_TO_VM_PAGE(*pte & PG_FRAME);
8660
8661         if ((mpte == NULL || mpte->wire_count == NPTEPG) &&
8662             pmap_ps_enabled(pmap) &&
8663             (m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0 &&
8664             vm_reserv_level_iffullpop(m) == 0) {
8665                 pmap_promote_pde(pmap, pde, va, &lock);
8666 #ifdef INVARIANTS
8667                 atomic_add_long(&ad_emulation_superpage_promotions, 1);
8668 #endif
8669         }
8670 #endif
8671
8672 #ifdef INVARIANTS
8673         if (ftype == VM_PROT_WRITE)
8674                 atomic_add_long(&num_dirty_emulations, 1);
8675         else
8676                 atomic_add_long(&num_accessed_emulations, 1);
8677 #endif
8678         rv = 0;         /* success */
8679 done:
8680         if (lock != NULL)
8681                 rw_wunlock(lock);
8682         PMAP_UNLOCK(pmap);
8683         return (rv);
8684 }
8685
8686 void
8687 pmap_get_mapping(pmap_t pmap, vm_offset_t va, uint64_t *ptr, int *num)
8688 {
8689         pml4_entry_t *pml4;
8690         pdp_entry_t *pdp;
8691         pd_entry_t *pde;
8692         pt_entry_t *pte, PG_V;
8693         int idx;
8694
8695         idx = 0;
8696         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
8697         PMAP_LOCK(pmap);
8698
8699         pml4 = pmap_pml4e(pmap, va);
8700         ptr[idx++] = *pml4;
8701         if ((*pml4 & PG_V) == 0)
8702                 goto done;
8703
8704         pdp = pmap_pml4e_to_pdpe(pml4, va);
8705         ptr[idx++] = *pdp;
8706         if ((*pdp & PG_V) == 0 || (*pdp & PG_PS) != 0)
8707                 goto done;
8708
8709         pde = pmap_pdpe_to_pde(pdp, va);
8710         ptr[idx++] = *pde;
8711         if ((*pde & PG_V) == 0 || (*pde & PG_PS) != 0)
8712                 goto done;
8713
8714         pte = pmap_pde_to_pte(pde, va);
8715         ptr[idx++] = *pte;
8716
8717 done:
8718         PMAP_UNLOCK(pmap);
8719         *num = idx;
8720 }
8721
8722 /**
8723  * Get the kernel virtual address of a set of physical pages. If there are
8724  * physical addresses not covered by the DMAP perform a transient mapping
8725  * that will be removed when calling pmap_unmap_io_transient.
8726  *
8727  * \param page        The pages the caller wishes to obtain the virtual
8728  *                    address on the kernel memory map.
8729  * \param vaddr       On return contains the kernel virtual memory address
8730  *                    of the pages passed in the page parameter.
8731  * \param count       Number of pages passed in.
8732  * \param can_fault   TRUE if the thread using the mapped pages can take
8733  *                    page faults, FALSE otherwise.
8734  *
8735  * \returns TRUE if the caller must call pmap_unmap_io_transient when
8736  *          finished or FALSE otherwise.
8737  *
8738  */
8739 boolean_t
8740 pmap_map_io_transient(vm_page_t page[], vm_offset_t vaddr[], int count,
8741     boolean_t can_fault)
8742 {
8743         vm_paddr_t paddr;
8744         boolean_t needs_mapping;
8745         pt_entry_t *pte;
8746         int cache_bits, error __unused, i;
8747
8748         /*
8749          * Allocate any KVA space that we need, this is done in a separate
8750          * loop to prevent calling vmem_alloc while pinned.
8751          */
8752         needs_mapping = FALSE;
8753         for (i = 0; i < count; i++) {
8754                 paddr = VM_PAGE_TO_PHYS(page[i]);
8755                 if (__predict_false(paddr >= dmaplimit)) {
8756                         error = vmem_alloc(kernel_arena, PAGE_SIZE,
8757                             M_BESTFIT | M_WAITOK, &vaddr[i]);
8758                         KASSERT(error == 0, ("vmem_alloc failed: %d", error));
8759                         needs_mapping = TRUE;
8760                 } else {
8761                         vaddr[i] = PHYS_TO_DMAP(paddr);
8762                 }
8763         }
8764
8765         /* Exit early if everything is covered by the DMAP */
8766         if (!needs_mapping)
8767                 return (FALSE);
8768
8769         /*
8770          * NB:  The sequence of updating a page table followed by accesses
8771          * to the corresponding pages used in the !DMAP case is subject to
8772          * the situation described in the "AMD64 Architecture Programmer's
8773          * Manual Volume 2: System Programming" rev. 3.23, "7.3.1 Special
8774          * Coherency Considerations".  Therefore, issuing the INVLPG right
8775          * after modifying the PTE bits is crucial.
8776          */
8777         if (!can_fault)
8778                 sched_pin();
8779         for (i = 0; i < count; i++) {
8780                 paddr = VM_PAGE_TO_PHYS(page[i]);
8781                 if (paddr >= dmaplimit) {
8782                         if (can_fault) {
8783                                 /*
8784                                  * Slow path, since we can get page faults
8785                                  * while mappings are active don't pin the
8786                                  * thread to the CPU and instead add a global
8787                                  * mapping visible to all CPUs.
8788                                  */
8789                                 pmap_qenter(vaddr[i], &page[i], 1);
8790                         } else {
8791                                 pte = vtopte(vaddr[i]);
8792                                 cache_bits = pmap_cache_bits(kernel_pmap,
8793                                     page[i]->md.pat_mode, 0);
8794                                 pte_store(pte, paddr | X86_PG_RW | X86_PG_V |
8795                                     cache_bits);
8796                                 invlpg(vaddr[i]);
8797                         }
8798                 }
8799         }
8800
8801         return (needs_mapping);
8802 }
8803
8804 void
8805 pmap_unmap_io_transient(vm_page_t page[], vm_offset_t vaddr[], int count,
8806     boolean_t can_fault)
8807 {
8808         vm_paddr_t paddr;
8809         int i;
8810
8811         if (!can_fault)
8812                 sched_unpin();
8813         for (i = 0; i < count; i++) {
8814                 paddr = VM_PAGE_TO_PHYS(page[i]);
8815                 if (paddr >= dmaplimit) {
8816                         if (can_fault)
8817                                 pmap_qremove(vaddr[i], 1);
8818                         vmem_free(kernel_arena, vaddr[i], PAGE_SIZE);
8819                 }
8820         }
8821 }
8822
8823 vm_offset_t
8824 pmap_quick_enter_page(vm_page_t m)
8825 {
8826         vm_paddr_t paddr;
8827
8828         paddr = VM_PAGE_TO_PHYS(m);
8829         if (paddr < dmaplimit)
8830                 return (PHYS_TO_DMAP(paddr));
8831         mtx_lock_spin(&qframe_mtx);
8832         KASSERT(*vtopte(qframe) == 0, ("qframe busy"));
8833         pte_store(vtopte(qframe), paddr | X86_PG_RW | X86_PG_V | X86_PG_A |
8834             X86_PG_M | pmap_cache_bits(kernel_pmap, m->md.pat_mode, 0));
8835         return (qframe);
8836 }
8837
8838 void
8839 pmap_quick_remove_page(vm_offset_t addr)
8840 {
8841
8842         if (addr != qframe)
8843                 return;
8844         pte_store(vtopte(qframe), 0);
8845         invlpg(qframe);
8846         mtx_unlock_spin(&qframe_mtx);
8847 }
8848
8849 /*
8850  * Pdp pages from the large map are managed differently from either
8851  * kernel or user page table pages.  They are permanently allocated at
8852  * initialization time, and their wire count is permanently set to
8853  * zero.  The pml4 entries pointing to those pages are copied into
8854  * each allocated pmap.
8855  *
8856  * In contrast, pd and pt pages are managed like user page table
8857  * pages.  They are dynamically allocated, and their wire count
8858  * represents the number of valid entries within the page.
8859  */
8860 static vm_page_t
8861 pmap_large_map_getptp_unlocked(void)
8862 {
8863         vm_page_t m;
8864
8865         m = vm_page_alloc(NULL, 0, VM_ALLOC_NORMAL | VM_ALLOC_NOOBJ |
8866             VM_ALLOC_ZERO);
8867         if (m != NULL && (m->flags & PG_ZERO) == 0)
8868                 pmap_zero_page(m);
8869         return (m);
8870 }
8871
8872 static vm_page_t
8873 pmap_large_map_getptp(void)
8874 {
8875         vm_page_t m;
8876
8877         PMAP_LOCK_ASSERT(kernel_pmap, MA_OWNED);
8878         m = pmap_large_map_getptp_unlocked();
8879         if (m == NULL) {
8880                 PMAP_UNLOCK(kernel_pmap);
8881                 vm_wait(NULL);
8882                 PMAP_LOCK(kernel_pmap);
8883                 /* Callers retry. */
8884         }
8885         return (m);
8886 }
8887
8888 static pdp_entry_t *
8889 pmap_large_map_pdpe(vm_offset_t va)
8890 {
8891         vm_pindex_t pml4_idx;
8892         vm_paddr_t mphys;
8893
8894         pml4_idx = pmap_pml4e_index(va);
8895         KASSERT(LMSPML4I <= pml4_idx && pml4_idx < LMSPML4I + lm_ents,
8896             ("pmap_large_map_pdpe: va %#jx out of range idx %#jx LMSPML4I "
8897             "%#jx lm_ents %d",
8898             (uintmax_t)va, (uintmax_t)pml4_idx, LMSPML4I, lm_ents));
8899         KASSERT((kernel_pmap->pm_pml4[pml4_idx] & X86_PG_V) != 0,
8900             ("pmap_large_map_pdpe: invalid pml4 for va %#jx idx %#jx "
8901             "LMSPML4I %#jx lm_ents %d",
8902             (uintmax_t)va, (uintmax_t)pml4_idx, LMSPML4I, lm_ents));
8903         mphys = kernel_pmap->pm_pml4[pml4_idx] & PG_FRAME;
8904         return ((pdp_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(mphys) + pmap_pdpe_index(va));
8905 }
8906
8907 static pd_entry_t *
8908 pmap_large_map_pde(vm_offset_t va)
8909 {
8910         pdp_entry_t *pdpe;
8911         vm_page_t m;
8912         vm_paddr_t mphys;
8913
8914 retry:
8915         pdpe = pmap_large_map_pdpe(va);
8916         if (*pdpe == 0) {
8917                 m = pmap_large_map_getptp();
8918                 if (m == NULL)
8919                         goto retry;
8920                 mphys = VM_PAGE_TO_PHYS(m);
8921                 *pdpe = mphys | X86_PG_A | X86_PG_RW | X86_PG_V | pg_nx;
8922         } else {
8923                 MPASS((*pdpe & X86_PG_PS) == 0);
8924                 mphys = *pdpe & PG_FRAME;
8925         }
8926         return ((pd_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(mphys) + pmap_pde_index(va));
8927 }
8928
8929 static pt_entry_t *
8930 pmap_large_map_pte(vm_offset_t va)
8931 {
8932         pd_entry_t *pde;
8933         vm_page_t m;
8934         vm_paddr_t mphys;
8935
8936 retry:
8937         pde = pmap_large_map_pde(va);
8938         if (*pde == 0) {
8939                 m = pmap_large_map_getptp();
8940                 if (m == NULL)
8941                         goto retry;
8942                 mphys = VM_PAGE_TO_PHYS(m);
8943                 *pde = mphys | X86_PG_A | X86_PG_RW | X86_PG_V | pg_nx;
8944                 PHYS_TO_VM_PAGE(DMAP_TO_PHYS((uintptr_t)pde))->wire_count++;
8945         } else {
8946                 MPASS((*pde & X86_PG_PS) == 0);
8947                 mphys = *pde & PG_FRAME;
8948         }
8949         return ((pt_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(mphys) + pmap_pte_index(va));
8950 }
8951
8952 static vm_paddr_t
8953 pmap_large_map_kextract(vm_offset_t va)
8954 {
8955         pdp_entry_t *pdpe, pdp;
8956         pd_entry_t *pde, pd;
8957         pt_entry_t *pte, pt;
8958
8959         KASSERT(PMAP_ADDRESS_IN_LARGEMAP(va),
8960             ("not largemap range %#lx", (u_long)va));
8961         pdpe = pmap_large_map_pdpe(va);
8962         pdp = *pdpe;
8963         KASSERT((pdp & X86_PG_V) != 0,
8964             ("invalid pdp va %#lx pdpe %#lx pdp %#lx", va,
8965             (u_long)pdpe, pdp));
8966         if ((pdp & X86_PG_PS) != 0) {
8967                 KASSERT((amd_feature & AMDID_PAGE1GB) != 0,
8968                     ("no 1G pages, va %#lx pdpe %#lx pdp %#lx", va,
8969                     (u_long)pdpe, pdp));
8970                 return ((pdp & PG_PS_PDP_FRAME) | (va & PDPMASK));
8971         }
8972         pde = pmap_pdpe_to_pde(pdpe, va);
8973         pd = *pde;
8974         KASSERT((pd & X86_PG_V) != 0,
8975             ("invalid pd va %#lx pde %#lx pd %#lx", va, (u_long)pde, pd));
8976         if ((pd & X86_PG_PS) != 0)
8977                 return ((pd & PG_PS_FRAME) | (va & PDRMASK));
8978         pte = pmap_pde_to_pte(pde, va);
8979         pt = *pte;
8980         KASSERT((pt & X86_PG_V) != 0,
8981             ("invalid pte va %#lx pte %#lx pt %#lx", va, (u_long)pte, pt));
8982         return ((pt & PG_FRAME) | (va & PAGE_MASK));
8983 }
8984
8985 static int
8986 pmap_large_map_getva(vm_size_t len, vm_offset_t align, vm_offset_t phase,
8987     vmem_addr_t *vmem_res)
8988 {
8989
8990         /*
8991          * Large mappings are all but static.  Consequently, there
8992          * is no point in waiting for an earlier allocation to be
8993          * freed.
8994          */
8995         return (vmem_xalloc(large_vmem, len, align, phase, 0, VMEM_ADDR_MIN,
8996             VMEM_ADDR_MAX, M_NOWAIT | M_BESTFIT, vmem_res));
8997 }
8998
8999 int
9000 pmap_large_map(vm_paddr_t spa, vm_size_t len, void **addr,
9001     vm_memattr_t mattr)
9002 {
9003         pdp_entry_t *pdpe;
9004         pd_entry_t *pde;
9005         pt_entry_t *pte;
9006         vm_offset_t va, inc;
9007         vmem_addr_t vmem_res;
9008         vm_paddr_t pa;
9009         int error;
9010
9011         if (len == 0 || spa + len < spa)
9012                 return (EINVAL);
9013
9014         /* See if DMAP can serve. */
9015         if (spa + len <= dmaplimit) {
9016                 va = PHYS_TO_DMAP(spa);
9017                 *addr = (void *)va;
9018                 return (pmap_change_attr(va, len, mattr));
9019         }
9020
9021         /*
9022          * No, allocate KVA.  Fit the address with best possible
9023          * alignment for superpages.  Fall back to worse align if
9024          * failed.
9025          */
9026         error = ENOMEM;
9027         if ((amd_feature & AMDID_PAGE1GB) != 0 && rounddown2(spa + len,
9028             NBPDP) >= roundup2(spa, NBPDP) + NBPDP)
9029                 error = pmap_large_map_getva(len, NBPDP, spa & PDPMASK,
9030                     &vmem_res);
9031         if (error != 0 && rounddown2(spa + len, NBPDR) >= roundup2(spa,
9032             NBPDR) + NBPDR)
9033                 error = pmap_large_map_getva(len, NBPDR, spa & PDRMASK,
9034                     &vmem_res);
9035         if (error != 0)
9036                 error = pmap_large_map_getva(len, PAGE_SIZE, 0, &vmem_res);
9037         if (error != 0)
9038                 return (error);
9039
9040         /*
9041          * Fill pagetable.  PG_M is not pre-set, we scan modified bits
9042          * in the pagetable to minimize flushing.  No need to
9043          * invalidate TLB, since we only update invalid entries.
9044          */
9045         PMAP_LOCK(kernel_pmap);
9046         for (pa = spa, va = vmem_res; len > 0; pa += inc, va += inc,
9047             len -= inc) {
9048                 if ((amd_feature & AMDID_PAGE1GB) != 0 && len >= NBPDP &&
9049                     (pa & PDPMASK) == 0 && (va & PDPMASK) == 0) {
9050                         pdpe = pmap_large_map_pdpe(va);
9051                         MPASS(*pdpe == 0);
9052                         *pdpe = pa | pg_g | X86_PG_PS | X86_PG_RW |
9053                             X86_PG_V | X86_PG_A | pg_nx |
9054                             pmap_cache_bits(kernel_pmap, mattr, TRUE);
9055                         inc = NBPDP;
9056                 } else if (len >= NBPDR && (pa & PDRMASK) == 0 &&
9057                     (va & PDRMASK) == 0) {
9058                         pde = pmap_large_map_pde(va);
9059                         MPASS(*pde == 0);
9060                         *pde = pa | pg_g | X86_PG_PS | X86_PG_RW |
9061                             X86_PG_V | X86_PG_A | pg_nx |
9062                             pmap_cache_bits(kernel_pmap, mattr, TRUE);
9063                         PHYS_TO_VM_PAGE(DMAP_TO_PHYS((uintptr_t)pde))->
9064                             wire_count++;
9065                         inc = NBPDR;
9066                 } else {
9067                         pte = pmap_large_map_pte(va);
9068                         MPASS(*pte == 0);
9069                         *pte = pa | pg_g | X86_PG_RW | X86_PG_V |
9070                             X86_PG_A | pg_nx | pmap_cache_bits(kernel_pmap,
9071                             mattr, FALSE);
9072                         PHYS_TO_VM_PAGE(DMAP_TO_PHYS((uintptr_t)pte))->
9073                             wire_count++;
9074                         inc = PAGE_SIZE;
9075                 }
9076         }
9077         PMAP_UNLOCK(kernel_pmap);
9078         MPASS(len == 0);
9079
9080         *addr = (void *)vmem_res;
9081         return (0);
9082 }
9083
9084 void
9085 pmap_large_unmap(void *svaa, vm_size_t len)
9086 {
9087         vm_offset_t sva, va;
9088         vm_size_t inc;
9089         pdp_entry_t *pdpe, pdp;
9090         pd_entry_t *pde, pd;
9091         pt_entry_t *pte;
9092         vm_page_t m;
9093         struct spglist spgf;
9094
9095         sva = (vm_offset_t)svaa;
9096         if (len == 0 || sva + len < sva || (sva >= DMAP_MIN_ADDRESS &&
9097             sva + len <= DMAP_MIN_ADDRESS + dmaplimit))
9098                 return;
9099
9100         SLIST_INIT(&spgf);
9101         KASSERT(PMAP_ADDRESS_IN_LARGEMAP(sva) &&
9102             PMAP_ADDRESS_IN_LARGEMAP(sva + len - 1),
9103             ("not largemap range %#lx %#lx", (u_long)svaa, (u_long)svaa + len));
9104         PMAP_LOCK(kernel_pmap);
9105         for (va = sva; va < sva + len; va += inc) {
9106                 pdpe = pmap_large_map_pdpe(va);
9107                 pdp = *pdpe;
9108                 KASSERT((pdp & X86_PG_V) != 0,
9109                     ("invalid pdp va %#lx pdpe %#lx pdp %#lx", va,
9110                     (u_long)pdpe, pdp));
9111                 if ((pdp & X86_PG_PS) != 0) {
9112                         KASSERT((amd_feature & AMDID_PAGE1GB) != 0,
9113                             ("no 1G pages, va %#lx pdpe %#lx pdp %#lx", va,
9114                             (u_long)pdpe, pdp));
9115                         KASSERT((va & PDPMASK) == 0,
9116                             ("PDPMASK bit set, va %#lx pdpe %#lx pdp %#lx", va,
9117                             (u_long)pdpe, pdp));
9118                         KASSERT(va + NBPDP <= sva + len,
9119                             ("unmap covers partial 1GB page, sva %#lx va %#lx "
9120                             "pdpe %#lx pdp %#lx len %#lx", sva, va,
9121                             (u_long)pdpe, pdp, len));
9122                         *pdpe = 0;
9123                         inc = NBPDP;
9124                         continue;
9125                 }
9126                 pde = pmap_pdpe_to_pde(pdpe, va);
9127                 pd = *pde;
9128                 KASSERT((pd & X86_PG_V) != 0,
9129                     ("invalid pd va %#lx pde %#lx pd %#lx", va,
9130                     (u_long)pde, pd));
9131                 if ((pd & X86_PG_PS) != 0) {
9132                         KASSERT((va & PDRMASK) == 0,
9133                             ("PDRMASK bit set, va %#lx pde %#lx pd %#lx", va,
9134                             (u_long)pde, pd));
9135                         KASSERT(va + NBPDR <= sva + len,
9136                             ("unmap covers partial 2MB page, sva %#lx va %#lx "
9137                             "pde %#lx pd %#lx len %#lx", sva, va, (u_long)pde,
9138                             pd, len));
9139                         pde_store(pde, 0);
9140                         inc = NBPDR;
9141                         m = PHYS_TO_VM_PAGE(DMAP_TO_PHYS((vm_offset_t)pde));
9142                         m->wire_count--;
9143                         if (m->wire_count == 0) {
9144                                 *pdpe = 0;
9145                                 SLIST_INSERT_HEAD(&spgf, m, plinks.s.ss);
9146                         }
9147                         continue;
9148                 }
9149                 pte = pmap_pde_to_pte(pde, va);
9150                 KASSERT((*pte & X86_PG_V) != 0,
9151                     ("invalid pte va %#lx pte %#lx pt %#lx", va,
9152                     (u_long)pte, *pte));
9153                 pte_clear(pte);
9154                 inc = PAGE_SIZE;
9155                 m = PHYS_TO_VM_PAGE(DMAP_TO_PHYS((vm_offset_t)pte));
9156                 m->wire_count--;
9157                 if (m->wire_count == 0) {
9158                         *pde = 0;
9159                         SLIST_INSERT_HEAD(&spgf, m, plinks.s.ss);
9160                         m = PHYS_TO_VM_PAGE(DMAP_TO_PHYS((vm_offset_t)pde));
9161                         m->wire_count--;
9162                         if (m->wire_count == 0) {
9163                                 *pdpe = 0;
9164                                 SLIST_INSERT_HEAD(&spgf, m, plinks.s.ss);
9165                         }
9166                 }
9167         }
9168         pmap_invalidate_range(kernel_pmap, sva, sva + len);
9169         PMAP_UNLOCK(kernel_pmap);
9170         vm_page_free_pages_toq(&spgf, false);
9171         vmem_free(large_vmem, sva, len);
9172 }
9173
9174 static void
9175 pmap_large_map_wb_fence_mfence(void)
9176 {
9177
9178         mfence();
9179 }
9180
9181 static void
9182 pmap_large_map_wb_fence_sfence(void)
9183 {
9184
9185         sfence();
9186 }
9187
9188 static void
9189 pmap_large_map_wb_fence_nop(void)
9190 {
9191 }
9192
9193 DEFINE_IFUNC(static, void, pmap_large_map_wb_fence, (void), static)
9194 {
9195
9196         if (cpu_vendor_id != CPU_VENDOR_INTEL)
9197                 return (pmap_large_map_wb_fence_mfence);
9198         else if ((cpu_stdext_feature & (CPUID_STDEXT_CLWB |
9199             CPUID_STDEXT_CLFLUSHOPT)) == 0)
9200                 return (pmap_large_map_wb_fence_sfence);
9201         else
9202                 /* clflush is strongly enough ordered */
9203                 return (pmap_large_map_wb_fence_nop);
9204 }
9205
9206 static void
9207 pmap_large_map_flush_range_clwb(vm_offset_t va, vm_size_t len)
9208 {
9209
9210         for (; len > 0; len -= cpu_clflush_line_size,
9211             va += cpu_clflush_line_size)
9212                 clwb(va);
9213 }
9214
9215 static void
9216 pmap_large_map_flush_range_clflushopt(vm_offset_t va, vm_size_t len)
9217 {
9218
9219         for (; len > 0; len -= cpu_clflush_line_size,
9220             va += cpu_clflush_line_size)
9221                 clflushopt(va);
9222 }
9223
9224 static void
9225 pmap_large_map_flush_range_clflush(vm_offset_t va, vm_size_t len)
9226 {
9227
9228         for (; len > 0; len -= cpu_clflush_line_size,
9229             va += cpu_clflush_line_size)
9230                 clflush(va);
9231 }
9232
9233 static void
9234 pmap_large_map_flush_range_nop(vm_offset_t sva __unused, vm_size_t len __unused)
9235 {
9236 }
9237
9238 DEFINE_IFUNC(static, void, pmap_large_map_flush_range, (vm_offset_t, vm_size_t),
9239     static)
9240 {
9241
9242         if ((cpu_stdext_feature & CPUID_STDEXT_CLWB) != 0)
9243                 return (pmap_large_map_flush_range_clwb);
9244         else if ((cpu_stdext_feature & CPUID_STDEXT_CLFLUSHOPT) != 0)
9245                 return (pmap_large_map_flush_range_clflushopt);
9246         else if ((cpu_feature & CPUID_CLFSH) != 0)
9247                 return (pmap_large_map_flush_range_clflush);
9248         else
9249                 return (pmap_large_map_flush_range_nop);
9250 }
9251
9252 static void
9253 pmap_large_map_wb_large(vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
9254 {
9255         volatile u_long *pe;
9256         u_long p;
9257         vm_offset_t va;
9258         vm_size_t inc;
9259         bool seen_other;
9260
9261         for (va = sva; va < eva; va += inc) {
9262                 inc = 0;
9263                 if ((amd_feature & AMDID_PAGE1GB) != 0) {
9264                         pe = (volatile u_long *)pmap_large_map_pdpe(va);
9265                         p = *pe;
9266                         if ((p & X86_PG_PS) != 0)
9267                                 inc = NBPDP;
9268                 }
9269                 if (inc == 0) {
9270                         pe = (volatile u_long *)pmap_large_map_pde(va);
9271                         p = *pe;
9272                         if ((p & X86_PG_PS) != 0)
9273                                 inc = NBPDR;
9274                 }
9275                 if (inc == 0) {
9276                         pe = (volatile u_long *)pmap_large_map_pte(va);
9277                         p = *pe;
9278                         inc = PAGE_SIZE;
9279                 }
9280                 seen_other = false;
9281                 for (;;) {
9282                         if ((p & X86_PG_AVAIL1) != 0) {
9283                                 /*
9284                                  * Spin-wait for the end of a parallel
9285                                  * write-back.
9286                                  */
9287                                 cpu_spinwait();
9288                                 p = *pe;
9289
9290                                 /*
9291                                  * If we saw other write-back
9292                                  * occuring, we cannot rely on PG_M to
9293                                  * indicate state of the cache.  The
9294                                  * PG_M bit is cleared before the
9295                                  * flush to avoid ignoring new writes,
9296                                  * and writes which are relevant for
9297                                  * us might happen after.
9298                                  */
9299                                 seen_other = true;
9300                                 continue;
9301                         }
9302
9303                         if ((p & X86_PG_M) != 0 || seen_other) {
9304                                 if (!atomic_fcmpset_long(pe, &p,
9305                                     (p & ~X86_PG_M) | X86_PG_AVAIL1))
9306                                         /*
9307                                          * If we saw PG_M without
9308                                          * PG_AVAIL1, and then on the
9309                                          * next attempt we do not
9310                                          * observe either PG_M or
9311                                          * PG_AVAIL1, the other
9312                                          * write-back started after us
9313                                          * and finished before us.  We
9314                                          * can rely on it doing our
9315                                          * work.
9316                                          */
9317                                         continue;
9318                                 pmap_large_map_flush_range(va, inc);
9319                                 atomic_clear_long(pe, X86_PG_AVAIL1);
9320                         }
9321                         break;
9322                 }
9323                 maybe_yield();
9324         }
9325 }
9326
9327 /*
9328  * Write-back cache lines for the given address range.
9329  *
9330  * Must be called only on the range or sub-range returned from
9331  * pmap_large_map().  Must not be called on the coalesced ranges.
9332  *
9333  * Does nothing on CPUs without CLWB, CLFLUSHOPT, or CLFLUSH
9334  * instructions support.
9335  */
9336 void
9337 pmap_large_map_wb(void *svap, vm_size_t len)
9338 {
9339         vm_offset_t eva, sva;
9340
9341         sva = (vm_offset_t)svap;
9342         eva = sva + len;
9343         pmap_large_map_wb_fence();
9344         if (sva >= DMAP_MIN_ADDRESS && eva <= DMAP_MIN_ADDRESS + dmaplimit) {
9345                 pmap_large_map_flush_range(sva, len);
9346         } else {
9347                 KASSERT(sva >= LARGEMAP_MIN_ADDRESS &&
9348                     eva <= LARGEMAP_MIN_ADDRESS + lm_ents * NBPML4,
9349                     ("pmap_large_map_wb: not largemap %#lx %#lx", sva, len));
9350                 pmap_large_map_wb_large(sva, eva);
9351         }
9352         pmap_large_map_wb_fence();
9353 }
9354
9355 static vm_page_t
9356 pmap_pti_alloc_page(void)
9357 {
9358         vm_page_t m;
9359
9360         VM_OBJECT_ASSERT_WLOCKED(pti_obj);
9361         m = vm_page_grab(pti_obj, pti_pg_idx++, VM_ALLOC_NOBUSY |
9362             VM_ALLOC_WIRED | VM_ALLOC_ZERO);
9363         return (m);
9364 }
9365
9366 static bool
9367 pmap_pti_free_page(vm_page_t m)
9368 {
9369
9370         KASSERT(m->wire_count > 0, ("page %p not wired", m));
9371         if (!vm_page_unwire_noq(m))
9372                 return (false);
9373         vm_page_free_zero(m);
9374         return (true);
9375 }
9376
9377 static void
9378 pmap_pti_init(void)
9379 {
9380         vm_page_t pml4_pg;
9381         pdp_entry_t *pdpe;
9382         vm_offset_t va;
9383         int i;
9384
9385         if (!pti)
9386                 return;
9387         pti_obj = vm_pager_allocate(OBJT_PHYS, NULL, 0, VM_PROT_ALL, 0, NULL);
9388         VM_OBJECT_WLOCK(pti_obj);
9389         pml4_pg = pmap_pti_alloc_page();
9390         pti_pml4 = (pml4_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(pml4_pg));
9391         for (va = VM_MIN_KERNEL_ADDRESS; va <= VM_MAX_KERNEL_ADDRESS &&
9392             va >= VM_MIN_KERNEL_ADDRESS && va > NBPML4; va += NBPML4) {
9393                 pdpe = pmap_pti_pdpe(va);
9394                 pmap_pti_wire_pte(pdpe);
9395         }
9396         pmap_pti_add_kva_locked((vm_offset_t)&__pcpu[0],
9397             (vm_offset_t)&__pcpu[0] + sizeof(__pcpu[0]) * MAXCPU, false);
9398         pmap_pti_add_kva_locked((vm_offset_t)gdt, (vm_offset_t)gdt +
9399             sizeof(struct user_segment_descriptor) * NGDT * MAXCPU, false);
9400         pmap_pti_add_kva_locked((vm_offset_t)idt, (vm_offset_t)idt +
9401             sizeof(struct gate_descriptor) * NIDT, false);
9402         pmap_pti_add_kva_locked((vm_offset_t)common_tss,
9403             (vm_offset_t)common_tss + sizeof(struct amd64tss) * MAXCPU, false);
9404         CPU_FOREACH(i) {
9405                 /* Doublefault stack IST 1 */
9406                 va = common_tss[i].tss_ist1;
9407                 pmap_pti_add_kva_locked(va - PAGE_SIZE, va, false);
9408                 /* NMI stack IST 2 */
9409                 va = common_tss[i].tss_ist2 + sizeof(struct nmi_pcpu);
9410                 pmap_pti_add_kva_locked(va - PAGE_SIZE, va, false);
9411                 /* MC# stack IST 3 */
9412                 va = common_tss[i].tss_ist3 + sizeof(struct nmi_pcpu);
9413                 pmap_pti_add_kva_locked(va - PAGE_SIZE, va, false);
9414                 /* DB# stack IST 4 */
9415                 va = common_tss[i].tss_ist4 + sizeof(struct nmi_pcpu);
9416                 pmap_pti_add_kva_locked(va - PAGE_SIZE, va, false);
9417         }
9418         pmap_pti_add_kva_locked((vm_offset_t)kernphys + KERNBASE,
9419             (vm_offset_t)etext, true);
9420         pti_finalized = true;
9421         VM_OBJECT_WUNLOCK(pti_obj);
9422 }
9423 SYSINIT(pmap_pti, SI_SUB_CPU + 1, SI_ORDER_ANY, pmap_pti_init, NULL);
9424
9425 static pdp_entry_t *
9426 pmap_pti_pdpe(vm_offset_t va)
9427 {
9428         pml4_entry_t *pml4e;
9429         pdp_entry_t *pdpe;
9430         vm_page_t m;
9431         vm_pindex_t pml4_idx;
9432         vm_paddr_t mphys;
9433
9434         VM_OBJECT_ASSERT_WLOCKED(pti_obj);
9435
9436         pml4_idx = pmap_pml4e_index(va);
9437         pml4e = &pti_pml4[pml4_idx];
9438         m = NULL;
9439         if (*pml4e == 0) {
9440                 if (pti_finalized)
9441                         panic("pml4 alloc after finalization\n");
9442                 m = pmap_pti_alloc_page();
9443                 if (*pml4e != 0) {
9444                         pmap_pti_free_page(m);
9445                         mphys = *pml4e & ~PAGE_MASK;
9446                 } else {
9447                         mphys = VM_PAGE_TO_PHYS(m);
9448                         *pml4e = mphys | X86_PG_RW | X86_PG_V;
9449                 }
9450         } else {
9451                 mphys = *pml4e & ~PAGE_MASK;
9452         }
9453         pdpe = (pdp_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(mphys) + pmap_pdpe_index(va);
9454         return (pdpe);
9455 }
9456
9457 static void
9458 pmap_pti_wire_pte(void *pte)
9459 {
9460         vm_page_t m;
9461
9462         VM_OBJECT_ASSERT_WLOCKED(pti_obj);
9463         m = PHYS_TO_VM_PAGE(DMAP_TO_PHYS((uintptr_t)pte));
9464         m->wire_count++;
9465 }
9466
9467 static void
9468 pmap_pti_unwire_pde(void *pde, bool only_ref)
9469 {
9470         vm_page_t m;
9471
9472         VM_OBJECT_ASSERT_WLOCKED(pti_obj);
9473         m = PHYS_TO_VM_PAGE(DMAP_TO_PHYS((uintptr_t)pde));
9474         MPASS(m->wire_count > 0);
9475         MPASS(only_ref || m->wire_count > 1);
9476         pmap_pti_free_page(m);
9477 }
9478
9479 static void
9480 pmap_pti_unwire_pte(void *pte, vm_offset_t va)
9481 {
9482         vm_page_t m;
9483         pd_entry_t *pde;
9484
9485         VM_OBJECT_ASSERT_WLOCKED(pti_obj);
9486         m = PHYS_TO_VM_PAGE(DMAP_TO_PHYS((uintptr_t)pte));
9487         MPASS(m->wire_count > 0);
9488         if (pmap_pti_free_page(m)) {
9489                 pde = pmap_pti_pde(va);
9490                 MPASS((*pde & (X86_PG_PS | X86_PG_V)) == X86_PG_V);
9491                 *pde = 0;
9492                 pmap_pti_unwire_pde(pde, false);
9493         }
9494 }
9495
9496 static pd_entry_t *
9497 pmap_pti_pde(vm_offset_t va)
9498 {
9499         pdp_entry_t *pdpe;
9500         pd_entry_t *pde;
9501         vm_page_t m;
9502         vm_pindex_t pd_idx;
9503         vm_paddr_t mphys;
9504
9505         VM_OBJECT_ASSERT_WLOCKED(pti_obj);
9506
9507         pdpe = pmap_pti_pdpe(va);
9508         if (*pdpe == 0) {
9509                 m = pmap_pti_alloc_page();
9510                 if (*pdpe != 0) {
9511                         pmap_pti_free_page(m);
9512                         MPASS((*pdpe & X86_PG_PS) == 0);
9513                         mphys = *pdpe & ~PAGE_MASK;
9514                 } else {
9515                         mphys =  VM_PAGE_TO_PHYS(m);
9516                         *pdpe = mphys | X86_PG_RW | X86_PG_V;
9517                 }
9518         } else {
9519                 MPASS((*pdpe & X86_PG_PS) == 0);
9520                 mphys = *pdpe & ~PAGE_MASK;
9521         }
9522
9523         pde = (pd_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(mphys);
9524         pd_idx = pmap_pde_index(va);
9525         pde += pd_idx;
9526         return (pde);
9527 }
9528
9529 static pt_entry_t *
9530 pmap_pti_pte(vm_offset_t va, bool *unwire_pde)
9531 {
9532         pd_entry_t *pde;
9533         pt_entry_t *pte;
9534         vm_page_t m;
9535         vm_paddr_t mphys;
9536
9537         VM_OBJECT_ASSERT_WLOCKED(pti_obj);
9538
9539         pde = pmap_pti_pde(va);
9540         if (unwire_pde != NULL) {
9541                 *unwire_pde = true;
9542                 pmap_pti_wire_pte(pde);
9543         }
9544         if (*pde == 0) {
9545                 m = pmap_pti_alloc_page();
9546                 if (*pde != 0) {
9547                         pmap_pti_free_page(m);
9548                         MPASS((*pde & X86_PG_PS) == 0);
9549                         mphys = *pde & ~(PAGE_MASK | pg_nx);
9550                 } else {
9551                         mphys = VM_PAGE_TO_PHYS(m);
9552                         *pde = mphys | X86_PG_RW | X86_PG_V;
9553                         if (unwire_pde != NULL)
9554                                 *unwire_pde = false;
9555                 }
9556         } else {
9557                 MPASS((*pde & X86_PG_PS) == 0);
9558                 mphys = *pde & ~(PAGE_MASK | pg_nx);
9559         }
9560
9561         pte = (pt_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(mphys);
9562         pte += pmap_pte_index(va);
9563
9564         return (pte);
9565 }
9566
9567 static void
9568 pmap_pti_add_kva_locked(vm_offset_t sva, vm_offset_t eva, bool exec)
9569 {
9570         vm_paddr_t pa;
9571         pd_entry_t *pde;
9572         pt_entry_t *pte, ptev;
9573         bool unwire_pde;
9574
9575         VM_OBJECT_ASSERT_WLOCKED(pti_obj);
9576
9577         sva = trunc_page(sva);
9578         MPASS(sva > VM_MAXUSER_ADDRESS);
9579         eva = round_page(eva);
9580         MPASS(sva < eva);
9581         for (; sva < eva; sva += PAGE_SIZE) {
9582                 pte = pmap_pti_pte(sva, &unwire_pde);
9583                 pa = pmap_kextract(sva);
9584                 ptev = pa | X86_PG_RW | X86_PG_V | X86_PG_A | X86_PG_G |
9585                     (exec ? 0 : pg_nx) | pmap_cache_bits(kernel_pmap,
9586                     VM_MEMATTR_DEFAULT, FALSE);
9587                 if (*pte == 0) {
9588                         pte_store(pte, ptev);
9589                         pmap_pti_wire_pte(pte);
9590                 } else {
9591                         KASSERT(!pti_finalized,
9592                             ("pti overlap after fin %#lx %#lx %#lx",
9593                             sva, *pte, ptev));
9594                         KASSERT(*pte == ptev,
9595                             ("pti non-identical pte after fin %#lx %#lx %#lx",
9596                             sva, *pte, ptev));
9597                 }
9598                 if (unwire_pde) {
9599                         pde = pmap_pti_pde(sva);
9600                         pmap_pti_unwire_pde(pde, true);
9601                 }
9602         }
9603 }
9604
9605 void
9606 pmap_pti_add_kva(vm_offset_t sva, vm_offset_t eva, bool exec)
9607 {
9608
9609         if (!pti)
9610                 return;
9611         VM_OBJECT_WLOCK(pti_obj);
9612         pmap_pti_add_kva_locked(sva, eva, exec);
9613         VM_OBJECT_WUNLOCK(pti_obj);
9614 }
9615
9616 void
9617 pmap_pti_remove_kva(vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
9618 {
9619         pt_entry_t *pte;
9620         vm_offset_t va;
9621
9622         if (!pti)
9623                 return;
9624         sva = rounddown2(sva, PAGE_SIZE);
9625         MPASS(sva > VM_MAXUSER_ADDRESS);
9626         eva = roundup2(eva, PAGE_SIZE);
9627         MPASS(sva < eva);
9628         VM_OBJECT_WLOCK(pti_obj);
9629         for (va = sva; va < eva; va += PAGE_SIZE) {
9630                 pte = pmap_pti_pte(va, NULL);
9631                 KASSERT((*pte & X86_PG_V) != 0,
9632                     ("invalid pte va %#lx pte %#lx pt %#lx", va,
9633                     (u_long)pte, *pte));
9634                 pte_clear(pte);
9635                 pmap_pti_unwire_pte(pte, va);
9636         }
9637         pmap_invalidate_range(kernel_pmap, sva, eva);
9638         VM_OBJECT_WUNLOCK(pti_obj);
9639 }
9640
9641 static void *
9642 pkru_dup_range(void *ctx __unused, void *data)
9643 {
9644         struct pmap_pkru_range *node, *new_node;
9645
9646         new_node = uma_zalloc(pmap_pkru_ranges_zone, M_NOWAIT);
9647         if (new_node == NULL)
9648                 return (NULL);
9649         node = data;
9650         memcpy(new_node, node, sizeof(*node));
9651         return (new_node);
9652 }
9653
9654 static void
9655 pkru_free_range(void *ctx __unused, void *node)
9656 {
9657
9658         uma_zfree(pmap_pkru_ranges_zone, node);
9659 }
9660
9661 static int
9662 pmap_pkru_assign(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva, u_int keyidx,
9663     int flags)
9664 {
9665         struct pmap_pkru_range *ppr;
9666         int error;
9667
9668         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
9669         MPASS(pmap->pm_type == PT_X86);
9670         MPASS((cpu_stdext_feature2 & CPUID_STDEXT2_PKU) != 0);
9671         if ((flags & AMD64_PKRU_EXCL) != 0 &&
9672             !rangeset_check_empty(&pmap->pm_pkru, sva, eva))
9673                 return (EBUSY);
9674         ppr = uma_zalloc(pmap_pkru_ranges_zone, M_NOWAIT);
9675         if (ppr == NULL)
9676                 return (ENOMEM);
9677         ppr->pkru_keyidx = keyidx;
9678         ppr->pkru_flags = flags & AMD64_PKRU_PERSIST;
9679         error = rangeset_insert(&pmap->pm_pkru, sva, eva, ppr);
9680         if (error != 0)
9681                 uma_zfree(pmap_pkru_ranges_zone, ppr);
9682         return (error);
9683 }
9684
9685 static int
9686 pmap_pkru_deassign(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
9687 {
9688
9689         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
9690         MPASS(pmap->pm_type == PT_X86);
9691         MPASS((cpu_stdext_feature2 & CPUID_STDEXT2_PKU) != 0);
9692         return (rangeset_remove(&pmap->pm_pkru, sva, eva));
9693 }
9694
9695 static void
9696 pmap_pkru_deassign_all(pmap_t pmap)
9697 {
9698
9699         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
9700         if (pmap->pm_type == PT_X86 &&
9701             (cpu_stdext_feature2 & CPUID_STDEXT2_PKU) != 0)
9702                 rangeset_remove_all(&pmap->pm_pkru);
9703 }
9704
9705 static bool
9706 pmap_pkru_same(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
9707 {
9708         struct pmap_pkru_range *ppr, *prev_ppr;
9709         vm_offset_t va;
9710
9711         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
9712         if (pmap->pm_type != PT_X86 ||
9713             (cpu_stdext_feature2 & CPUID_STDEXT2_PKU) == 0 ||
9714             sva >= VM_MAXUSER_ADDRESS)
9715                 return (true);
9716         MPASS(eva <= VM_MAXUSER_ADDRESS);
9717         for (va = sva, prev_ppr = NULL; va < eva;) {
9718                 ppr = rangeset_lookup(&pmap->pm_pkru, va);
9719                 if ((ppr == NULL) ^ (prev_ppr == NULL))
9720                         return (false);
9721                 if (ppr == NULL) {
9722                         va += PAGE_SIZE;
9723                         continue;
9724                 }
9725                 if (prev_ppr->pkru_keyidx != ppr->pkru_keyidx)
9726                         return (false);
9727                 va = ppr->pkru_rs_el.re_end;
9728         }
9729         return (true);
9730 }
9731
9732 static pt_entry_t
9733 pmap_pkru_get(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
9734 {
9735         struct pmap_pkru_range *ppr;
9736
9737         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
9738         if (pmap->pm_type != PT_X86 ||
9739             (cpu_stdext_feature2 & CPUID_STDEXT2_PKU) == 0 ||
9740             va >= VM_MAXUSER_ADDRESS)
9741                 return (0);
9742         ppr = rangeset_lookup(&pmap->pm_pkru, va);
9743         if (ppr != NULL)
9744                 return (X86_PG_PKU(ppr->pkru_keyidx));
9745         return (0);
9746 }
9747
9748 static bool
9749 pred_pkru_on_remove(void *ctx __unused, void *r)
9750 {
9751         struct pmap_pkru_range *ppr;
9752
9753         ppr = r;
9754         return ((ppr->pkru_flags & AMD64_PKRU_PERSIST) == 0);
9755 }
9756
9757 static void
9758 pmap_pkru_on_remove(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
9759 {
9760
9761         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
9762         if (pmap->pm_type == PT_X86 &&
9763             (cpu_stdext_feature2 & CPUID_STDEXT2_PKU) != 0) {
9764                 rangeset_remove_pred(&pmap->pm_pkru, sva, eva,
9765                     pred_pkru_on_remove);
9766         }
9767 }
9768
9769 static int
9770 pmap_pkru_copy(pmap_t dst_pmap, pmap_t src_pmap)
9771 {
9772
9773         PMAP_LOCK_ASSERT(dst_pmap, MA_OWNED);
9774         PMAP_LOCK_ASSERT(src_pmap, MA_OWNED);
9775         MPASS(dst_pmap->pm_type == PT_X86);
9776         MPASS(src_pmap->pm_type == PT_X86);
9777         MPASS((cpu_stdext_feature2 & CPUID_STDEXT2_PKU) != 0);
9778         if (src_pmap->pm_pkru.rs_data_ctx == NULL)
9779                 return (0);
9780         return (rangeset_copy(&dst_pmap->pm_pkru, &src_pmap->pm_pkru));
9781 }
9782
9783 static void
9784 pmap_pkru_update_range(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva,
9785     u_int keyidx)
9786 {
9787         pml4_entry_t *pml4e;
9788         pdp_entry_t *pdpe;
9789         pd_entry_t newpde, ptpaddr, *pde;
9790         pt_entry_t newpte, *ptep, pte;
9791         vm_offset_t va, va_next;
9792         bool changed;
9793
9794         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
9795         MPASS(pmap->pm_type == PT_X86);
9796         MPASS(keyidx <= PMAP_MAX_PKRU_IDX);
9797
9798         for (changed = false, va = sva; va < eva; va = va_next) {
9799                 pml4e = pmap_pml4e(pmap, va);
9800                 if ((*pml4e & X86_PG_V) == 0) {
9801                         va_next = (va + NBPML4) & ~PML4MASK;
9802                         if (va_next < va)
9803                                 va_next = eva;
9804                         continue;
9805                 }
9806
9807                 pdpe = pmap_pml4e_to_pdpe(pml4e, va);
9808                 if ((*pdpe & X86_PG_V) == 0) {
9809                         va_next = (va + NBPDP) & ~PDPMASK;
9810                         if (va_next < va)
9811                                 va_next = eva;
9812                         continue;
9813                 }
9814
9815                 va_next = (va + NBPDR) & ~PDRMASK;
9816                 if (va_next < va)
9817                         va_next = eva;
9818
9819                 pde = pmap_pdpe_to_pde(pdpe, va);
9820                 ptpaddr = *pde;
9821                 if (ptpaddr == 0)
9822                         continue;
9823
9824                 MPASS((ptpaddr & X86_PG_V) != 0);
9825                 if ((ptpaddr & PG_PS) != 0) {
9826                         if (va + NBPDR == va_next && eva >= va_next) {
9827                                 newpde = (ptpaddr & ~X86_PG_PKU_MASK) |
9828                                     X86_PG_PKU(keyidx);
9829                                 if (newpde != ptpaddr) {
9830                                         *pde = newpde;
9831                                         changed = true;
9832                                 }
9833                                 continue;
9834                         } else if (!pmap_demote_pde(pmap, pde, va)) {
9835                                 continue;
9836                         }
9837                 }
9838
9839                 if (va_next > eva)
9840                         va_next = eva;
9841
9842                 for (ptep = pmap_pde_to_pte(pde, va); va != va_next;
9843                     ptep++, va += PAGE_SIZE) {
9844                         pte = *ptep;
9845                         if ((pte & X86_PG_V) == 0)
9846                                 continue;
9847                         newpte = (pte & ~X86_PG_PKU_MASK) | X86_PG_PKU(keyidx);
9848                         if (newpte != pte) {
9849                                 *ptep = newpte;
9850                                 changed = true;
9851                         }
9852                 }
9853         }
9854         if (changed)
9855                 pmap_invalidate_range(pmap, sva, eva);
9856 }
9857
9858 static int
9859 pmap_pkru_check_uargs(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva,
9860     u_int keyidx, int flags)
9861 {
9862
9863         if (pmap->pm_type != PT_X86 || keyidx > PMAP_MAX_PKRU_IDX ||
9864             (flags & ~(AMD64_PKRU_PERSIST | AMD64_PKRU_EXCL)) != 0)
9865                 return (EINVAL);
9866         if (eva <= sva || eva > VM_MAXUSER_ADDRESS)
9867                 return (EFAULT);
9868         if ((cpu_stdext_feature2 & CPUID_STDEXT2_PKU) == 0)
9869                 return (ENOTSUP);
9870         return (0);
9871 }
9872
9873 int
9874 pmap_pkru_set(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva, u_int keyidx,
9875     int flags)
9876 {
9877         int error;
9878
9879         sva = trunc_page(sva);
9880         eva = round_page(eva);
9881         error = pmap_pkru_check_uargs(pmap, sva, eva, keyidx, flags);
9882         if (error != 0)
9883                 return (error);
9884         for (;;) {
9885                 PMAP_LOCK(pmap);
9886                 error = pmap_pkru_assign(pmap, sva, eva, keyidx, flags);
9887                 if (error == 0)
9888                         pmap_pkru_update_range(pmap, sva, eva, keyidx);
9889                 PMAP_UNLOCK(pmap);
9890                 if (error != ENOMEM)
9891                         break;
9892                 vm_wait(NULL);
9893         }
9894         return (error);
9895 }
9896
9897 int
9898 pmap_pkru_clear(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
9899 {
9900         int error;
9901
9902         sva = trunc_page(sva);
9903         eva = round_page(eva);
9904         error = pmap_pkru_check_uargs(pmap, sva, eva, 0, 0);
9905         if (error != 0)
9906                 return (error);
9907         for (;;) {
9908                 PMAP_LOCK(pmap);
9909                 error = pmap_pkru_deassign(pmap, sva, eva);
9910                 if (error == 0)
9911                         pmap_pkru_update_range(pmap, sva, eva, 0);
9912                 PMAP_UNLOCK(pmap);
9913                 if (error != ENOMEM)
9914                         break;
9915                 vm_wait(NULL);
9916         }
9917         return (error);
9918 }
9919
9920 #ifdef DDB
9921 DB_SHOW_COMMAND(pte, pmap_print_pte)
9922 {
9923         pmap_t pmap;
9924         pml4_entry_t *pml4;
9925         pdp_entry_t *pdp;
9926         pd_entry_t *pde;
9927         pt_entry_t *pte, PG_V;
9928         vm_offset_t va;
9929
9930         if (!have_addr) {
9931                 db_printf("show pte addr\n");
9932                 return;
9933         }
9934         va = (vm_offset_t)addr;
9935
9936         if (kdb_thread != NULL)
9937                 pmap = vmspace_pmap(kdb_thread->td_proc->p_vmspace);
9938         else
9939                 pmap = PCPU_GET(curpmap);
9940
9941         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
9942         pml4 = pmap_pml4e(pmap, va);
9943         db_printf("VA %#016lx pml4e %#016lx", va, *pml4);
9944         if ((*pml4 & PG_V) == 0) {
9945                 db_printf("\n");
9946                 return;
9947         }
9948         pdp = pmap_pml4e_to_pdpe(pml4, va);
9949         db_printf(" pdpe %#016lx", *pdp);
9950         if ((*pdp & PG_V) == 0 || (*pdp & PG_PS) != 0) {
9951                 db_printf("\n");
9952                 return;
9953         }
9954         pde = pmap_pdpe_to_pde(pdp, va);
9955         db_printf(" pde %#016lx", *pde);
9956         if ((*pde & PG_V) == 0 || (*pde & PG_PS) != 0) {
9957                 db_printf("\n");
9958                 return;
9959         }
9960         pte = pmap_pde_to_pte(pde, va);
9961         db_printf(" pte %#016lx\n", *pte);
9962 }
9963
9964 DB_SHOW_COMMAND(phys2dmap, pmap_phys2dmap)
9965 {
9966         vm_paddr_t a;
9967
9968         if (have_addr) {
9969                 a = (vm_paddr_t)addr;
9970                 db_printf("0x%jx\n", (uintmax_t)PHYS_TO_DMAP(a));
9971         } else {
9972                 db_printf("show phys2dmap addr\n");
9973         }
9974 }
9975 #endif