]> CyberLeo.Net >> Repos - FreeBSD/FreeBSD.git/blob - sys/amd64/amd64/pmap.c
MFC r338459:
[FreeBSD/FreeBSD.git] / sys / amd64 / amd64 / pmap.c
1 /*-
2  * Copyright (c) 1991 Regents of the University of California.
3  * All rights reserved.
4  * Copyright (c) 1994 John S. Dyson
5  * All rights reserved.
6  * Copyright (c) 1994 David Greenman
7  * All rights reserved.
8  * Copyright (c) 2003 Peter Wemm
9  * All rights reserved.
10  * Copyright (c) 2005-2010 Alan L. Cox <alc@cs.rice.edu>
11  * All rights reserved.
12  * Copyright (c) 2014-2018 The FreeBSD Foundation
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  * Portions of this software were developed by
20  * Konstantin Belousov <kib@FreeBSD.org> under sponsorship from
21  * the FreeBSD Foundation.
22  *
23  * Redistribution and use in source and binary forms, with or without
24  * modification, are permitted provided that the following conditions
25  * are met:
26  * 1. Redistributions of source code must retain the above copyright
27  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer.
28  * 2. Redistributions in binary form must reproduce the above copyright
29  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer in the
30  *    documentation and/or other materials provided with the distribution.
31  * 3. All advertising materials mentioning features or use of this software
32  *    must display the following acknowledgement:
33  *      This product includes software developed by the University of
34  *      California, Berkeley and its contributors.
35  * 4. Neither the name of the University nor the names of its contributors
36  *    may be used to endorse or promote products derived from this software
37  *    without specific prior written permission.
38  *
39  * THIS SOFTWARE IS PROVIDED BY THE REGENTS AND CONTRIBUTORS ``AS IS'' AND
40  * ANY EXPRESS OR IMPLIED WARRANTIES, INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, THE
41  * IMPLIED WARRANTIES OF MERCHANTABILITY AND FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE
42  * ARE DISCLAIMED.  IN NO EVENT SHALL THE REGENTS OR CONTRIBUTORS BE LIABLE
43  * FOR ANY DIRECT, INDIRECT, INCIDENTAL, SPECIAL, EXEMPLARY, OR CONSEQUENTIAL
44  * DAMAGES (INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, PROCUREMENT OF SUBSTITUTE GOODS
45  * OR SERVICES; LOSS OF USE, DATA, OR PROFITS; OR BUSINESS INTERRUPTION)
46  * HOWEVER CAUSED AND ON ANY THEORY OF LIABILITY, WHETHER IN CONTRACT, STRICT
47  * LIABILITY, OR TORT (INCLUDING NEGLIGENCE OR OTHERWISE) ARISING IN ANY WAY
48  * OUT OF THE USE OF THIS SOFTWARE, EVEN IF ADVISED OF THE POSSIBILITY OF
49  * SUCH DAMAGE.
50  *
51  *      from:   @(#)pmap.c      7.7 (Berkeley)  5/12/91
52  */
53 /*-
54  * Copyright (c) 2003 Networks Associates Technology, Inc.
55  * All rights reserved.
56  *
57  * This software was developed for the FreeBSD Project by Jake Burkholder,
58  * Safeport Network Services, and Network Associates Laboratories, the
59  * Security Research Division of Network Associates, Inc. under
60  * DARPA/SPAWAR contract N66001-01-C-8035 ("CBOSS"), as part of the DARPA
61  * CHATS research program.
62  *
63  * Redistribution and use in source and binary forms, with or without
64  * modification, are permitted provided that the following conditions
65  * are met:
66  * 1. Redistributions of source code must retain the above copyright
67  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer.
68  * 2. Redistributions in binary form must reproduce the above copyright
69  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer in the
70  *    documentation and/or other materials provided with the distribution.
71  *
72  * THIS SOFTWARE IS PROVIDED BY THE AUTHOR AND CONTRIBUTORS ``AS IS'' AND
73  * ANY EXPRESS OR IMPLIED WARRANTIES, INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, THE
74  * IMPLIED WARRANTIES OF MERCHANTABILITY AND FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE
75  * ARE DISCLAIMED.  IN NO EVENT SHALL THE AUTHOR OR CONTRIBUTORS BE LIABLE
76  * FOR ANY DIRECT, INDIRECT, INCIDENTAL, SPECIAL, EXEMPLARY, OR CONSEQUENTIAL
77  * DAMAGES (INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, PROCUREMENT OF SUBSTITUTE GOODS
78  * OR SERVICES; LOSS OF USE, DATA, OR PROFITS; OR BUSINESS INTERRUPTION)
79  * HOWEVER CAUSED AND ON ANY THEORY OF LIABILITY, WHETHER IN CONTRACT, STRICT
80  * LIABILITY, OR TORT (INCLUDING NEGLIGENCE OR OTHERWISE) ARISING IN ANY WAY
81  * OUT OF THE USE OF THIS SOFTWARE, EVEN IF ADVISED OF THE POSSIBILITY OF
82  * SUCH DAMAGE.
83  */
84
85 #define AMD64_NPT_AWARE
86
87 #include <sys/cdefs.h>
88 __FBSDID("$FreeBSD$");
89
90 /*
91  *      Manages physical address maps.
92  *
93  *      Since the information managed by this module is
94  *      also stored by the logical address mapping module,
95  *      this module may throw away valid virtual-to-physical
96  *      mappings at almost any time.  However, invalidations
97  *      of virtual-to-physical mappings must be done as
98  *      requested.
99  *
100  *      In order to cope with hardware architectures which
101  *      make virtual-to-physical map invalidates expensive,
102  *      this module may delay invalidate or reduced protection
103  *      operations until such time as they are actually
104  *      necessary.  This module is given full information as
105  *      to which processors are currently using which maps,
106  *      and to when physical maps must be made correct.
107  */
108
109 #include "opt_pmap.h"
110 #include "opt_vm.h"
111
112 #include <sys/param.h>
113 #include <sys/bitstring.h>
114 #include <sys/bus.h>
115 #include <sys/systm.h>
116 #include <sys/kernel.h>
117 #include <sys/ktr.h>
118 #include <sys/lock.h>
119 #include <sys/malloc.h>
120 #include <sys/mman.h>
121 #include <sys/mutex.h>
122 #include <sys/proc.h>
123 #include <sys/rwlock.h>
124 #include <sys/sx.h>
125 #include <sys/turnstile.h>
126 #include <sys/vmem.h>
127 #include <sys/vmmeter.h>
128 #include <sys/sched.h>
129 #include <sys/sysctl.h>
130 #include <sys/smp.h>
131
132 #include <vm/vm.h>
133 #include <vm/vm_param.h>
134 #include <vm/vm_kern.h>
135 #include <vm/vm_page.h>
136 #include <vm/vm_map.h>
137 #include <vm/vm_object.h>
138 #include <vm/vm_extern.h>
139 #include <vm/vm_pageout.h>
140 #include <vm/vm_pager.h>
141 #include <vm/vm_phys.h>
142 #include <vm/vm_radix.h>
143 #include <vm/vm_reserv.h>
144 #include <vm/uma.h>
145
146 #include <machine/intr_machdep.h>
147 #include <x86/apicvar.h>
148 #include <machine/cpu.h>
149 #include <machine/cputypes.h>
150 #include <machine/md_var.h>
151 #include <machine/pcb.h>
152 #include <machine/specialreg.h>
153 #ifdef SMP
154 #include <machine/smp.h>
155 #endif
156 #include <machine/tss.h>
157
158 static __inline boolean_t
159 pmap_type_guest(pmap_t pmap)
160 {
161
162         return ((pmap->pm_type == PT_EPT) || (pmap->pm_type == PT_RVI));
163 }
164
165 static __inline boolean_t
166 pmap_emulate_ad_bits(pmap_t pmap)
167 {
168
169         return ((pmap->pm_flags & PMAP_EMULATE_AD_BITS) != 0);
170 }
171
172 static __inline pt_entry_t
173 pmap_valid_bit(pmap_t pmap)
174 {
175         pt_entry_t mask;
176
177         switch (pmap->pm_type) {
178         case PT_X86:
179         case PT_RVI:
180                 mask = X86_PG_V;
181                 break;
182         case PT_EPT:
183                 if (pmap_emulate_ad_bits(pmap))
184                         mask = EPT_PG_EMUL_V;
185                 else
186                         mask = EPT_PG_READ;
187                 break;
188         default:
189                 panic("pmap_valid_bit: invalid pm_type %d", pmap->pm_type);
190         }
191
192         return (mask);
193 }
194
195 static __inline pt_entry_t
196 pmap_rw_bit(pmap_t pmap)
197 {
198         pt_entry_t mask;
199
200         switch (pmap->pm_type) {
201         case PT_X86:
202         case PT_RVI:
203                 mask = X86_PG_RW;
204                 break;
205         case PT_EPT:
206                 if (pmap_emulate_ad_bits(pmap))
207                         mask = EPT_PG_EMUL_RW;
208                 else
209                         mask = EPT_PG_WRITE;
210                 break;
211         default:
212                 panic("pmap_rw_bit: invalid pm_type %d", pmap->pm_type);
213         }
214
215         return (mask);
216 }
217
218 static pt_entry_t pg_g;
219
220 static __inline pt_entry_t
221 pmap_global_bit(pmap_t pmap)
222 {
223         pt_entry_t mask;
224
225         switch (pmap->pm_type) {
226         case PT_X86:
227                 mask = pg_g;
228                 break;
229         case PT_RVI:
230         case PT_EPT:
231                 mask = 0;
232                 break;
233         default:
234                 panic("pmap_global_bit: invalid pm_type %d", pmap->pm_type);
235         }
236
237         return (mask);
238 }
239
240 static __inline pt_entry_t
241 pmap_accessed_bit(pmap_t pmap)
242 {
243         pt_entry_t mask;
244
245         switch (pmap->pm_type) {
246         case PT_X86:
247         case PT_RVI:
248                 mask = X86_PG_A;
249                 break;
250         case PT_EPT:
251                 if (pmap_emulate_ad_bits(pmap))
252                         mask = EPT_PG_READ;
253                 else
254                         mask = EPT_PG_A;
255                 break;
256         default:
257                 panic("pmap_accessed_bit: invalid pm_type %d", pmap->pm_type);
258         }
259
260         return (mask);
261 }
262
263 static __inline pt_entry_t
264 pmap_modified_bit(pmap_t pmap)
265 {
266         pt_entry_t mask;
267
268         switch (pmap->pm_type) {
269         case PT_X86:
270         case PT_RVI:
271                 mask = X86_PG_M;
272                 break;
273         case PT_EPT:
274                 if (pmap_emulate_ad_bits(pmap))
275                         mask = EPT_PG_WRITE;
276                 else
277                         mask = EPT_PG_M;
278                 break;
279         default:
280                 panic("pmap_modified_bit: invalid pm_type %d", pmap->pm_type);
281         }
282
283         return (mask);
284 }
285
286 extern  struct pcpu __pcpu[];
287
288 #if !defined(DIAGNOSTIC)
289 #ifdef __GNUC_GNU_INLINE__
290 #define PMAP_INLINE     __attribute__((__gnu_inline__)) inline
291 #else
292 #define PMAP_INLINE     extern inline
293 #endif
294 #else
295 #define PMAP_INLINE
296 #endif
297
298 #ifdef PV_STATS
299 #define PV_STAT(x)      do { x ; } while (0)
300 #else
301 #define PV_STAT(x)      do { } while (0)
302 #endif
303
304 #define pa_index(pa)    ((pa) >> PDRSHIFT)
305 #define pa_to_pvh(pa)   (&pv_table[pa_index(pa)])
306
307 #define NPV_LIST_LOCKS  MAXCPU
308
309 #define PHYS_TO_PV_LIST_LOCK(pa)        \
310                         (&pv_list_locks[pa_index(pa) % NPV_LIST_LOCKS])
311
312 #define CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_PHYS(lockp, pa)  do {    \
313         struct rwlock **_lockp = (lockp);               \
314         struct rwlock *_new_lock;                       \
315                                                         \
316         _new_lock = PHYS_TO_PV_LIST_LOCK(pa);           \
317         if (_new_lock != *_lockp) {                     \
318                 if (*_lockp != NULL)                    \
319                         rw_wunlock(*_lockp);            \
320                 *_lockp = _new_lock;                    \
321                 rw_wlock(*_lockp);                      \
322         }                                               \
323 } while (0)
324
325 #define CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_VM_PAGE(lockp, m)        \
326                         CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_PHYS(lockp, VM_PAGE_TO_PHYS(m))
327
328 #define RELEASE_PV_LIST_LOCK(lockp)             do {    \
329         struct rwlock **_lockp = (lockp);               \
330                                                         \
331         if (*_lockp != NULL) {                          \
332                 rw_wunlock(*_lockp);                    \
333                 *_lockp = NULL;                         \
334         }                                               \
335 } while (0)
336
337 #define VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m)      \
338                         PHYS_TO_PV_LIST_LOCK(VM_PAGE_TO_PHYS(m))
339
340 struct pmap kernel_pmap_store;
341
342 vm_offset_t virtual_avail;      /* VA of first avail page (after kernel bss) */
343 vm_offset_t virtual_end;        /* VA of last avail page (end of kernel AS) */
344
345 int nkpt;
346 SYSCTL_INT(_machdep, OID_AUTO, nkpt, CTLFLAG_RD, &nkpt, 0,
347     "Number of kernel page table pages allocated on bootup");
348
349 static int ndmpdp;
350 vm_paddr_t dmaplimit;
351 vm_offset_t kernel_vm_end = VM_MIN_KERNEL_ADDRESS;
352 pt_entry_t pg_nx;
353
354 static SYSCTL_NODE(_vm, OID_AUTO, pmap, CTLFLAG_RD, 0, "VM/pmap parameters");
355
356 static int pat_works = 1;
357 SYSCTL_INT(_vm_pmap, OID_AUTO, pat_works, CTLFLAG_RD, &pat_works, 1,
358     "Is page attribute table fully functional?");
359
360 static int pg_ps_enabled = 1;
361 SYSCTL_INT(_vm_pmap, OID_AUTO, pg_ps_enabled, CTLFLAG_RDTUN | CTLFLAG_NOFETCH,
362     &pg_ps_enabled, 0, "Are large page mappings enabled?");
363
364 #define PAT_INDEX_SIZE  8
365 static int pat_index[PAT_INDEX_SIZE];   /* cache mode to PAT index conversion */
366
367 static u_int64_t        KPTphys;        /* phys addr of kernel level 1 */
368 static u_int64_t        KPDphys;        /* phys addr of kernel level 2 */
369 u_int64_t               KPDPphys;       /* phys addr of kernel level 3 */
370 u_int64_t               KPML4phys;      /* phys addr of kernel level 4 */
371
372 static u_int64_t        DMPDphys;       /* phys addr of direct mapped level 2 */
373 static u_int64_t        DMPDPphys;      /* phys addr of direct mapped level 3 */
374 static int              ndmpdpphys;     /* number of DMPDPphys pages */
375
376 static vm_paddr_t       KERNend;        /* phys addr of end of bootstrap data */
377
378 /*
379  * pmap_mapdev support pre initialization (i.e. console)
380  */
381 #define PMAP_PREINIT_MAPPING_COUNT      8
382 static struct pmap_preinit_mapping {
383         vm_paddr_t      pa;
384         vm_offset_t     va;
385         vm_size_t       sz;
386         int             mode;
387 } pmap_preinit_mapping[PMAP_PREINIT_MAPPING_COUNT];
388 static int pmap_initialized;
389
390 /*
391  * Data for the pv entry allocation mechanism.
392  * Updates to pv_invl_gen are protected by the pv_list_locks[]
393  * elements, but reads are not.
394  */
395 static TAILQ_HEAD(pch, pv_chunk) pv_chunks = TAILQ_HEAD_INITIALIZER(pv_chunks);
396 static struct mtx pv_chunks_mutex;
397 static struct rwlock pv_list_locks[NPV_LIST_LOCKS];
398 static u_long pv_invl_gen[NPV_LIST_LOCKS];
399 static struct md_page *pv_table;
400 static struct md_page pv_dummy;
401
402 /*
403  * All those kernel PT submaps that BSD is so fond of
404  */
405 pt_entry_t *CMAP1 = NULL;
406 caddr_t CADDR1 = 0;
407 static vm_offset_t qframe = 0;
408 static struct mtx qframe_mtx;
409
410 static int pmap_flags = PMAP_PDE_SUPERPAGE;     /* flags for x86 pmaps */
411
412 int pmap_pcid_enabled = 1;
413 SYSCTL_INT(_vm_pmap, OID_AUTO, pcid_enabled, CTLFLAG_RDTUN | CTLFLAG_NOFETCH,
414     &pmap_pcid_enabled, 0, "Is TLB Context ID enabled ?");
415 int invpcid_works = 0;
416 SYSCTL_INT(_vm_pmap, OID_AUTO, invpcid_works, CTLFLAG_RD, &invpcid_works, 0,
417     "Is the invpcid instruction available ?");
418
419 int pti = 0;
420 SYSCTL_INT(_vm_pmap, OID_AUTO, pti, CTLFLAG_RDTUN | CTLFLAG_NOFETCH,
421     &pti, 0,
422     "Page Table Isolation enabled");
423 static vm_object_t pti_obj;
424 static pml4_entry_t *pti_pml4;
425 static vm_pindex_t pti_pg_idx;
426 static bool pti_finalized;
427
428 static int
429 pmap_pcid_save_cnt_proc(SYSCTL_HANDLER_ARGS)
430 {
431         int i;
432         uint64_t res;
433
434         res = 0;
435         CPU_FOREACH(i) {
436                 res += cpuid_to_pcpu[i]->pc_pm_save_cnt;
437         }
438         return (sysctl_handle_64(oidp, &res, 0, req));
439 }
440 SYSCTL_PROC(_vm_pmap, OID_AUTO, pcid_save_cnt, CTLTYPE_U64 | CTLFLAG_RW |
441     CTLFLAG_MPSAFE, NULL, 0, pmap_pcid_save_cnt_proc, "QU",
442     "Count of saved TLB context on switch");
443
444 static LIST_HEAD(, pmap_invl_gen) pmap_invl_gen_tracker =
445     LIST_HEAD_INITIALIZER(&pmap_invl_gen_tracker);
446 static struct mtx invl_gen_mtx;
447 static u_long pmap_invl_gen = 0;
448 /* Fake lock object to satisfy turnstiles interface. */
449 static struct lock_object invl_gen_ts = {
450         .lo_name = "invlts",
451 };
452
453 static bool
454 pmap_not_in_di(void)
455 {
456
457         return (curthread->td_md.md_invl_gen.gen == 0);
458 }
459
460 #define PMAP_ASSERT_NOT_IN_DI() \
461     KASSERT(pmap_not_in_di(), ("DI already started"))
462
463 /*
464  * Start a new Delayed Invalidation (DI) block of code, executed by
465  * the current thread.  Within a DI block, the current thread may
466  * destroy both the page table and PV list entries for a mapping and
467  * then release the corresponding PV list lock before ensuring that
468  * the mapping is flushed from the TLBs of any processors with the
469  * pmap active.
470  */
471 static void
472 pmap_delayed_invl_started(void)
473 {
474         struct pmap_invl_gen *invl_gen;
475         u_long currgen;
476
477         invl_gen = &curthread->td_md.md_invl_gen;
478         PMAP_ASSERT_NOT_IN_DI();
479         mtx_lock(&invl_gen_mtx);
480         if (LIST_EMPTY(&pmap_invl_gen_tracker))
481                 currgen = pmap_invl_gen;
482         else
483                 currgen = LIST_FIRST(&pmap_invl_gen_tracker)->gen;
484         invl_gen->gen = currgen + 1;
485         LIST_INSERT_HEAD(&pmap_invl_gen_tracker, invl_gen, link);
486         mtx_unlock(&invl_gen_mtx);
487 }
488
489 /*
490  * Finish the DI block, previously started by the current thread.  All
491  * required TLB flushes for the pages marked by
492  * pmap_delayed_invl_page() must be finished before this function is
493  * called.
494  *
495  * This function works by bumping the global DI generation number to
496  * the generation number of the current thread's DI, unless there is a
497  * pending DI that started earlier.  In the latter case, bumping the
498  * global DI generation number would incorrectly signal that the
499  * earlier DI had finished.  Instead, this function bumps the earlier
500  * DI's generation number to match the generation number of the
501  * current thread's DI.
502  */
503 static void
504 pmap_delayed_invl_finished(void)
505 {
506         struct pmap_invl_gen *invl_gen, *next;
507         struct turnstile *ts;
508
509         invl_gen = &curthread->td_md.md_invl_gen;
510         KASSERT(invl_gen->gen != 0, ("missed invl_started"));
511         mtx_lock(&invl_gen_mtx);
512         next = LIST_NEXT(invl_gen, link);
513         if (next == NULL) {
514                 turnstile_chain_lock(&invl_gen_ts);
515                 ts = turnstile_lookup(&invl_gen_ts);
516                 pmap_invl_gen = invl_gen->gen;
517                 if (ts != NULL) {
518                         turnstile_broadcast(ts, TS_SHARED_QUEUE);
519                         turnstile_unpend(ts, TS_SHARED_LOCK);
520                 }
521                 turnstile_chain_unlock(&invl_gen_ts);
522         } else {
523                 next->gen = invl_gen->gen;
524         }
525         LIST_REMOVE(invl_gen, link);
526         mtx_unlock(&invl_gen_mtx);
527         invl_gen->gen = 0;
528 }
529
530 #ifdef PV_STATS
531 static long invl_wait;
532 SYSCTL_LONG(_vm_pmap, OID_AUTO, invl_wait, CTLFLAG_RD, &invl_wait, 0,
533     "Number of times DI invalidation blocked pmap_remove_all/write");
534 #endif
535
536 static u_long *
537 pmap_delayed_invl_genp(vm_page_t m)
538 {
539
540         return (&pv_invl_gen[pa_index(VM_PAGE_TO_PHYS(m)) % NPV_LIST_LOCKS]);
541 }
542
543 /*
544  * Ensure that all currently executing DI blocks, that need to flush
545  * TLB for the given page m, actually flushed the TLB at the time the
546  * function returned.  If the page m has an empty PV list and we call
547  * pmap_delayed_invl_wait(), upon its return we know that no CPU has a
548  * valid mapping for the page m in either its page table or TLB.
549  *
550  * This function works by blocking until the global DI generation
551  * number catches up with the generation number associated with the
552  * given page m and its PV list.  Since this function's callers
553  * typically own an object lock and sometimes own a page lock, it
554  * cannot sleep.  Instead, it blocks on a turnstile to relinquish the
555  * processor.
556  */
557 static void
558 pmap_delayed_invl_wait(vm_page_t m)
559 {
560         struct turnstile *ts;
561         u_long *m_gen;
562 #ifdef PV_STATS
563         bool accounted = false;
564 #endif
565
566         m_gen = pmap_delayed_invl_genp(m);
567         while (*m_gen > pmap_invl_gen) {
568 #ifdef PV_STATS
569                 if (!accounted) {
570                         atomic_add_long(&invl_wait, 1);
571                         accounted = true;
572                 }
573 #endif
574                 ts = turnstile_trywait(&invl_gen_ts);
575                 if (*m_gen > pmap_invl_gen)
576                         turnstile_wait(ts, NULL, TS_SHARED_QUEUE);
577                 else
578                         turnstile_cancel(ts);
579         }
580 }
581
582 /*
583  * Mark the page m's PV list as participating in the current thread's
584  * DI block.  Any threads concurrently using m's PV list to remove or
585  * restrict all mappings to m will wait for the current thread's DI
586  * block to complete before proceeding.
587  *
588  * The function works by setting the DI generation number for m's PV
589  * list to at least the DI generation number of the current thread.
590  * This forces a caller of pmap_delayed_invl_wait() to block until
591  * current thread calls pmap_delayed_invl_finished().
592  */
593 static void
594 pmap_delayed_invl_page(vm_page_t m)
595 {
596         u_long gen, *m_gen;
597
598         rw_assert(VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m), RA_WLOCKED);
599         gen = curthread->td_md.md_invl_gen.gen;
600         if (gen == 0)
601                 return;
602         m_gen = pmap_delayed_invl_genp(m);
603         if (*m_gen < gen)
604                 *m_gen = gen;
605 }
606
607 /*
608  * Crashdump maps.
609  */
610 static caddr_t crashdumpmap;
611
612 /*
613  * Internal flags for pmap_enter()'s helper functions.
614  */
615 #define PMAP_ENTER_NORECLAIM    0x1000000       /* Don't reclaim PV entries. */
616 #define PMAP_ENTER_NOREPLACE    0x2000000       /* Don't replace mappings. */
617
618 static void     free_pv_chunk(struct pv_chunk *pc);
619 static void     free_pv_entry(pmap_t pmap, pv_entry_t pv);
620 static pv_entry_t get_pv_entry(pmap_t pmap, struct rwlock **lockp);
621 static int      popcnt_pc_map_pq(uint64_t *map);
622 static vm_page_t reclaim_pv_chunk(pmap_t locked_pmap, struct rwlock **lockp);
623 static void     reserve_pv_entries(pmap_t pmap, int needed,
624                     struct rwlock **lockp);
625 static void     pmap_pv_demote_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_paddr_t pa,
626                     struct rwlock **lockp);
627 static bool     pmap_pv_insert_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t pde,
628                     u_int flags, struct rwlock **lockp);
629 #if VM_NRESERVLEVEL > 0
630 static void     pmap_pv_promote_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_paddr_t pa,
631                     struct rwlock **lockp);
632 #endif
633 static void     pmap_pvh_free(struct md_page *pvh, pmap_t pmap, vm_offset_t va);
634 static pv_entry_t pmap_pvh_remove(struct md_page *pvh, pmap_t pmap,
635                     vm_offset_t va);
636
637 static int pmap_change_attr_locked(vm_offset_t va, vm_size_t size, int mode);
638 static boolean_t pmap_demote_pde(pmap_t pmap, pd_entry_t *pde, vm_offset_t va);
639 static boolean_t pmap_demote_pde_locked(pmap_t pmap, pd_entry_t *pde,
640     vm_offset_t va, struct rwlock **lockp);
641 static boolean_t pmap_demote_pdpe(pmap_t pmap, pdp_entry_t *pdpe,
642     vm_offset_t va);
643 static bool     pmap_enter_2mpage(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m,
644                     vm_prot_t prot, struct rwlock **lockp);
645 static int      pmap_enter_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t newpde,
646                     u_int flags, vm_page_t m, struct rwlock **lockp);
647 static vm_page_t pmap_enter_quick_locked(pmap_t pmap, vm_offset_t va,
648     vm_page_t m, vm_prot_t prot, vm_page_t mpte, struct rwlock **lockp);
649 static void pmap_fill_ptp(pt_entry_t *firstpte, pt_entry_t newpte);
650 static int pmap_insert_pt_page(pmap_t pmap, vm_page_t mpte);
651 static void pmap_invalidate_pde_page(pmap_t pmap, vm_offset_t va,
652                     pd_entry_t pde);
653 static void pmap_kenter_attr(vm_offset_t va, vm_paddr_t pa, int mode);
654 static void pmap_pde_attr(pd_entry_t *pde, int cache_bits, int mask);
655 #if VM_NRESERVLEVEL > 0
656 static void pmap_promote_pde(pmap_t pmap, pd_entry_t *pde, vm_offset_t va,
657     struct rwlock **lockp);
658 #endif
659 static boolean_t pmap_protect_pde(pmap_t pmap, pd_entry_t *pde, vm_offset_t sva,
660     vm_prot_t prot);
661 static void pmap_pte_attr(pt_entry_t *pte, int cache_bits, int mask);
662 static void pmap_pti_add_kva_locked(vm_offset_t sva, vm_offset_t eva,
663     bool exec);
664 static pdp_entry_t *pmap_pti_pdpe(vm_offset_t va);
665 static pd_entry_t *pmap_pti_pde(vm_offset_t va);
666 static void pmap_pti_wire_pte(void *pte);
667 static int pmap_remove_pde(pmap_t pmap, pd_entry_t *pdq, vm_offset_t sva,
668     struct spglist *free, struct rwlock **lockp);
669 static int pmap_remove_pte(pmap_t pmap, pt_entry_t *ptq, vm_offset_t sva,
670     pd_entry_t ptepde, struct spglist *free, struct rwlock **lockp);
671 static vm_page_t pmap_remove_pt_page(pmap_t pmap, vm_offset_t va);
672 static void pmap_remove_page(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t *pde,
673     struct spglist *free);
674 static bool     pmap_remove_ptes(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva,
675                     pd_entry_t *pde, struct spglist *free,
676                     struct rwlock **lockp);
677 static boolean_t pmap_try_insert_pv_entry(pmap_t pmap, vm_offset_t va,
678     vm_page_t m, struct rwlock **lockp);
679 static void pmap_update_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t *pde,
680     pd_entry_t newpde);
681 static void pmap_update_pde_invalidate(pmap_t, vm_offset_t va, pd_entry_t pde);
682
683 static vm_page_t _pmap_allocpte(pmap_t pmap, vm_pindex_t ptepindex,
684                 struct rwlock **lockp);
685 static vm_page_t pmap_allocpde(pmap_t pmap, vm_offset_t va,
686                 struct rwlock **lockp);
687 static vm_page_t pmap_allocpte(pmap_t pmap, vm_offset_t va,
688                 struct rwlock **lockp);
689
690 static void _pmap_unwire_ptp(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m,
691     struct spglist *free);
692 static int pmap_unuse_pt(pmap_t, vm_offset_t, pd_entry_t, struct spglist *);
693
694 /********************/
695 /* Inline functions */
696 /********************/
697
698 /* Return a non-clipped PD index for a given VA */
699 static __inline vm_pindex_t
700 pmap_pde_pindex(vm_offset_t va)
701 {
702         return (va >> PDRSHIFT);
703 }
704
705
706 /* Return a pointer to the PML4 slot that corresponds to a VA */
707 static __inline pml4_entry_t *
708 pmap_pml4e(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
709 {
710
711         return (&pmap->pm_pml4[pmap_pml4e_index(va)]);
712 }
713
714 /* Return a pointer to the PDP slot that corresponds to a VA */
715 static __inline pdp_entry_t *
716 pmap_pml4e_to_pdpe(pml4_entry_t *pml4e, vm_offset_t va)
717 {
718         pdp_entry_t *pdpe;
719
720         pdpe = (pdp_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(*pml4e & PG_FRAME);
721         return (&pdpe[pmap_pdpe_index(va)]);
722 }
723
724 /* Return a pointer to the PDP slot that corresponds to a VA */
725 static __inline pdp_entry_t *
726 pmap_pdpe(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
727 {
728         pml4_entry_t *pml4e;
729         pt_entry_t PG_V;
730
731         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
732         pml4e = pmap_pml4e(pmap, va);
733         if ((*pml4e & PG_V) == 0)
734                 return (NULL);
735         return (pmap_pml4e_to_pdpe(pml4e, va));
736 }
737
738 /* Return a pointer to the PD slot that corresponds to a VA */
739 static __inline pd_entry_t *
740 pmap_pdpe_to_pde(pdp_entry_t *pdpe, vm_offset_t va)
741 {
742         pd_entry_t *pde;
743
744         pde = (pd_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(*pdpe & PG_FRAME);
745         return (&pde[pmap_pde_index(va)]);
746 }
747
748 /* Return a pointer to the PD slot that corresponds to a VA */
749 static __inline pd_entry_t *
750 pmap_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
751 {
752         pdp_entry_t *pdpe;
753         pt_entry_t PG_V;
754
755         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
756         pdpe = pmap_pdpe(pmap, va);
757         if (pdpe == NULL || (*pdpe & PG_V) == 0)
758                 return (NULL);
759         return (pmap_pdpe_to_pde(pdpe, va));
760 }
761
762 /* Return a pointer to the PT slot that corresponds to a VA */
763 static __inline pt_entry_t *
764 pmap_pde_to_pte(pd_entry_t *pde, vm_offset_t va)
765 {
766         pt_entry_t *pte;
767
768         pte = (pt_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(*pde & PG_FRAME);
769         return (&pte[pmap_pte_index(va)]);
770 }
771
772 /* Return a pointer to the PT slot that corresponds to a VA */
773 static __inline pt_entry_t *
774 pmap_pte(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
775 {
776         pd_entry_t *pde;
777         pt_entry_t PG_V;
778
779         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
780         pde = pmap_pde(pmap, va);
781         if (pde == NULL || (*pde & PG_V) == 0)
782                 return (NULL);
783         if ((*pde & PG_PS) != 0)        /* compat with i386 pmap_pte() */
784                 return ((pt_entry_t *)pde);
785         return (pmap_pde_to_pte(pde, va));
786 }
787
788 static __inline void
789 pmap_resident_count_inc(pmap_t pmap, int count)
790 {
791
792         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
793         pmap->pm_stats.resident_count += count;
794 }
795
796 static __inline void
797 pmap_resident_count_dec(pmap_t pmap, int count)
798 {
799
800         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
801         KASSERT(pmap->pm_stats.resident_count >= count,
802             ("pmap %p resident count underflow %ld %d", pmap,
803             pmap->pm_stats.resident_count, count));
804         pmap->pm_stats.resident_count -= count;
805 }
806
807 PMAP_INLINE pt_entry_t *
808 vtopte(vm_offset_t va)
809 {
810         u_int64_t mask = ((1ul << (NPTEPGSHIFT + NPDEPGSHIFT + NPDPEPGSHIFT + NPML4EPGSHIFT)) - 1);
811
812         KASSERT(va >= VM_MAXUSER_ADDRESS, ("vtopte on a uva/gpa 0x%0lx", va));
813
814         return (PTmap + ((va >> PAGE_SHIFT) & mask));
815 }
816
817 static __inline pd_entry_t *
818 vtopde(vm_offset_t va)
819 {
820         u_int64_t mask = ((1ul << (NPDEPGSHIFT + NPDPEPGSHIFT + NPML4EPGSHIFT)) - 1);
821
822         KASSERT(va >= VM_MAXUSER_ADDRESS, ("vtopde on a uva/gpa 0x%0lx", va));
823
824         return (PDmap + ((va >> PDRSHIFT) & mask));
825 }
826
827 static u_int64_t
828 allocpages(vm_paddr_t *firstaddr, int n)
829 {
830         u_int64_t ret;
831
832         ret = *firstaddr;
833         bzero((void *)ret, n * PAGE_SIZE);
834         *firstaddr += n * PAGE_SIZE;
835         return (ret);
836 }
837
838 CTASSERT(powerof2(NDMPML4E));
839
840 /* number of kernel PDP slots */
841 #define NKPDPE(ptpgs)           howmany(ptpgs, NPDEPG)
842
843 static void
844 nkpt_init(vm_paddr_t addr)
845 {
846         int pt_pages;
847         
848 #ifdef NKPT
849         pt_pages = NKPT;
850 #else
851         pt_pages = howmany(addr, 1 << PDRSHIFT);
852         pt_pages += NKPDPE(pt_pages);
853
854         /*
855          * Add some slop beyond the bare minimum required for bootstrapping
856          * the kernel.
857          *
858          * This is quite important when allocating KVA for kernel modules.
859          * The modules are required to be linked in the negative 2GB of
860          * the address space.  If we run out of KVA in this region then
861          * pmap_growkernel() will need to allocate page table pages to map
862          * the entire 512GB of KVA space which is an unnecessary tax on
863          * physical memory.
864          *
865          * Secondly, device memory mapped as part of setting up the low-
866          * level console(s) is taken from KVA, starting at virtual_avail.
867          * This is because cninit() is called after pmap_bootstrap() but
868          * before vm_init() and pmap_init(). 20MB for a frame buffer is
869          * not uncommon.
870          */
871         pt_pages += 32;         /* 64MB additional slop. */
872 #endif
873         nkpt = pt_pages;
874 }
875
876 static void
877 create_pagetables(vm_paddr_t *firstaddr)
878 {
879         int i, j, ndm1g, nkpdpe;
880         pt_entry_t *pt_p;
881         pd_entry_t *pd_p;
882         pdp_entry_t *pdp_p;
883         pml4_entry_t *p4_p;
884
885         /* Allocate page table pages for the direct map */
886         ndmpdp = howmany(ptoa(Maxmem), NBPDP);
887         if (ndmpdp < 4)         /* Minimum 4GB of dirmap */
888                 ndmpdp = 4;
889         ndmpdpphys = howmany(ndmpdp, NPDPEPG);
890         if (ndmpdpphys > NDMPML4E) {
891                 /*
892                  * Each NDMPML4E allows 512 GB, so limit to that,
893                  * and then readjust ndmpdp and ndmpdpphys.
894                  */
895                 printf("NDMPML4E limits system to %d GB\n", NDMPML4E * 512);
896                 Maxmem = atop(NDMPML4E * NBPML4);
897                 ndmpdpphys = NDMPML4E;
898                 ndmpdp = NDMPML4E * NPDEPG;
899         }
900         DMPDPphys = allocpages(firstaddr, ndmpdpphys);
901         ndm1g = 0;
902         if ((amd_feature & AMDID_PAGE1GB) != 0)
903                 ndm1g = ptoa(Maxmem) >> PDPSHIFT;
904         if (ndm1g < ndmpdp)
905                 DMPDphys = allocpages(firstaddr, ndmpdp - ndm1g);
906         dmaplimit = (vm_paddr_t)ndmpdp << PDPSHIFT;
907
908         /* Allocate pages */
909         KPML4phys = allocpages(firstaddr, 1);
910         KPDPphys = allocpages(firstaddr, NKPML4E);
911
912         /*
913          * Allocate the initial number of kernel page table pages required to
914          * bootstrap.  We defer this until after all memory-size dependent
915          * allocations are done (e.g. direct map), so that we don't have to
916          * build in too much slop in our estimate.
917          *
918          * Note that when NKPML4E > 1, we have an empty page underneath
919          * all but the KPML4I'th one, so we need NKPML4E-1 extra (zeroed)
920          * pages.  (pmap_enter requires a PD page to exist for each KPML4E.)
921          */
922         nkpt_init(*firstaddr);
923         nkpdpe = NKPDPE(nkpt);
924
925         KPTphys = allocpages(firstaddr, nkpt);
926         KPDphys = allocpages(firstaddr, nkpdpe);
927
928         /* Fill in the underlying page table pages */
929         /* Nominally read-only (but really R/W) from zero to physfree */
930         /* XXX not fully used, underneath 2M pages */
931         pt_p = (pt_entry_t *)KPTphys;
932         for (i = 0; ptoa(i) < *firstaddr; i++)
933                 pt_p[i] = ptoa(i) | X86_PG_RW | X86_PG_V | pg_g;
934
935         /* Now map the page tables at their location within PTmap */
936         pd_p = (pd_entry_t *)KPDphys;
937         for (i = 0; i < nkpt; i++)
938                 pd_p[i] = (KPTphys + ptoa(i)) | X86_PG_RW | X86_PG_V;
939
940         /* Map from zero to end of allocations under 2M pages */
941         /* This replaces some of the KPTphys entries above */
942         for (i = 0; (i << PDRSHIFT) < *firstaddr; i++)
943                 /* Preset PG_M and PG_A because demotion expects it. */
944                 pd_p[i] = (i << PDRSHIFT) | X86_PG_RW | X86_PG_V | PG_PS |
945                     X86_PG_M | X86_PG_A | pg_g;
946
947         /*
948          * Because we map the physical blocks in 2M pages, adjust firstaddr
949          * to record the physical blocks we've actually mapped into kernel
950          * virtual address space.
951          */
952         *firstaddr = round_2mpage(*firstaddr);
953
954         /* And connect up the PD to the PDP (leaving room for L4 pages) */
955         pdp_p = (pdp_entry_t *)(KPDPphys + ptoa(KPML4I - KPML4BASE));
956         for (i = 0; i < nkpdpe; i++)
957                 pdp_p[i + KPDPI] = (KPDphys + ptoa(i)) | X86_PG_RW | X86_PG_V;
958
959         /*
960          * Now, set up the direct map region using 2MB and/or 1GB pages.  If
961          * the end of physical memory is not aligned to a 1GB page boundary,
962          * then the residual physical memory is mapped with 2MB pages.  Later,
963          * if pmap_mapdev{_attr}() uses the direct map for non-write-back
964          * memory, pmap_change_attr() will demote any 2MB or 1GB page mappings
965          * that are partially used. 
966          */
967         pd_p = (pd_entry_t *)DMPDphys;
968         for (i = NPDEPG * ndm1g, j = 0; i < NPDEPG * ndmpdp; i++, j++) {
969                 pd_p[j] = (vm_paddr_t)i << PDRSHIFT;
970                 /* Preset PG_M and PG_A because demotion expects it. */
971                 pd_p[j] |= X86_PG_RW | X86_PG_V | PG_PS | pg_g |
972                     X86_PG_M | X86_PG_A;
973         }
974         pdp_p = (pdp_entry_t *)DMPDPphys;
975         for (i = 0; i < ndm1g; i++) {
976                 pdp_p[i] = (vm_paddr_t)i << PDPSHIFT;
977                 /* Preset PG_M and PG_A because demotion expects it. */
978                 pdp_p[i] |= X86_PG_RW | X86_PG_V | PG_PS | pg_g |
979                     X86_PG_M | X86_PG_A;
980         }
981         for (j = 0; i < ndmpdp; i++, j++) {
982                 pdp_p[i] = DMPDphys + ptoa(j);
983                 pdp_p[i] |= X86_PG_RW | X86_PG_V;
984         }
985
986         /* And recursively map PML4 to itself in order to get PTmap */
987         p4_p = (pml4_entry_t *)KPML4phys;
988         p4_p[PML4PML4I] = KPML4phys;
989         p4_p[PML4PML4I] |= X86_PG_RW | X86_PG_V | pg_nx;
990
991         /* Connect the Direct Map slot(s) up to the PML4. */
992         for (i = 0; i < ndmpdpphys; i++) {
993                 p4_p[DMPML4I + i] = DMPDPphys + ptoa(i);
994                 p4_p[DMPML4I + i] |= X86_PG_RW | X86_PG_V;
995         }
996
997         /* Connect the KVA slots up to the PML4 */
998         for (i = 0; i < NKPML4E; i++) {
999                 p4_p[KPML4BASE + i] = KPDPphys + ptoa(i);
1000                 p4_p[KPML4BASE + i] |= X86_PG_RW | X86_PG_V;
1001         }
1002 }
1003
1004 /*
1005  *      Bootstrap the system enough to run with virtual memory.
1006  *
1007  *      On amd64 this is called after mapping has already been enabled
1008  *      and just syncs the pmap module with what has already been done.
1009  *      [We can't call it easily with mapping off since the kernel is not
1010  *      mapped with PA == VA, hence we would have to relocate every address
1011  *      from the linked base (virtual) address "KERNBASE" to the actual
1012  *      (physical) address starting relative to 0]
1013  */
1014 void
1015 pmap_bootstrap(vm_paddr_t *firstaddr)
1016 {
1017         vm_offset_t va;
1018         pt_entry_t *pte;
1019         int i;
1020
1021         KERNend = *firstaddr;
1022
1023         if (!pti)
1024                 pg_g = X86_PG_G;
1025
1026         /*
1027          * Create an initial set of page tables to run the kernel in.
1028          */
1029         create_pagetables(firstaddr);
1030
1031         /*
1032          * Add a physical memory segment (vm_phys_seg) corresponding to the
1033          * preallocated kernel page table pages so that vm_page structures
1034          * representing these pages will be created.  The vm_page structures
1035          * are required for promotion of the corresponding kernel virtual
1036          * addresses to superpage mappings.
1037          */
1038         vm_phys_add_seg(KPTphys, KPTphys + ptoa(nkpt));
1039
1040         virtual_avail = (vm_offset_t) KERNBASE + *firstaddr;
1041
1042         virtual_end = VM_MAX_KERNEL_ADDRESS;
1043
1044
1045         /* XXX do %cr0 as well */
1046         load_cr4(rcr4() | CR4_PGE);
1047         load_cr3(KPML4phys);
1048         if (cpu_stdext_feature & CPUID_STDEXT_SMEP)
1049                 load_cr4(rcr4() | CR4_SMEP);
1050
1051         /*
1052          * Initialize the kernel pmap (which is statically allocated).
1053          */
1054         PMAP_LOCK_INIT(kernel_pmap);
1055         kernel_pmap->pm_pml4 = (pdp_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(KPML4phys);
1056         kernel_pmap->pm_cr3 = KPML4phys;
1057         kernel_pmap->pm_ucr3 = PMAP_NO_CR3;
1058         CPU_FILL(&kernel_pmap->pm_active);      /* don't allow deactivation */
1059         TAILQ_INIT(&kernel_pmap->pm_pvchunk);
1060         kernel_pmap->pm_flags = pmap_flags;
1061
1062         /*
1063          * Initialize the TLB invalidations generation number lock.
1064          */
1065         mtx_init(&invl_gen_mtx, "invlgn", NULL, MTX_DEF);
1066
1067         /*
1068          * Reserve some special page table entries/VA space for temporary
1069          * mapping of pages.
1070          */
1071 #define SYSMAP(c, p, v, n)      \
1072         v = (c)va; va += ((n)*PAGE_SIZE); p = pte; pte += (n);
1073
1074         va = virtual_avail;
1075         pte = vtopte(va);
1076
1077         /*
1078          * Crashdump maps.  The first page is reused as CMAP1 for the
1079          * memory test.
1080          */
1081         SYSMAP(caddr_t, CMAP1, crashdumpmap, MAXDUMPPGS)
1082         CADDR1 = crashdumpmap;
1083
1084         virtual_avail = va;
1085
1086         /*
1087          * Initialize the PAT MSR.
1088          * pmap_init_pat() clears and sets CR4_PGE, which, as a
1089          * side-effect, invalidates stale PG_G TLB entries that might
1090          * have been created in our pre-boot environment.
1091          */
1092         pmap_init_pat();
1093
1094         /* Initialize TLB Context Id. */
1095         TUNABLE_INT_FETCH("vm.pmap.pcid_enabled", &pmap_pcid_enabled);
1096         if ((cpu_feature2 & CPUID2_PCID) != 0 && pmap_pcid_enabled) {
1097                 /* Check for INVPCID support */
1098                 invpcid_works = (cpu_stdext_feature & CPUID_STDEXT_INVPCID)
1099                     != 0;
1100                 for (i = 0; i < MAXCPU; i++) {
1101                         kernel_pmap->pm_pcids[i].pm_pcid = PMAP_PCID_KERN;
1102                         kernel_pmap->pm_pcids[i].pm_gen = 1;
1103                 }
1104
1105                 /*
1106                  * PMAP_PCID_KERN + 1 is used for initialization of
1107                  * proc0 pmap.  The pmap' pcid state might be used by
1108                  * EFIRT entry before first context switch, so it
1109                  * needs to be valid.
1110                  */
1111                 PCPU_SET(pcid_next, PMAP_PCID_KERN + 2);
1112                 PCPU_SET(pcid_gen, 1);
1113
1114                 /*
1115                  * pcpu area for APs is zeroed during AP startup.
1116                  * pc_pcid_next and pc_pcid_gen are initialized by AP
1117                  * during pcpu setup.
1118                  */
1119                 load_cr4(rcr4() | CR4_PCIDE);
1120         } else {
1121                 pmap_pcid_enabled = 0;
1122         }
1123 }
1124
1125 /*
1126  * Setup the PAT MSR.
1127  */
1128 void
1129 pmap_init_pat(void)
1130 {
1131         int pat_table[PAT_INDEX_SIZE];
1132         uint64_t pat_msr;
1133         u_long cr0, cr4;
1134         int i;
1135
1136         /* Bail if this CPU doesn't implement PAT. */
1137         if ((cpu_feature & CPUID_PAT) == 0)
1138                 panic("no PAT??");
1139
1140         /* Set default PAT index table. */
1141         for (i = 0; i < PAT_INDEX_SIZE; i++)
1142                 pat_table[i] = -1;
1143         pat_table[PAT_WRITE_BACK] = 0;
1144         pat_table[PAT_WRITE_THROUGH] = 1;
1145         pat_table[PAT_UNCACHEABLE] = 3;
1146         pat_table[PAT_WRITE_COMBINING] = 3;
1147         pat_table[PAT_WRITE_PROTECTED] = 3;
1148         pat_table[PAT_UNCACHED] = 3;
1149
1150         /* Initialize default PAT entries. */
1151         pat_msr = PAT_VALUE(0, PAT_WRITE_BACK) |
1152             PAT_VALUE(1, PAT_WRITE_THROUGH) |
1153             PAT_VALUE(2, PAT_UNCACHED) |
1154             PAT_VALUE(3, PAT_UNCACHEABLE) |
1155             PAT_VALUE(4, PAT_WRITE_BACK) |
1156             PAT_VALUE(5, PAT_WRITE_THROUGH) |
1157             PAT_VALUE(6, PAT_UNCACHED) |
1158             PAT_VALUE(7, PAT_UNCACHEABLE);
1159
1160         if (pat_works) {
1161                 /*
1162                  * Leave the indices 0-3 at the default of WB, WT, UC-, and UC.
1163                  * Program 5 and 6 as WP and WC.
1164                  * Leave 4 and 7 as WB and UC.
1165                  */
1166                 pat_msr &= ~(PAT_MASK(5) | PAT_MASK(6));
1167                 pat_msr |= PAT_VALUE(5, PAT_WRITE_PROTECTED) |
1168                     PAT_VALUE(6, PAT_WRITE_COMBINING);
1169                 pat_table[PAT_UNCACHED] = 2;
1170                 pat_table[PAT_WRITE_PROTECTED] = 5;
1171                 pat_table[PAT_WRITE_COMBINING] = 6;
1172         } else {
1173                 /*
1174                  * Just replace PAT Index 2 with WC instead of UC-.
1175                  */
1176                 pat_msr &= ~PAT_MASK(2);
1177                 pat_msr |= PAT_VALUE(2, PAT_WRITE_COMBINING);
1178                 pat_table[PAT_WRITE_COMBINING] = 2;
1179         }
1180
1181         /* Disable PGE. */
1182         cr4 = rcr4();
1183         load_cr4(cr4 & ~CR4_PGE);
1184
1185         /* Disable caches (CD = 1, NW = 0). */
1186         cr0 = rcr0();
1187         load_cr0((cr0 & ~CR0_NW) | CR0_CD);
1188
1189         /* Flushes caches and TLBs. */
1190         wbinvd();
1191         invltlb();
1192
1193         /* Update PAT and index table. */
1194         wrmsr(MSR_PAT, pat_msr);
1195         for (i = 0; i < PAT_INDEX_SIZE; i++)
1196                 pat_index[i] = pat_table[i];
1197
1198         /* Flush caches and TLBs again. */
1199         wbinvd();
1200         invltlb();
1201
1202         /* Restore caches and PGE. */
1203         load_cr0(cr0);
1204         load_cr4(cr4);
1205 }
1206
1207 /*
1208  *      Initialize a vm_page's machine-dependent fields.
1209  */
1210 void
1211 pmap_page_init(vm_page_t m)
1212 {
1213
1214         TAILQ_INIT(&m->md.pv_list);
1215         m->md.pat_mode = PAT_WRITE_BACK;
1216 }
1217
1218 /*
1219  *      Initialize the pmap module.
1220  *      Called by vm_init, to initialize any structures that the pmap
1221  *      system needs to map virtual memory.
1222  */
1223 void
1224 pmap_init(void)
1225 {
1226         struct pmap_preinit_mapping *ppim;
1227         vm_page_t mpte;
1228         vm_size_t s;
1229         int error, i, pv_npg, ret, skz63;
1230
1231         /* L1TF, reserve page @0 unconditionally */
1232         vm_page_blacklist_add(0, bootverbose);
1233
1234         /* Detect bare-metal Skylake Server and Skylake-X. */
1235         if (vm_guest == VM_GUEST_NO && cpu_vendor_id == CPU_VENDOR_INTEL &&
1236             CPUID_TO_FAMILY(cpu_id) == 0x6 && CPUID_TO_MODEL(cpu_id) == 0x55) {
1237                 /*
1238                  * Skylake-X errata SKZ63. Processor May Hang When
1239                  * Executing Code In an HLE Transaction Region between
1240                  * 40000000H and 403FFFFFH.
1241                  *
1242                  * Mark the pages in the range as preallocated.  It
1243                  * seems to be impossible to distinguish between
1244                  * Skylake Server and Skylake X.
1245                  */
1246                 skz63 = 1;
1247                 TUNABLE_INT_FETCH("hw.skz63_enable", &skz63);
1248                 if (skz63 != 0) {
1249                         if (bootverbose)
1250                                 printf("SKZ63: skipping 4M RAM starting "
1251                                     "at physical 1G\n");
1252                         for (i = 0; i < atop(0x400000); i++) {
1253                                 ret = vm_page_blacklist_add(0x40000000 +
1254                                     ptoa(i), FALSE);
1255                                 if (!ret && bootverbose)
1256                                         printf("page at %#lx already used\n",
1257                                             0x40000000 + ptoa(i));
1258                         }
1259                 }
1260         }
1261
1262         /*
1263          * Initialize the vm page array entries for the kernel pmap's
1264          * page table pages.
1265          */ 
1266         PMAP_LOCK(kernel_pmap);
1267         for (i = 0; i < nkpt; i++) {
1268                 mpte = PHYS_TO_VM_PAGE(KPTphys + (i << PAGE_SHIFT));
1269                 KASSERT(mpte >= vm_page_array &&
1270                     mpte < &vm_page_array[vm_page_array_size],
1271                     ("pmap_init: page table page is out of range"));
1272                 mpte->pindex = pmap_pde_pindex(KERNBASE) + i;
1273                 mpte->phys_addr = KPTphys + (i << PAGE_SHIFT);
1274                 mpte->wire_count = 1;
1275                 if (i << PDRSHIFT < KERNend &&
1276                     pmap_insert_pt_page(kernel_pmap, mpte))
1277                         panic("pmap_init: pmap_insert_pt_page failed");
1278         }
1279         PMAP_UNLOCK(kernel_pmap);
1280         atomic_add_int(&vm_cnt.v_wire_count, nkpt);
1281
1282         /*
1283          * If the kernel is running on a virtual machine, then it must assume
1284          * that MCA is enabled by the hypervisor.  Moreover, the kernel must
1285          * be prepared for the hypervisor changing the vendor and family that
1286          * are reported by CPUID.  Consequently, the workaround for AMD Family
1287          * 10h Erratum 383 is enabled if the processor's feature set does not
1288          * include at least one feature that is only supported by older Intel
1289          * or newer AMD processors.
1290          */
1291         if (vm_guest != VM_GUEST_NO && (cpu_feature & CPUID_SS) == 0 &&
1292             (cpu_feature2 & (CPUID2_SSSE3 | CPUID2_SSE41 | CPUID2_AESNI |
1293             CPUID2_AVX | CPUID2_XSAVE)) == 0 && (amd_feature2 & (AMDID2_XOP |
1294             AMDID2_FMA4)) == 0)
1295                 workaround_erratum383 = 1;
1296
1297         /*
1298          * Are large page mappings enabled?
1299          */
1300         TUNABLE_INT_FETCH("vm.pmap.pg_ps_enabled", &pg_ps_enabled);
1301         if (pg_ps_enabled) {
1302                 KASSERT(MAXPAGESIZES > 1 && pagesizes[1] == 0,
1303                     ("pmap_init: can't assign to pagesizes[1]"));
1304                 pagesizes[1] = NBPDR;
1305         }
1306
1307         /*
1308          * Initialize the pv chunk list mutex.
1309          */
1310         mtx_init(&pv_chunks_mutex, "pmap pv chunk list", NULL, MTX_DEF);
1311
1312         /*
1313          * Initialize the pool of pv list locks.
1314          */
1315         for (i = 0; i < NPV_LIST_LOCKS; i++)
1316                 rw_init(&pv_list_locks[i], "pmap pv list");
1317
1318         /*
1319          * Calculate the size of the pv head table for superpages.
1320          */
1321         pv_npg = howmany(vm_phys_segs[vm_phys_nsegs - 1].end, NBPDR);
1322
1323         /*
1324          * Allocate memory for the pv head table for superpages.
1325          */
1326         s = (vm_size_t)(pv_npg * sizeof(struct md_page));
1327         s = round_page(s);
1328         pv_table = (struct md_page *)kmem_malloc(kernel_arena, s,
1329             M_WAITOK | M_ZERO);
1330         for (i = 0; i < pv_npg; i++)
1331                 TAILQ_INIT(&pv_table[i].pv_list);
1332         TAILQ_INIT(&pv_dummy.pv_list);
1333
1334         pmap_initialized = 1;
1335         for (i = 0; i < PMAP_PREINIT_MAPPING_COUNT; i++) {
1336                 ppim = pmap_preinit_mapping + i;
1337                 if (ppim->va == 0)
1338                         continue;
1339                 /* Make the direct map consistent */
1340                 if (ppim->pa < dmaplimit && ppim->pa + ppim->sz < dmaplimit) {
1341                         (void)pmap_change_attr(PHYS_TO_DMAP(ppim->pa),
1342                             ppim->sz, ppim->mode);
1343                 }
1344                 if (!bootverbose)
1345                         continue;
1346                 printf("PPIM %u: PA=%#lx, VA=%#lx, size=%#lx, mode=%#x\n", i,
1347                     ppim->pa, ppim->va, ppim->sz, ppim->mode);
1348         }
1349
1350         mtx_init(&qframe_mtx, "qfrmlk", NULL, MTX_SPIN);
1351         error = vmem_alloc(kernel_arena, PAGE_SIZE, M_BESTFIT | M_WAITOK,
1352             (vmem_addr_t *)&qframe);
1353         if (error != 0)
1354                 panic("qframe allocation failed");
1355 }
1356
1357 static SYSCTL_NODE(_vm_pmap, OID_AUTO, pde, CTLFLAG_RD, 0,
1358     "2MB page mapping counters");
1359
1360 static u_long pmap_pde_demotions;
1361 SYSCTL_ULONG(_vm_pmap_pde, OID_AUTO, demotions, CTLFLAG_RD,
1362     &pmap_pde_demotions, 0, "2MB page demotions");
1363
1364 static u_long pmap_pde_mappings;
1365 SYSCTL_ULONG(_vm_pmap_pde, OID_AUTO, mappings, CTLFLAG_RD,
1366     &pmap_pde_mappings, 0, "2MB page mappings");
1367
1368 static u_long pmap_pde_p_failures;
1369 SYSCTL_ULONG(_vm_pmap_pde, OID_AUTO, p_failures, CTLFLAG_RD,
1370     &pmap_pde_p_failures, 0, "2MB page promotion failures");
1371
1372 static u_long pmap_pde_promotions;
1373 SYSCTL_ULONG(_vm_pmap_pde, OID_AUTO, promotions, CTLFLAG_RD,
1374     &pmap_pde_promotions, 0, "2MB page promotions");
1375
1376 static SYSCTL_NODE(_vm_pmap, OID_AUTO, pdpe, CTLFLAG_RD, 0,
1377     "1GB page mapping counters");
1378
1379 static u_long pmap_pdpe_demotions;
1380 SYSCTL_ULONG(_vm_pmap_pdpe, OID_AUTO, demotions, CTLFLAG_RD,
1381     &pmap_pdpe_demotions, 0, "1GB page demotions");
1382
1383 /***************************************************
1384  * Low level helper routines.....
1385  ***************************************************/
1386
1387 static pt_entry_t
1388 pmap_swap_pat(pmap_t pmap, pt_entry_t entry)
1389 {
1390         int x86_pat_bits = X86_PG_PTE_PAT | X86_PG_PDE_PAT;
1391
1392         switch (pmap->pm_type) {
1393         case PT_X86:
1394         case PT_RVI:
1395                 /* Verify that both PAT bits are not set at the same time */
1396                 KASSERT((entry & x86_pat_bits) != x86_pat_bits,
1397                     ("Invalid PAT bits in entry %#lx", entry));
1398
1399                 /* Swap the PAT bits if one of them is set */
1400                 if ((entry & x86_pat_bits) != 0)
1401                         entry ^= x86_pat_bits;
1402                 break;
1403         case PT_EPT:
1404                 /*
1405                  * Nothing to do - the memory attributes are represented
1406                  * the same way for regular pages and superpages.
1407                  */
1408                 break;
1409         default:
1410                 panic("pmap_switch_pat_bits: bad pm_type %d", pmap->pm_type);
1411         }
1412
1413         return (entry);
1414 }
1415
1416 /*
1417  * Determine the appropriate bits to set in a PTE or PDE for a specified
1418  * caching mode.
1419  */
1420 int
1421 pmap_cache_bits(pmap_t pmap, int mode, boolean_t is_pde)
1422 {
1423         int cache_bits, pat_flag, pat_idx;
1424
1425         if (mode < 0 || mode >= PAT_INDEX_SIZE || pat_index[mode] < 0)
1426                 panic("Unknown caching mode %d\n", mode);
1427
1428         switch (pmap->pm_type) {
1429         case PT_X86:
1430         case PT_RVI:
1431                 /* The PAT bit is different for PTE's and PDE's. */
1432                 pat_flag = is_pde ? X86_PG_PDE_PAT : X86_PG_PTE_PAT;
1433
1434                 /* Map the caching mode to a PAT index. */
1435                 pat_idx = pat_index[mode];
1436
1437                 /* Map the 3-bit index value into the PAT, PCD, and PWT bits. */
1438                 cache_bits = 0;
1439                 if (pat_idx & 0x4)
1440                         cache_bits |= pat_flag;
1441                 if (pat_idx & 0x2)
1442                         cache_bits |= PG_NC_PCD;
1443                 if (pat_idx & 0x1)
1444                         cache_bits |= PG_NC_PWT;
1445                 break;
1446
1447         case PT_EPT:
1448                 cache_bits = EPT_PG_IGNORE_PAT | EPT_PG_MEMORY_TYPE(mode);
1449                 break;
1450
1451         default:
1452                 panic("unsupported pmap type %d", pmap->pm_type);
1453         }
1454
1455         return (cache_bits);
1456 }
1457
1458 static int
1459 pmap_cache_mask(pmap_t pmap, boolean_t is_pde)
1460 {
1461         int mask;
1462
1463         switch (pmap->pm_type) {
1464         case PT_X86:
1465         case PT_RVI:
1466                 mask = is_pde ? X86_PG_PDE_CACHE : X86_PG_PTE_CACHE;
1467                 break;
1468         case PT_EPT:
1469                 mask = EPT_PG_IGNORE_PAT | EPT_PG_MEMORY_TYPE(0x7);
1470                 break;
1471         default:
1472                 panic("pmap_cache_mask: invalid pm_type %d", pmap->pm_type);
1473         }
1474
1475         return (mask);
1476 }
1477
1478 bool
1479 pmap_ps_enabled(pmap_t pmap)
1480 {
1481
1482         return (pg_ps_enabled && (pmap->pm_flags & PMAP_PDE_SUPERPAGE) != 0);
1483 }
1484
1485 static void
1486 pmap_update_pde_store(pmap_t pmap, pd_entry_t *pde, pd_entry_t newpde)
1487 {
1488
1489         switch (pmap->pm_type) {
1490         case PT_X86:
1491                 break;
1492         case PT_RVI:
1493         case PT_EPT:
1494                 /*
1495                  * XXX
1496                  * This is a little bogus since the generation number is
1497                  * supposed to be bumped up when a region of the address
1498                  * space is invalidated in the page tables.
1499                  *
1500                  * In this case the old PDE entry is valid but yet we want
1501                  * to make sure that any mappings using the old entry are
1502                  * invalidated in the TLB.
1503                  *
1504                  * The reason this works as expected is because we rendezvous
1505                  * "all" host cpus and force any vcpu context to exit as a
1506                  * side-effect.
1507                  */
1508                 atomic_add_acq_long(&pmap->pm_eptgen, 1);
1509                 break;
1510         default:
1511                 panic("pmap_update_pde_store: bad pm_type %d", pmap->pm_type);
1512         }
1513         pde_store(pde, newpde);
1514 }
1515
1516 /*
1517  * After changing the page size for the specified virtual address in the page
1518  * table, flush the corresponding entries from the processor's TLB.  Only the
1519  * calling processor's TLB is affected.
1520  *
1521  * The calling thread must be pinned to a processor.
1522  */
1523 static void
1524 pmap_update_pde_invalidate(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t newpde)
1525 {
1526         pt_entry_t PG_G;
1527
1528         if (pmap_type_guest(pmap))
1529                 return;
1530
1531         KASSERT(pmap->pm_type == PT_X86,
1532             ("pmap_update_pde_invalidate: invalid type %d", pmap->pm_type));
1533
1534         PG_G = pmap_global_bit(pmap);
1535
1536         if ((newpde & PG_PS) == 0)
1537                 /* Demotion: flush a specific 2MB page mapping. */
1538                 invlpg(va);
1539         else if ((newpde & PG_G) == 0)
1540                 /*
1541                  * Promotion: flush every 4KB page mapping from the TLB
1542                  * because there are too many to flush individually.
1543                  */
1544                 invltlb();
1545         else {
1546                 /*
1547                  * Promotion: flush every 4KB page mapping from the TLB,
1548                  * including any global (PG_G) mappings.
1549                  */
1550                 invltlb_glob();
1551         }
1552 }
1553 #ifdef SMP
1554
1555 /*
1556  * For SMP, these functions have to use the IPI mechanism for coherence.
1557  *
1558  * N.B.: Before calling any of the following TLB invalidation functions,
1559  * the calling processor must ensure that all stores updating a non-
1560  * kernel page table are globally performed.  Otherwise, another
1561  * processor could cache an old, pre-update entry without being
1562  * invalidated.  This can happen one of two ways: (1) The pmap becomes
1563  * active on another processor after its pm_active field is checked by
1564  * one of the following functions but before a store updating the page
1565  * table is globally performed. (2) The pmap becomes active on another
1566  * processor before its pm_active field is checked but due to
1567  * speculative loads one of the following functions stills reads the
1568  * pmap as inactive on the other processor.
1569  * 
1570  * The kernel page table is exempt because its pm_active field is
1571  * immutable.  The kernel page table is always active on every
1572  * processor.
1573  */
1574
1575 /*
1576  * Interrupt the cpus that are executing in the guest context.
1577  * This will force the vcpu to exit and the cached EPT mappings
1578  * will be invalidated by the host before the next vmresume.
1579  */
1580 static __inline void
1581 pmap_invalidate_ept(pmap_t pmap)
1582 {
1583         int ipinum;
1584
1585         sched_pin();
1586         KASSERT(!CPU_ISSET(curcpu, &pmap->pm_active),
1587             ("pmap_invalidate_ept: absurd pm_active"));
1588
1589         /*
1590          * The TLB mappings associated with a vcpu context are not
1591          * flushed each time a different vcpu is chosen to execute.
1592          *
1593          * This is in contrast with a process's vtop mappings that
1594          * are flushed from the TLB on each context switch.
1595          *
1596          * Therefore we need to do more than just a TLB shootdown on
1597          * the active cpus in 'pmap->pm_active'. To do this we keep
1598          * track of the number of invalidations performed on this pmap.
1599          *
1600          * Each vcpu keeps a cache of this counter and compares it
1601          * just before a vmresume. If the counter is out-of-date an
1602          * invept will be done to flush stale mappings from the TLB.
1603          */
1604         atomic_add_acq_long(&pmap->pm_eptgen, 1);
1605
1606         /*
1607          * Force the vcpu to exit and trap back into the hypervisor.
1608          */
1609         ipinum = pmap->pm_flags & PMAP_NESTED_IPIMASK;
1610         ipi_selected(pmap->pm_active, ipinum);
1611         sched_unpin();
1612 }
1613
1614 void
1615 pmap_invalidate_page(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
1616 {
1617         cpuset_t *mask;
1618         struct invpcid_descr d;
1619         uint64_t kcr3, ucr3;
1620         uint32_t pcid;
1621         u_int cpuid, i;
1622
1623         if (pmap_type_guest(pmap)) {
1624                 pmap_invalidate_ept(pmap);
1625                 return;
1626         }
1627
1628         KASSERT(pmap->pm_type == PT_X86,
1629             ("pmap_invalidate_page: invalid type %d", pmap->pm_type));
1630
1631         sched_pin();
1632         if (pmap == kernel_pmap) {
1633                 invlpg(va);
1634                 mask = &all_cpus;
1635         } else {
1636                 cpuid = PCPU_GET(cpuid);
1637                 if (pmap == PCPU_GET(curpmap)) {
1638                         invlpg(va);
1639                         if (pmap_pcid_enabled && pmap->pm_ucr3 != PMAP_NO_CR3) {
1640                                 /*
1641                                  * Disable context switching. pm_pcid
1642                                  * is recalculated on switch, which
1643                                  * might make us use wrong pcid below.
1644                                  */
1645                                 critical_enter();
1646                                 pcid = pmap->pm_pcids[cpuid].pm_pcid;
1647
1648                                 if (invpcid_works) {
1649                                         d.pcid = pcid | PMAP_PCID_USER_PT;
1650                                         d.pad = 0;
1651                                         d.addr = va;
1652                                         invpcid(&d, INVPCID_ADDR);
1653                                 } else {
1654                                         kcr3 = pmap->pm_cr3 | pcid |
1655                                             CR3_PCID_SAVE;
1656                                         ucr3 = pmap->pm_ucr3 | pcid |
1657                                             PMAP_PCID_USER_PT | CR3_PCID_SAVE;
1658                                         pmap_pti_pcid_invlpg(ucr3, kcr3, va);
1659                                 }
1660                                 critical_exit();
1661                         }
1662                 } else if (pmap_pcid_enabled)
1663                         pmap->pm_pcids[cpuid].pm_gen = 0;
1664                 if (pmap_pcid_enabled) {
1665                         CPU_FOREACH(i) {
1666                                 if (cpuid != i)
1667                                         pmap->pm_pcids[i].pm_gen = 0;
1668                         }
1669
1670                         /*
1671                          * The fence is between stores to pm_gen and the read of
1672                          * the pm_active mask.  We need to ensure that it is
1673                          * impossible for us to miss the bit update in pm_active
1674                          * and simultaneously observe a non-zero pm_gen in
1675                          * pmap_activate_sw(), otherwise TLB update is missed.
1676                          * Without the fence, IA32 allows such an outcome.
1677                          * Note that pm_active is updated by a locked operation,
1678                          * which provides the reciprocal fence.
1679                          */
1680                         atomic_thread_fence_seq_cst();
1681                 }
1682                 mask = &pmap->pm_active;
1683         }
1684         smp_masked_invlpg(*mask, va, pmap);
1685         sched_unpin();
1686 }
1687
1688 /* 4k PTEs -- Chosen to exceed the total size of Broadwell L2 TLB */
1689 #define PMAP_INVLPG_THRESHOLD   (4 * 1024 * PAGE_SIZE)
1690
1691 void
1692 pmap_invalidate_range(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
1693 {
1694         cpuset_t *mask;
1695         struct invpcid_descr d;
1696         vm_offset_t addr;
1697         uint64_t kcr3, ucr3;
1698         uint32_t pcid;
1699         u_int cpuid, i;
1700
1701         if (eva - sva >= PMAP_INVLPG_THRESHOLD) {
1702                 pmap_invalidate_all(pmap);
1703                 return;
1704         }
1705
1706         if (pmap_type_guest(pmap)) {
1707                 pmap_invalidate_ept(pmap);
1708                 return;
1709         }
1710
1711         KASSERT(pmap->pm_type == PT_X86,
1712             ("pmap_invalidate_range: invalid type %d", pmap->pm_type));
1713
1714         sched_pin();
1715         cpuid = PCPU_GET(cpuid);
1716         if (pmap == kernel_pmap) {
1717                 for (addr = sva; addr < eva; addr += PAGE_SIZE)
1718                         invlpg(addr);
1719                 mask = &all_cpus;
1720         } else {
1721                 if (pmap == PCPU_GET(curpmap)) {
1722                         for (addr = sva; addr < eva; addr += PAGE_SIZE)
1723                                 invlpg(addr);
1724                         if (pmap_pcid_enabled && pmap->pm_ucr3 != PMAP_NO_CR3) {
1725                                 critical_enter();
1726                                 pcid = pmap->pm_pcids[cpuid].pm_pcid;
1727                                 if (invpcid_works) {
1728                                         d.pcid = pcid | PMAP_PCID_USER_PT;
1729                                         d.pad = 0;
1730                                         d.addr = sva;
1731                                         for (; d.addr < eva; d.addr +=
1732                                             PAGE_SIZE)
1733                                                 invpcid(&d, INVPCID_ADDR);
1734                                 } else {
1735                                         kcr3 = pmap->pm_cr3 | pcid |
1736                                             CR3_PCID_SAVE;
1737                                         ucr3 = pmap->pm_ucr3 | pcid |
1738                                             PMAP_PCID_USER_PT | CR3_PCID_SAVE;
1739                                         pmap_pti_pcid_invlrng(ucr3, kcr3, sva,
1740                                             eva);
1741                                 }
1742                                 critical_exit();
1743                         }
1744                 } else if (pmap_pcid_enabled) {
1745                         pmap->pm_pcids[cpuid].pm_gen = 0;
1746                 }
1747                 if (pmap_pcid_enabled) {
1748                         CPU_FOREACH(i) {
1749                                 if (cpuid != i)
1750                                         pmap->pm_pcids[i].pm_gen = 0;
1751                         }
1752                         /* See the comment in pmap_invalidate_page(). */
1753                         atomic_thread_fence_seq_cst();
1754                 }
1755                 mask = &pmap->pm_active;
1756         }
1757         smp_masked_invlpg_range(*mask, sva, eva, pmap);
1758         sched_unpin();
1759 }
1760
1761 void
1762 pmap_invalidate_all(pmap_t pmap)
1763 {
1764         cpuset_t *mask;
1765         struct invpcid_descr d;
1766         uint64_t kcr3, ucr3;
1767         uint32_t pcid;
1768         u_int cpuid, i;
1769
1770         if (pmap_type_guest(pmap)) {
1771                 pmap_invalidate_ept(pmap);
1772                 return;
1773         }
1774
1775         KASSERT(pmap->pm_type == PT_X86,
1776             ("pmap_invalidate_all: invalid type %d", pmap->pm_type));
1777
1778         sched_pin();
1779         if (pmap == kernel_pmap) {
1780                 if (pmap_pcid_enabled && invpcid_works) {
1781                         bzero(&d, sizeof(d));
1782                         invpcid(&d, INVPCID_CTXGLOB);
1783                 } else {
1784                         invltlb_glob();
1785                 }
1786                 mask = &all_cpus;
1787         } else {
1788                 cpuid = PCPU_GET(cpuid);
1789                 if (pmap == PCPU_GET(curpmap)) {
1790                         if (pmap_pcid_enabled) {
1791                                 critical_enter();
1792                                 pcid = pmap->pm_pcids[cpuid].pm_pcid;
1793                                 if (invpcid_works) {
1794                                         d.pcid = pcid;
1795                                         d.pad = 0;
1796                                         d.addr = 0;
1797                                         invpcid(&d, INVPCID_CTX);
1798                                         if (pmap->pm_ucr3 != PMAP_NO_CR3) {
1799                                                 d.pcid |= PMAP_PCID_USER_PT;
1800                                                 invpcid(&d, INVPCID_CTX);
1801                                         }
1802                                 } else {
1803                                         kcr3 = pmap->pm_cr3 | pcid;
1804                                         ucr3 = pmap->pm_ucr3;
1805                                         if (ucr3 != PMAP_NO_CR3) {
1806                                                 ucr3 |= pcid | PMAP_PCID_USER_PT;
1807                                                 pmap_pti_pcid_invalidate(ucr3,
1808                                                     kcr3);
1809                                         } else {
1810                                                 load_cr3(kcr3);
1811                                         }
1812                                 }
1813                                 critical_exit();
1814                         } else {
1815                                 invltlb();
1816                         }
1817                 } else if (pmap_pcid_enabled) {
1818                         pmap->pm_pcids[cpuid].pm_gen = 0;
1819                 }
1820                 if (pmap_pcid_enabled) {
1821                         CPU_FOREACH(i) {
1822                                 if (cpuid != i)
1823                                         pmap->pm_pcids[i].pm_gen = 0;
1824                         }
1825                         /* See the comment in pmap_invalidate_page(). */
1826                         atomic_thread_fence_seq_cst();
1827                 }
1828                 mask = &pmap->pm_active;
1829         }
1830         smp_masked_invltlb(*mask, pmap);
1831         sched_unpin();
1832 }
1833
1834 void
1835 pmap_invalidate_cache(void)
1836 {
1837
1838         sched_pin();
1839         wbinvd();
1840         smp_cache_flush();
1841         sched_unpin();
1842 }
1843
1844 struct pde_action {
1845         cpuset_t invalidate;    /* processors that invalidate their TLB */
1846         pmap_t pmap;
1847         vm_offset_t va;
1848         pd_entry_t *pde;
1849         pd_entry_t newpde;
1850         u_int store;            /* processor that updates the PDE */
1851 };
1852
1853 static void
1854 pmap_update_pde_action(void *arg)
1855 {
1856         struct pde_action *act = arg;
1857
1858         if (act->store == PCPU_GET(cpuid))
1859                 pmap_update_pde_store(act->pmap, act->pde, act->newpde);
1860 }
1861
1862 static void
1863 pmap_update_pde_teardown(void *arg)
1864 {
1865         struct pde_action *act = arg;
1866
1867         if (CPU_ISSET(PCPU_GET(cpuid), &act->invalidate))
1868                 pmap_update_pde_invalidate(act->pmap, act->va, act->newpde);
1869 }
1870
1871 /*
1872  * Change the page size for the specified virtual address in a way that
1873  * prevents any possibility of the TLB ever having two entries that map the
1874  * same virtual address using different page sizes.  This is the recommended
1875  * workaround for Erratum 383 on AMD Family 10h processors.  It prevents a
1876  * machine check exception for a TLB state that is improperly diagnosed as a
1877  * hardware error.
1878  */
1879 static void
1880 pmap_update_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t *pde, pd_entry_t newpde)
1881 {
1882         struct pde_action act;
1883         cpuset_t active, other_cpus;
1884         u_int cpuid;
1885
1886         sched_pin();
1887         cpuid = PCPU_GET(cpuid);
1888         other_cpus = all_cpus;
1889         CPU_CLR(cpuid, &other_cpus);
1890         if (pmap == kernel_pmap || pmap_type_guest(pmap)) 
1891                 active = all_cpus;
1892         else {
1893                 active = pmap->pm_active;
1894         }
1895         if (CPU_OVERLAP(&active, &other_cpus)) { 
1896                 act.store = cpuid;
1897                 act.invalidate = active;
1898                 act.va = va;
1899                 act.pmap = pmap;
1900                 act.pde = pde;
1901                 act.newpde = newpde;
1902                 CPU_SET(cpuid, &active);
1903                 smp_rendezvous_cpus(active,
1904                     smp_no_rendezvous_barrier, pmap_update_pde_action,
1905                     pmap_update_pde_teardown, &act);
1906         } else {
1907                 pmap_update_pde_store(pmap, pde, newpde);
1908                 if (CPU_ISSET(cpuid, &active))
1909                         pmap_update_pde_invalidate(pmap, va, newpde);
1910         }
1911         sched_unpin();
1912 }
1913 #else /* !SMP */
1914 /*
1915  * Normal, non-SMP, invalidation functions.
1916  */
1917 void
1918 pmap_invalidate_page(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
1919 {
1920         struct invpcid_descr d;
1921         uint64_t kcr3, ucr3;
1922         uint32_t pcid;
1923
1924         if (pmap->pm_type == PT_RVI || pmap->pm_type == PT_EPT) {
1925                 pmap->pm_eptgen++;
1926                 return;
1927         }
1928         KASSERT(pmap->pm_type == PT_X86,
1929             ("pmap_invalidate_range: unknown type %d", pmap->pm_type));
1930
1931         if (pmap == kernel_pmap || pmap == PCPU_GET(curpmap)) {
1932                 invlpg(va);
1933                 if (pmap == PCPU_GET(curpmap) && pmap_pcid_enabled &&
1934                     pmap->pm_ucr3 != PMAP_NO_CR3) {
1935                         critical_enter();
1936                         pcid = pmap->pm_pcids[0].pm_pcid;
1937                         if (invpcid_works) {
1938                                 d.pcid = pcid | PMAP_PCID_USER_PT;
1939                                 d.pad = 0;
1940                                 d.addr = va;
1941                                 invpcid(&d, INVPCID_ADDR);
1942                         } else {
1943                                 kcr3 = pmap->pm_cr3 | pcid | CR3_PCID_SAVE;
1944                                 ucr3 = pmap->pm_ucr3 | pcid |
1945                                     PMAP_PCID_USER_PT | CR3_PCID_SAVE;
1946                                 pmap_pti_pcid_invlpg(ucr3, kcr3, va);
1947                         }
1948                         critical_exit();
1949                 }
1950         } else if (pmap_pcid_enabled)
1951                 pmap->pm_pcids[0].pm_gen = 0;
1952 }
1953
1954 void
1955 pmap_invalidate_range(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
1956 {
1957         struct invpcid_descr d;
1958         vm_offset_t addr;
1959         uint64_t kcr3, ucr3;
1960
1961         if (pmap->pm_type == PT_RVI || pmap->pm_type == PT_EPT) {
1962                 pmap->pm_eptgen++;
1963                 return;
1964         }
1965         KASSERT(pmap->pm_type == PT_X86,
1966             ("pmap_invalidate_range: unknown type %d", pmap->pm_type));
1967
1968         if (pmap == kernel_pmap || pmap == PCPU_GET(curpmap)) {
1969                 for (addr = sva; addr < eva; addr += PAGE_SIZE)
1970                         invlpg(addr);
1971                 if (pmap == PCPU_GET(curpmap) && pmap_pcid_enabled &&
1972                     pmap->pm_ucr3 != PMAP_NO_CR3) {
1973                         critical_enter();
1974                         if (invpcid_works) {
1975                                 d.pcid = pmap->pm_pcids[0].pm_pcid |
1976                                     PMAP_PCID_USER_PT;
1977                                 d.pad = 0;
1978                                 d.addr = sva;
1979                                 for (; d.addr < eva; d.addr += PAGE_SIZE)
1980                                         invpcid(&d, INVPCID_ADDR);
1981                         } else {
1982                                 kcr3 = pmap->pm_cr3 | pmap->pm_pcids[0].
1983                                     pm_pcid | CR3_PCID_SAVE;
1984                                 ucr3 = pmap->pm_ucr3 | pmap->pm_pcids[0].
1985                                     pm_pcid | PMAP_PCID_USER_PT | CR3_PCID_SAVE;
1986                                 pmap_pti_pcid_invlrng(ucr3, kcr3, sva, eva);
1987                         }
1988                         critical_exit();
1989                 }
1990         } else if (pmap_pcid_enabled) {
1991                 pmap->pm_pcids[0].pm_gen = 0;
1992         }
1993 }
1994
1995 void
1996 pmap_invalidate_all(pmap_t pmap)
1997 {
1998         struct invpcid_descr d;
1999         uint64_t kcr3, ucr3;
2000
2001         if (pmap->pm_type == PT_RVI || pmap->pm_type == PT_EPT) {
2002                 pmap->pm_eptgen++;
2003                 return;
2004         }
2005         KASSERT(pmap->pm_type == PT_X86,
2006             ("pmap_invalidate_all: unknown type %d", pmap->pm_type));
2007
2008         if (pmap == kernel_pmap) {
2009                 if (pmap_pcid_enabled && invpcid_works) {
2010                         bzero(&d, sizeof(d));
2011                         invpcid(&d, INVPCID_CTXGLOB);
2012                 } else {
2013                         invltlb_glob();
2014                 }
2015         } else if (pmap == PCPU_GET(curpmap)) {
2016                 if (pmap_pcid_enabled) {
2017                         critical_enter();
2018                         if (invpcid_works) {
2019                                 d.pcid = pmap->pm_pcids[0].pm_pcid;
2020                                 d.pad = 0;
2021                                 d.addr = 0;
2022                                 invpcid(&d, INVPCID_CTX);
2023                                 if (pmap->pm_ucr3 != PMAP_NO_CR3) {
2024                                         d.pcid |= PMAP_PCID_USER_PT;
2025                                         invpcid(&d, INVPCID_CTX);
2026                                 }
2027                         } else {
2028                                 kcr3 = pmap->pm_cr3 | pmap->pm_pcids[0].pm_pcid;
2029                                 if (pmap->pm_ucr3 != PMAP_NO_CR3) {
2030                                         ucr3 = pmap->pm_ucr3 | pmap->pm_pcids[
2031                                             0].pm_pcid | PMAP_PCID_USER_PT;
2032                                         pmap_pti_pcid_invalidate(ucr3, kcr3);
2033                                 } else
2034                                         load_cr3(kcr3);
2035                         }
2036                         critical_exit();
2037                 } else {
2038                         invltlb();
2039                 }
2040         } else if (pmap_pcid_enabled) {
2041                 pmap->pm_pcids[0].pm_gen = 0;
2042         }
2043 }
2044
2045 PMAP_INLINE void
2046 pmap_invalidate_cache(void)
2047 {
2048
2049         wbinvd();
2050 }
2051
2052 static void
2053 pmap_update_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t *pde, pd_entry_t newpde)
2054 {
2055
2056         pmap_update_pde_store(pmap, pde, newpde);
2057         if (pmap == kernel_pmap || pmap == PCPU_GET(curpmap))
2058                 pmap_update_pde_invalidate(pmap, va, newpde);
2059         else
2060                 pmap->pm_pcids[0].pm_gen = 0;
2061 }
2062 #endif /* !SMP */
2063
2064 static void
2065 pmap_invalidate_pde_page(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t pde)
2066 {
2067
2068         /*
2069          * When the PDE has PG_PROMOTED set, the 2MB page mapping was created
2070          * by a promotion that did not invalidate the 512 4KB page mappings
2071          * that might exist in the TLB.  Consequently, at this point, the TLB
2072          * may hold both 4KB and 2MB page mappings for the address range [va,
2073          * va + NBPDR).  Therefore, the entire range must be invalidated here.
2074          * In contrast, when PG_PROMOTED is clear, the TLB will not hold any
2075          * 4KB page mappings for the address range [va, va + NBPDR), and so a
2076          * single INVLPG suffices to invalidate the 2MB page mapping from the
2077          * TLB.
2078          */
2079         if ((pde & PG_PROMOTED) != 0)
2080                 pmap_invalidate_range(pmap, va, va + NBPDR - 1);
2081         else
2082                 pmap_invalidate_page(pmap, va);
2083 }
2084
2085 #define PMAP_CLFLUSH_THRESHOLD   (2 * 1024 * 1024)
2086
2087 void
2088 pmap_invalidate_cache_range(vm_offset_t sva, vm_offset_t eva, boolean_t force)
2089 {
2090
2091         if (force) {
2092                 sva &= ~(vm_offset_t)(cpu_clflush_line_size - 1);
2093         } else {
2094                 KASSERT((sva & PAGE_MASK) == 0,
2095                     ("pmap_invalidate_cache_range: sva not page-aligned"));
2096                 KASSERT((eva & PAGE_MASK) == 0,
2097                     ("pmap_invalidate_cache_range: eva not page-aligned"));
2098         }
2099
2100         if ((cpu_feature & CPUID_SS) != 0 && !force)
2101                 ; /* If "Self Snoop" is supported and allowed, do nothing. */
2102         else if ((cpu_stdext_feature & CPUID_STDEXT_CLFLUSHOPT) != 0 &&
2103             eva - sva < PMAP_CLFLUSH_THRESHOLD) {
2104                 /*
2105                  * XXX: Some CPUs fault, hang, or trash the local APIC
2106                  * registers if we use CLFLUSH on the local APIC
2107                  * range.  The local APIC is always uncached, so we
2108                  * don't need to flush for that range anyway.
2109                  */
2110                 if (pmap_kextract(sva) == lapic_paddr)
2111                         return;
2112
2113                 /*
2114                  * Otherwise, do per-cache line flush.  Use the sfence
2115                  * instruction to insure that previous stores are
2116                  * included in the write-back.  The processor
2117                  * propagates flush to other processors in the cache
2118                  * coherence domain.
2119                  */
2120                 sfence();
2121                 for (; sva < eva; sva += cpu_clflush_line_size)
2122                         clflushopt(sva);
2123                 sfence();
2124         } else if ((cpu_feature & CPUID_CLFSH) != 0 &&
2125             eva - sva < PMAP_CLFLUSH_THRESHOLD) {
2126                 if (pmap_kextract(sva) == lapic_paddr)
2127                         return;
2128                 /*
2129                  * Writes are ordered by CLFLUSH on Intel CPUs.
2130                  */
2131                 if (cpu_vendor_id != CPU_VENDOR_INTEL)
2132                         mfence();
2133                 for (; sva < eva; sva += cpu_clflush_line_size)
2134                         clflush(sva);
2135                 if (cpu_vendor_id != CPU_VENDOR_INTEL)
2136                         mfence();
2137         } else {
2138
2139                 /*
2140                  * No targeted cache flush methods are supported by CPU,
2141                  * or the supplied range is bigger than 2MB.
2142                  * Globally invalidate cache.
2143                  */
2144                 pmap_invalidate_cache();
2145         }
2146 }
2147
2148 /*
2149  * Remove the specified set of pages from the data and instruction caches.
2150  *
2151  * In contrast to pmap_invalidate_cache_range(), this function does not
2152  * rely on the CPU's self-snoop feature, because it is intended for use
2153  * when moving pages into a different cache domain.
2154  */
2155 void
2156 pmap_invalidate_cache_pages(vm_page_t *pages, int count)
2157 {
2158         vm_offset_t daddr, eva;
2159         int i;
2160         bool useclflushopt;
2161
2162         useclflushopt = (cpu_stdext_feature & CPUID_STDEXT_CLFLUSHOPT) != 0;
2163         if (count >= PMAP_CLFLUSH_THRESHOLD / PAGE_SIZE ||
2164             ((cpu_feature & CPUID_CLFSH) == 0 && !useclflushopt))
2165                 pmap_invalidate_cache();
2166         else {
2167                 if (useclflushopt)
2168                         sfence();
2169                 else if (cpu_vendor_id != CPU_VENDOR_INTEL)
2170                         mfence();
2171                 for (i = 0; i < count; i++) {
2172                         daddr = PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(pages[i]));
2173                         eva = daddr + PAGE_SIZE;
2174                         for (; daddr < eva; daddr += cpu_clflush_line_size) {
2175                                 if (useclflushopt)
2176                                         clflushopt(daddr);
2177                                 else
2178                                         clflush(daddr);
2179                         }
2180                 }
2181                 if (useclflushopt)
2182                         sfence();
2183                 else if (cpu_vendor_id != CPU_VENDOR_INTEL)
2184                         mfence();
2185         }
2186 }
2187
2188 /*
2189  *      Routine:        pmap_extract
2190  *      Function:
2191  *              Extract the physical page address associated
2192  *              with the given map/virtual_address pair.
2193  */
2194 vm_paddr_t 
2195 pmap_extract(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
2196 {
2197         pdp_entry_t *pdpe;
2198         pd_entry_t *pde;
2199         pt_entry_t *pte, PG_V;
2200         vm_paddr_t pa;
2201
2202         pa = 0;
2203         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
2204         PMAP_LOCK(pmap);
2205         pdpe = pmap_pdpe(pmap, va);
2206         if (pdpe != NULL && (*pdpe & PG_V) != 0) {
2207                 if ((*pdpe & PG_PS) != 0)
2208                         pa = (*pdpe & PG_PS_FRAME) | (va & PDPMASK);
2209                 else {
2210                         pde = pmap_pdpe_to_pde(pdpe, va);
2211                         if ((*pde & PG_V) != 0) {
2212                                 if ((*pde & PG_PS) != 0) {
2213                                         pa = (*pde & PG_PS_FRAME) |
2214                                             (va & PDRMASK);
2215                                 } else {
2216                                         pte = pmap_pde_to_pte(pde, va);
2217                                         pa = (*pte & PG_FRAME) |
2218                                             (va & PAGE_MASK);
2219                                 }
2220                         }
2221                 }
2222         }
2223         PMAP_UNLOCK(pmap);
2224         return (pa);
2225 }
2226
2227 /*
2228  *      Routine:        pmap_extract_and_hold
2229  *      Function:
2230  *              Atomically extract and hold the physical page
2231  *              with the given pmap and virtual address pair
2232  *              if that mapping permits the given protection.
2233  */
2234 vm_page_t
2235 pmap_extract_and_hold(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_prot_t prot)
2236 {
2237         pd_entry_t pde, *pdep;
2238         pt_entry_t pte, PG_RW, PG_V;
2239         vm_paddr_t pa;
2240         vm_page_t m;
2241
2242         pa = 0;
2243         m = NULL;
2244         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
2245         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
2246         PMAP_LOCK(pmap);
2247 retry:
2248         pdep = pmap_pde(pmap, va);
2249         if (pdep != NULL && (pde = *pdep)) {
2250                 if (pde & PG_PS) {
2251                         if ((pde & PG_RW) || (prot & VM_PROT_WRITE) == 0) {
2252                                 if (vm_page_pa_tryrelock(pmap, (pde &
2253                                     PG_PS_FRAME) | (va & PDRMASK), &pa))
2254                                         goto retry;
2255                                 m = PHYS_TO_VM_PAGE(pa);
2256                         }
2257                 } else {
2258                         pte = *pmap_pde_to_pte(pdep, va);
2259                         if ((pte & PG_V) &&
2260                             ((pte & PG_RW) || (prot & VM_PROT_WRITE) == 0)) {
2261                                 if (vm_page_pa_tryrelock(pmap, pte & PG_FRAME,
2262                                     &pa))
2263                                         goto retry;
2264                                 m = PHYS_TO_VM_PAGE(pa);
2265                         }
2266                 }
2267                 if (m != NULL)
2268                         vm_page_hold(m);
2269         }
2270         PA_UNLOCK_COND(pa);
2271         PMAP_UNLOCK(pmap);
2272         return (m);
2273 }
2274
2275 vm_paddr_t
2276 pmap_kextract(vm_offset_t va)
2277 {
2278         pd_entry_t pde;
2279         vm_paddr_t pa;
2280
2281         if (va >= DMAP_MIN_ADDRESS && va < DMAP_MAX_ADDRESS) {
2282                 pa = DMAP_TO_PHYS(va);
2283         } else {
2284                 pde = *vtopde(va);
2285                 if (pde & PG_PS) {
2286                         pa = (pde & PG_PS_FRAME) | (va & PDRMASK);
2287                 } else {
2288                         /*
2289                          * Beware of a concurrent promotion that changes the
2290                          * PDE at this point!  For example, vtopte() must not
2291                          * be used to access the PTE because it would use the
2292                          * new PDE.  It is, however, safe to use the old PDE
2293                          * because the page table page is preserved by the
2294                          * promotion.
2295                          */
2296                         pa = *pmap_pde_to_pte(&pde, va);
2297                         pa = (pa & PG_FRAME) | (va & PAGE_MASK);
2298                 }
2299         }
2300         return (pa);
2301 }
2302
2303 /***************************************************
2304  * Low level mapping routines.....
2305  ***************************************************/
2306
2307 /*
2308  * Add a wired page to the kva.
2309  * Note: not SMP coherent.
2310  */
2311 PMAP_INLINE void 
2312 pmap_kenter(vm_offset_t va, vm_paddr_t pa)
2313 {
2314         pt_entry_t *pte;
2315
2316         pte = vtopte(va);
2317         pte_store(pte, pa | X86_PG_RW | X86_PG_V | pg_g);
2318 }
2319
2320 static __inline void
2321 pmap_kenter_attr(vm_offset_t va, vm_paddr_t pa, int mode)
2322 {
2323         pt_entry_t *pte;
2324         int cache_bits;
2325
2326         pte = vtopte(va);
2327         cache_bits = pmap_cache_bits(kernel_pmap, mode, 0);
2328         pte_store(pte, pa | X86_PG_RW | X86_PG_V | pg_g | cache_bits);
2329 }
2330
2331 /*
2332  * Remove a page from the kernel pagetables.
2333  * Note: not SMP coherent.
2334  */
2335 PMAP_INLINE void
2336 pmap_kremove(vm_offset_t va)
2337 {
2338         pt_entry_t *pte;
2339
2340         pte = vtopte(va);
2341         pte_clear(pte);
2342 }
2343
2344 /*
2345  *      Used to map a range of physical addresses into kernel
2346  *      virtual address space.
2347  *
2348  *      The value passed in '*virt' is a suggested virtual address for
2349  *      the mapping. Architectures which can support a direct-mapped
2350  *      physical to virtual region can return the appropriate address
2351  *      within that region, leaving '*virt' unchanged. Other
2352  *      architectures should map the pages starting at '*virt' and
2353  *      update '*virt' with the first usable address after the mapped
2354  *      region.
2355  */
2356 vm_offset_t
2357 pmap_map(vm_offset_t *virt, vm_paddr_t start, vm_paddr_t end, int prot)
2358 {
2359         return PHYS_TO_DMAP(start);
2360 }
2361
2362
2363 /*
2364  * Add a list of wired pages to the kva
2365  * this routine is only used for temporary
2366  * kernel mappings that do not need to have
2367  * page modification or references recorded.
2368  * Note that old mappings are simply written
2369  * over.  The page *must* be wired.
2370  * Note: SMP coherent.  Uses a ranged shootdown IPI.
2371  */
2372 void
2373 pmap_qenter(vm_offset_t sva, vm_page_t *ma, int count)
2374 {
2375         pt_entry_t *endpte, oldpte, pa, *pte;
2376         vm_page_t m;
2377         int cache_bits;
2378
2379         oldpte = 0;
2380         pte = vtopte(sva);
2381         endpte = pte + count;
2382         while (pte < endpte) {
2383                 m = *ma++;
2384                 cache_bits = pmap_cache_bits(kernel_pmap, m->md.pat_mode, 0);
2385                 pa = VM_PAGE_TO_PHYS(m) | cache_bits;
2386                 if ((*pte & (PG_FRAME | X86_PG_PTE_CACHE)) != pa) {
2387                         oldpte |= *pte;
2388                         pte_store(pte, pa | pg_g | X86_PG_RW | X86_PG_V);
2389                 }
2390                 pte++;
2391         }
2392         if (__predict_false((oldpte & X86_PG_V) != 0))
2393                 pmap_invalidate_range(kernel_pmap, sva, sva + count *
2394                     PAGE_SIZE);
2395 }
2396
2397 /*
2398  * This routine tears out page mappings from the
2399  * kernel -- it is meant only for temporary mappings.
2400  * Note: SMP coherent.  Uses a ranged shootdown IPI.
2401  */
2402 void
2403 pmap_qremove(vm_offset_t sva, int count)
2404 {
2405         vm_offset_t va;
2406
2407         va = sva;
2408         while (count-- > 0) {
2409                 KASSERT(va >= VM_MIN_KERNEL_ADDRESS, ("usermode va %lx", va));
2410                 pmap_kremove(va);
2411                 va += PAGE_SIZE;
2412         }
2413         pmap_invalidate_range(kernel_pmap, sva, va);
2414 }
2415
2416 /***************************************************
2417  * Page table page management routines.....
2418  ***************************************************/
2419 static __inline void
2420 pmap_free_zero_pages(struct spglist *free)
2421 {
2422         vm_page_t m;
2423         int count;
2424
2425         for (count = 0; (m = SLIST_FIRST(free)) != NULL; count++) {
2426                 SLIST_REMOVE_HEAD(free, plinks.s.ss);
2427                 /* Preserve the page's PG_ZERO setting. */
2428                 vm_page_free_toq(m);
2429         }
2430         atomic_subtract_int(&vm_cnt.v_wire_count, count);
2431 }
2432
2433 /*
2434  * Schedule the specified unused page table page to be freed.  Specifically,
2435  * add the page to the specified list of pages that will be released to the
2436  * physical memory manager after the TLB has been updated.
2437  */
2438 static __inline void
2439 pmap_add_delayed_free_list(vm_page_t m, struct spglist *free,
2440     boolean_t set_PG_ZERO)
2441 {
2442
2443         if (set_PG_ZERO)
2444                 m->flags |= PG_ZERO;
2445         else
2446                 m->flags &= ~PG_ZERO;
2447         SLIST_INSERT_HEAD(free, m, plinks.s.ss);
2448 }
2449         
2450 /*
2451  * Inserts the specified page table page into the specified pmap's collection
2452  * of idle page table pages.  Each of a pmap's page table pages is responsible
2453  * for mapping a distinct range of virtual addresses.  The pmap's collection is
2454  * ordered by this virtual address range.
2455  */
2456 static __inline int
2457 pmap_insert_pt_page(pmap_t pmap, vm_page_t mpte)
2458 {
2459
2460         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
2461         return (vm_radix_insert(&pmap->pm_root, mpte));
2462 }
2463
2464 /*
2465  * Removes the page table page mapping the specified virtual address from the
2466  * specified pmap's collection of idle page table pages, and returns it.
2467  * Otherwise, returns NULL if there is no page table page corresponding to the
2468  * specified virtual address.
2469  */
2470 static __inline vm_page_t
2471 pmap_remove_pt_page(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
2472 {
2473
2474         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
2475         return (vm_radix_remove(&pmap->pm_root, pmap_pde_pindex(va)));
2476 }
2477
2478 /*
2479  * Decrements a page table page's wire count, which is used to record the
2480  * number of valid page table entries within the page.  If the wire count
2481  * drops to zero, then the page table page is unmapped.  Returns TRUE if the
2482  * page table page was unmapped and FALSE otherwise.
2483  */
2484 static inline boolean_t
2485 pmap_unwire_ptp(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m, struct spglist *free)
2486 {
2487
2488         --m->wire_count;
2489         if (m->wire_count == 0) {
2490                 _pmap_unwire_ptp(pmap, va, m, free);
2491                 return (TRUE);
2492         } else
2493                 return (FALSE);
2494 }
2495
2496 static void
2497 _pmap_unwire_ptp(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m, struct spglist *free)
2498 {
2499
2500         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
2501         /*
2502          * unmap the page table page
2503          */
2504         if (m->pindex >= (NUPDE + NUPDPE)) {
2505                 /* PDP page */
2506                 pml4_entry_t *pml4;
2507                 pml4 = pmap_pml4e(pmap, va);
2508                 *pml4 = 0;
2509                 if (pmap->pm_pml4u != NULL && va <= VM_MAXUSER_ADDRESS) {
2510                         pml4 = &pmap->pm_pml4u[pmap_pml4e_index(va)];
2511                         *pml4 = 0;
2512                 }
2513         } else if (m->pindex >= NUPDE) {
2514                 /* PD page */
2515                 pdp_entry_t *pdp;
2516                 pdp = pmap_pdpe(pmap, va);
2517                 *pdp = 0;
2518         } else {
2519                 /* PTE page */
2520                 pd_entry_t *pd;
2521                 pd = pmap_pde(pmap, va);
2522                 *pd = 0;
2523         }
2524         pmap_resident_count_dec(pmap, 1);
2525         if (m->pindex < NUPDE) {
2526                 /* We just released a PT, unhold the matching PD */
2527                 vm_page_t pdpg;
2528
2529                 pdpg = PHYS_TO_VM_PAGE(*pmap_pdpe(pmap, va) & PG_FRAME);
2530                 pmap_unwire_ptp(pmap, va, pdpg, free);
2531         }
2532         if (m->pindex >= NUPDE && m->pindex < (NUPDE + NUPDPE)) {
2533                 /* We just released a PD, unhold the matching PDP */
2534                 vm_page_t pdppg;
2535
2536                 pdppg = PHYS_TO_VM_PAGE(*pmap_pml4e(pmap, va) & PG_FRAME);
2537                 pmap_unwire_ptp(pmap, va, pdppg, free);
2538         }
2539
2540         /* 
2541          * Put page on a list so that it is released after
2542          * *ALL* TLB shootdown is done
2543          */
2544         pmap_add_delayed_free_list(m, free, TRUE);
2545 }
2546
2547 /*
2548  * After removing a page table entry, this routine is used to
2549  * conditionally free the page, and manage the hold/wire counts.
2550  */
2551 static int
2552 pmap_unuse_pt(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t ptepde,
2553     struct spglist *free)
2554 {
2555         vm_page_t mpte;
2556
2557         if (va >= VM_MAXUSER_ADDRESS)
2558                 return (0);
2559         KASSERT(ptepde != 0, ("pmap_unuse_pt: ptepde != 0"));
2560         mpte = PHYS_TO_VM_PAGE(ptepde & PG_FRAME);
2561         return (pmap_unwire_ptp(pmap, va, mpte, free));
2562 }
2563
2564 void
2565 pmap_pinit0(pmap_t pmap)
2566 {
2567         int i;
2568
2569         PMAP_LOCK_INIT(pmap);
2570         pmap->pm_pml4 = (pml4_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(KPML4phys);
2571         pmap->pm_pml4u = NULL;
2572         pmap->pm_cr3 = KPML4phys;
2573         /* hack to keep pmap_pti_pcid_invalidate() alive */
2574         pmap->pm_ucr3 = PMAP_NO_CR3;
2575         pmap->pm_root.rt_root = 0;
2576         CPU_ZERO(&pmap->pm_active);
2577         TAILQ_INIT(&pmap->pm_pvchunk);
2578         bzero(&pmap->pm_stats, sizeof pmap->pm_stats);
2579         pmap->pm_flags = pmap_flags;
2580         CPU_FOREACH(i) {
2581                 pmap->pm_pcids[i].pm_pcid = PMAP_PCID_KERN + 1;
2582                 pmap->pm_pcids[i].pm_gen = 1;
2583         }
2584         pmap_activate_boot(pmap);
2585 }
2586
2587 void
2588 pmap_pinit_pml4(vm_page_t pml4pg)
2589 {
2590         pml4_entry_t *pm_pml4;
2591         int i;
2592
2593         pm_pml4 = (pml4_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(pml4pg));
2594
2595         /* Wire in kernel global address entries. */
2596         for (i = 0; i < NKPML4E; i++) {
2597                 pm_pml4[KPML4BASE + i] = (KPDPphys + ptoa(i)) | X86_PG_RW |
2598                     X86_PG_V;
2599         }
2600         for (i = 0; i < ndmpdpphys; i++) {
2601                 pm_pml4[DMPML4I + i] = (DMPDPphys + ptoa(i)) | X86_PG_RW |
2602                     X86_PG_V;
2603         }
2604
2605         /* install self-referential address mapping entry(s) */
2606         pm_pml4[PML4PML4I] = VM_PAGE_TO_PHYS(pml4pg) | X86_PG_V | X86_PG_RW |
2607             X86_PG_A | X86_PG_M;
2608 }
2609
2610 static void
2611 pmap_pinit_pml4_pti(vm_page_t pml4pg)
2612 {
2613         pml4_entry_t *pm_pml4;
2614         int i;
2615
2616         pm_pml4 = (pml4_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(pml4pg));
2617         for (i = 0; i < NPML4EPG; i++)
2618                 pm_pml4[i] = pti_pml4[i];
2619 }
2620
2621 /*
2622  * Initialize a preallocated and zeroed pmap structure,
2623  * such as one in a vmspace structure.
2624  */
2625 int
2626 pmap_pinit_type(pmap_t pmap, enum pmap_type pm_type, int flags)
2627 {
2628         vm_page_t pml4pg, pml4pgu;
2629         vm_paddr_t pml4phys;
2630         int i;
2631
2632         /*
2633          * allocate the page directory page
2634          */
2635         pml4pg = vm_page_alloc(NULL, 0, VM_ALLOC_NORMAL | VM_ALLOC_NOOBJ |
2636             VM_ALLOC_WIRED | VM_ALLOC_ZERO | VM_ALLOC_WAITOK);
2637
2638         pml4phys = VM_PAGE_TO_PHYS(pml4pg);
2639         pmap->pm_pml4 = (pml4_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(pml4phys);
2640         CPU_FOREACH(i) {
2641                 pmap->pm_pcids[i].pm_pcid = PMAP_PCID_NONE;
2642                 pmap->pm_pcids[i].pm_gen = 0;
2643         }
2644         pmap->pm_cr3 = PMAP_NO_CR3;     /* initialize to an invalid value */
2645         pmap->pm_ucr3 = PMAP_NO_CR3;
2646         pmap->pm_pml4u = NULL;
2647
2648         pmap->pm_type = pm_type;
2649         if ((pml4pg->flags & PG_ZERO) == 0)
2650                 pagezero(pmap->pm_pml4);
2651
2652         /*
2653          * Do not install the host kernel mappings in the nested page
2654          * tables. These mappings are meaningless in the guest physical
2655          * address space.
2656          * Install minimal kernel mappings in PTI case.
2657          */
2658         if (pm_type == PT_X86) {
2659                 pmap->pm_cr3 = pml4phys;
2660                 pmap_pinit_pml4(pml4pg);
2661                 if (pti) {
2662                         pml4pgu = vm_page_alloc(NULL, 0, VM_ALLOC_NORMAL |
2663                             VM_ALLOC_NOOBJ | VM_ALLOC_WIRED | VM_ALLOC_WAITOK);
2664                         pmap->pm_pml4u = (pml4_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(
2665                             VM_PAGE_TO_PHYS(pml4pgu));
2666                         pmap_pinit_pml4_pti(pml4pgu);
2667                         pmap->pm_ucr3 = VM_PAGE_TO_PHYS(pml4pgu);
2668                 }
2669         }
2670
2671         pmap->pm_root.rt_root = 0;
2672         CPU_ZERO(&pmap->pm_active);
2673         TAILQ_INIT(&pmap->pm_pvchunk);
2674         bzero(&pmap->pm_stats, sizeof pmap->pm_stats);
2675         pmap->pm_flags = flags;
2676         pmap->pm_eptgen = 0;
2677
2678         return (1);
2679 }
2680
2681 int
2682 pmap_pinit(pmap_t pmap)
2683 {
2684
2685         return (pmap_pinit_type(pmap, PT_X86, pmap_flags));
2686 }
2687
2688 /*
2689  * This routine is called if the desired page table page does not exist.
2690  *
2691  * If page table page allocation fails, this routine may sleep before
2692  * returning NULL.  It sleeps only if a lock pointer was given.
2693  *
2694  * Note: If a page allocation fails at page table level two or three,
2695  * one or two pages may be held during the wait, only to be released
2696  * afterwards.  This conservative approach is easily argued to avoid
2697  * race conditions.
2698  */
2699 static vm_page_t
2700 _pmap_allocpte(pmap_t pmap, vm_pindex_t ptepindex, struct rwlock **lockp)
2701 {
2702         vm_page_t m, pdppg, pdpg;
2703         pt_entry_t PG_A, PG_M, PG_RW, PG_V;
2704
2705         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
2706
2707         PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
2708         PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
2709         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
2710         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
2711
2712         /*
2713          * Allocate a page table page.
2714          */
2715         if ((m = vm_page_alloc(NULL, ptepindex, VM_ALLOC_NOOBJ |
2716             VM_ALLOC_WIRED | VM_ALLOC_ZERO)) == NULL) {
2717                 if (lockp != NULL) {
2718                         RELEASE_PV_LIST_LOCK(lockp);
2719                         PMAP_UNLOCK(pmap);
2720                         PMAP_ASSERT_NOT_IN_DI();
2721                         VM_WAIT;
2722                         PMAP_LOCK(pmap);
2723                 }
2724
2725                 /*
2726                  * Indicate the need to retry.  While waiting, the page table
2727                  * page may have been allocated.
2728                  */
2729                 return (NULL);
2730         }
2731         if ((m->flags & PG_ZERO) == 0)
2732                 pmap_zero_page(m);
2733
2734         /*
2735          * Map the pagetable page into the process address space, if
2736          * it isn't already there.
2737          */
2738
2739         if (ptepindex >= (NUPDE + NUPDPE)) {
2740                 pml4_entry_t *pml4, *pml4u;
2741                 vm_pindex_t pml4index;
2742
2743                 /* Wire up a new PDPE page */
2744                 pml4index = ptepindex - (NUPDE + NUPDPE);
2745                 pml4 = &pmap->pm_pml4[pml4index];
2746                 *pml4 = VM_PAGE_TO_PHYS(m) | PG_U | PG_RW | PG_V | PG_A | PG_M;
2747                 if (pmap->pm_pml4u != NULL && pml4index < NUPML4E) {
2748                         /*
2749                          * PTI: Make all user-space mappings in the
2750                          * kernel-mode page table no-execute so that
2751                          * we detect any programming errors that leave
2752                          * the kernel-mode page table active on return
2753                          * to user space.
2754                          */
2755                         if (pmap->pm_ucr3 != PMAP_NO_CR3)
2756                                 *pml4 |= pg_nx;
2757
2758                         pml4u = &pmap->pm_pml4u[pml4index];
2759                         *pml4u = VM_PAGE_TO_PHYS(m) | PG_U | PG_RW | PG_V |
2760                             PG_A | PG_M;
2761                 }
2762
2763         } else if (ptepindex >= NUPDE) {
2764                 vm_pindex_t pml4index;
2765                 vm_pindex_t pdpindex;
2766                 pml4_entry_t *pml4;
2767                 pdp_entry_t *pdp;
2768
2769                 /* Wire up a new PDE page */
2770                 pdpindex = ptepindex - NUPDE;
2771                 pml4index = pdpindex >> NPML4EPGSHIFT;
2772
2773                 pml4 = &pmap->pm_pml4[pml4index];
2774                 if ((*pml4 & PG_V) == 0) {
2775                         /* Have to allocate a new pdp, recurse */
2776                         if (_pmap_allocpte(pmap, NUPDE + NUPDPE + pml4index,
2777                             lockp) == NULL) {
2778                                 --m->wire_count;
2779                                 atomic_subtract_int(&vm_cnt.v_wire_count, 1);
2780                                 vm_page_free_zero(m);
2781                                 return (NULL);
2782                         }
2783                 } else {
2784                         /* Add reference to pdp page */
2785                         pdppg = PHYS_TO_VM_PAGE(*pml4 & PG_FRAME);
2786                         pdppg->wire_count++;
2787                 }
2788                 pdp = (pdp_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(*pml4 & PG_FRAME);
2789
2790                 /* Now find the pdp page */
2791                 pdp = &pdp[pdpindex & ((1ul << NPDPEPGSHIFT) - 1)];
2792                 *pdp = VM_PAGE_TO_PHYS(m) | PG_U | PG_RW | PG_V | PG_A | PG_M;
2793
2794         } else {
2795                 vm_pindex_t pml4index;
2796                 vm_pindex_t pdpindex;
2797                 pml4_entry_t *pml4;
2798                 pdp_entry_t *pdp;
2799                 pd_entry_t *pd;
2800
2801                 /* Wire up a new PTE page */
2802                 pdpindex = ptepindex >> NPDPEPGSHIFT;
2803                 pml4index = pdpindex >> NPML4EPGSHIFT;
2804
2805                 /* First, find the pdp and check that its valid. */
2806                 pml4 = &pmap->pm_pml4[pml4index];
2807                 if ((*pml4 & PG_V) == 0) {
2808                         /* Have to allocate a new pd, recurse */
2809                         if (_pmap_allocpte(pmap, NUPDE + pdpindex,
2810                             lockp) == NULL) {
2811                                 --m->wire_count;
2812                                 atomic_subtract_int(&vm_cnt.v_wire_count, 1);
2813                                 vm_page_free_zero(m);
2814                                 return (NULL);
2815                         }
2816                         pdp = (pdp_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(*pml4 & PG_FRAME);
2817                         pdp = &pdp[pdpindex & ((1ul << NPDPEPGSHIFT) - 1)];
2818                 } else {
2819                         pdp = (pdp_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(*pml4 & PG_FRAME);
2820                         pdp = &pdp[pdpindex & ((1ul << NPDPEPGSHIFT) - 1)];
2821                         if ((*pdp & PG_V) == 0) {
2822                                 /* Have to allocate a new pd, recurse */
2823                                 if (_pmap_allocpte(pmap, NUPDE + pdpindex,
2824                                     lockp) == NULL) {
2825                                         --m->wire_count;
2826                                         atomic_subtract_int(&vm_cnt.v_wire_count,
2827                                             1);
2828                                         vm_page_free_zero(m);
2829                                         return (NULL);
2830                                 }
2831                         } else {
2832                                 /* Add reference to the pd page */
2833                                 pdpg = PHYS_TO_VM_PAGE(*pdp & PG_FRAME);
2834                                 pdpg->wire_count++;
2835                         }
2836                 }
2837                 pd = (pd_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(*pdp & PG_FRAME);
2838
2839                 /* Now we know where the page directory page is */
2840                 pd = &pd[ptepindex & ((1ul << NPDEPGSHIFT) - 1)];
2841                 *pd = VM_PAGE_TO_PHYS(m) | PG_U | PG_RW | PG_V | PG_A | PG_M;
2842         }
2843
2844         pmap_resident_count_inc(pmap, 1);
2845
2846         return (m);
2847 }
2848
2849 static vm_page_t
2850 pmap_allocpde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, struct rwlock **lockp)
2851 {
2852         vm_pindex_t pdpindex, ptepindex;
2853         pdp_entry_t *pdpe, PG_V;
2854         vm_page_t pdpg;
2855
2856         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
2857
2858 retry:
2859         pdpe = pmap_pdpe(pmap, va);
2860         if (pdpe != NULL && (*pdpe & PG_V) != 0) {
2861                 /* Add a reference to the pd page. */
2862                 pdpg = PHYS_TO_VM_PAGE(*pdpe & PG_FRAME);
2863                 pdpg->wire_count++;
2864         } else {
2865                 /* Allocate a pd page. */
2866                 ptepindex = pmap_pde_pindex(va);
2867                 pdpindex = ptepindex >> NPDPEPGSHIFT;
2868                 pdpg = _pmap_allocpte(pmap, NUPDE + pdpindex, lockp);
2869                 if (pdpg == NULL && lockp != NULL)
2870                         goto retry;
2871         }
2872         return (pdpg);
2873 }
2874
2875 static vm_page_t
2876 pmap_allocpte(pmap_t pmap, vm_offset_t va, struct rwlock **lockp)
2877 {
2878         vm_pindex_t ptepindex;
2879         pd_entry_t *pd, PG_V;
2880         vm_page_t m;
2881
2882         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
2883
2884         /*
2885          * Calculate pagetable page index
2886          */
2887         ptepindex = pmap_pde_pindex(va);
2888 retry:
2889         /*
2890          * Get the page directory entry
2891          */
2892         pd = pmap_pde(pmap, va);
2893
2894         /*
2895          * This supports switching from a 2MB page to a
2896          * normal 4K page.
2897          */
2898         if (pd != NULL && (*pd & (PG_PS | PG_V)) == (PG_PS | PG_V)) {
2899                 if (!pmap_demote_pde_locked(pmap, pd, va, lockp)) {
2900                         /*
2901                          * Invalidation of the 2MB page mapping may have caused
2902                          * the deallocation of the underlying PD page.
2903                          */
2904                         pd = NULL;
2905                 }
2906         }
2907
2908         /*
2909          * If the page table page is mapped, we just increment the
2910          * hold count, and activate it.
2911          */
2912         if (pd != NULL && (*pd & PG_V) != 0) {
2913                 m = PHYS_TO_VM_PAGE(*pd & PG_FRAME);
2914                 m->wire_count++;
2915         } else {
2916                 /*
2917                  * Here if the pte page isn't mapped, or if it has been
2918                  * deallocated.
2919                  */
2920                 m = _pmap_allocpte(pmap, ptepindex, lockp);
2921                 if (m == NULL && lockp != NULL)
2922                         goto retry;
2923         }
2924         return (m);
2925 }
2926
2927
2928 /***************************************************
2929  * Pmap allocation/deallocation routines.
2930  ***************************************************/
2931
2932 /*
2933  * Release any resources held by the given physical map.
2934  * Called when a pmap initialized by pmap_pinit is being released.
2935  * Should only be called if the map contains no valid mappings.
2936  */
2937 void
2938 pmap_release(pmap_t pmap)
2939 {
2940         vm_page_t m;
2941         int i;
2942
2943         KASSERT(pmap->pm_stats.resident_count == 0,
2944             ("pmap_release: pmap resident count %ld != 0",
2945             pmap->pm_stats.resident_count));
2946         KASSERT(vm_radix_is_empty(&pmap->pm_root),
2947             ("pmap_release: pmap has reserved page table page(s)"));
2948         KASSERT(CPU_EMPTY(&pmap->pm_active),
2949             ("releasing active pmap %p", pmap));
2950
2951         m = PHYS_TO_VM_PAGE(DMAP_TO_PHYS((vm_offset_t)pmap->pm_pml4));
2952
2953         for (i = 0; i < NKPML4E; i++)   /* KVA */
2954                 pmap->pm_pml4[KPML4BASE + i] = 0;
2955         for (i = 0; i < ndmpdpphys; i++)/* Direct Map */
2956                 pmap->pm_pml4[DMPML4I + i] = 0;
2957         pmap->pm_pml4[PML4PML4I] = 0;   /* Recursive Mapping */
2958
2959         m->wire_count--;
2960         atomic_subtract_int(&vm_cnt.v_wire_count, 1);
2961         vm_page_free_zero(m);
2962
2963         if (pmap->pm_pml4u != NULL) {
2964                 m = PHYS_TO_VM_PAGE(DMAP_TO_PHYS((vm_offset_t)pmap->pm_pml4u));
2965                 m->wire_count--;
2966                 atomic_subtract_int(&vm_cnt.v_wire_count, 1);
2967                 vm_page_free(m);
2968         }
2969 }
2970 \f
2971 static int
2972 kvm_size(SYSCTL_HANDLER_ARGS)
2973 {
2974         unsigned long ksize = VM_MAX_KERNEL_ADDRESS - VM_MIN_KERNEL_ADDRESS;
2975
2976         return sysctl_handle_long(oidp, &ksize, 0, req);
2977 }
2978 SYSCTL_PROC(_vm, OID_AUTO, kvm_size, CTLTYPE_LONG|CTLFLAG_RD, 
2979     0, 0, kvm_size, "LU", "Size of KVM");
2980
2981 static int
2982 kvm_free(SYSCTL_HANDLER_ARGS)
2983 {
2984         unsigned long kfree = VM_MAX_KERNEL_ADDRESS - kernel_vm_end;
2985
2986         return sysctl_handle_long(oidp, &kfree, 0, req);
2987 }
2988 SYSCTL_PROC(_vm, OID_AUTO, kvm_free, CTLTYPE_LONG|CTLFLAG_RD, 
2989     0, 0, kvm_free, "LU", "Amount of KVM free");
2990
2991 /*
2992  * grow the number of kernel page table entries, if needed
2993  */
2994 void
2995 pmap_growkernel(vm_offset_t addr)
2996 {
2997         vm_paddr_t paddr;
2998         vm_page_t nkpg;
2999         pd_entry_t *pde, newpdir;
3000         pdp_entry_t *pdpe;
3001
3002         mtx_assert(&kernel_map->system_mtx, MA_OWNED);
3003
3004         /*
3005          * Return if "addr" is within the range of kernel page table pages
3006          * that were preallocated during pmap bootstrap.  Moreover, leave
3007          * "kernel_vm_end" and the kernel page table as they were.
3008          *
3009          * The correctness of this action is based on the following
3010          * argument: vm_map_insert() allocates contiguous ranges of the
3011          * kernel virtual address space.  It calls this function if a range
3012          * ends after "kernel_vm_end".  If the kernel is mapped between
3013          * "kernel_vm_end" and "addr", then the range cannot begin at
3014          * "kernel_vm_end".  In fact, its beginning address cannot be less
3015          * than the kernel.  Thus, there is no immediate need to allocate
3016          * any new kernel page table pages between "kernel_vm_end" and
3017          * "KERNBASE".
3018          */
3019         if (KERNBASE < addr && addr <= KERNBASE + nkpt * NBPDR)
3020                 return;
3021
3022         addr = roundup2(addr, NBPDR);
3023         if (addr - 1 >= vm_map_max(kernel_map))
3024                 addr = vm_map_max(kernel_map);
3025         while (kernel_vm_end < addr) {
3026                 pdpe = pmap_pdpe(kernel_pmap, kernel_vm_end);
3027                 if ((*pdpe & X86_PG_V) == 0) {
3028                         /* We need a new PDP entry */
3029                         nkpg = vm_page_alloc(NULL, kernel_vm_end >> PDPSHIFT,
3030                             VM_ALLOC_INTERRUPT | VM_ALLOC_NOOBJ |
3031                             VM_ALLOC_WIRED | VM_ALLOC_ZERO);
3032                         if (nkpg == NULL)
3033                                 panic("pmap_growkernel: no memory to grow kernel");
3034                         if ((nkpg->flags & PG_ZERO) == 0)
3035                                 pmap_zero_page(nkpg);
3036                         paddr = VM_PAGE_TO_PHYS(nkpg);
3037                         *pdpe = (pdp_entry_t)(paddr | X86_PG_V | X86_PG_RW |
3038                             X86_PG_A | X86_PG_M);
3039                         continue; /* try again */
3040                 }
3041                 pde = pmap_pdpe_to_pde(pdpe, kernel_vm_end);
3042                 if ((*pde & X86_PG_V) != 0) {
3043                         kernel_vm_end = (kernel_vm_end + NBPDR) & ~PDRMASK;
3044                         if (kernel_vm_end - 1 >= vm_map_max(kernel_map)) {
3045                                 kernel_vm_end = vm_map_max(kernel_map);
3046                                 break;                       
3047                         }
3048                         continue;
3049                 }
3050
3051                 nkpg = vm_page_alloc(NULL, pmap_pde_pindex(kernel_vm_end),
3052                     VM_ALLOC_INTERRUPT | VM_ALLOC_NOOBJ | VM_ALLOC_WIRED |
3053                     VM_ALLOC_ZERO);
3054                 if (nkpg == NULL)
3055                         panic("pmap_growkernel: no memory to grow kernel");
3056                 if ((nkpg->flags & PG_ZERO) == 0)
3057                         pmap_zero_page(nkpg);
3058                 paddr = VM_PAGE_TO_PHYS(nkpg);
3059                 newpdir = paddr | X86_PG_V | X86_PG_RW | X86_PG_A | X86_PG_M;
3060                 pde_store(pde, newpdir);
3061
3062                 kernel_vm_end = (kernel_vm_end + NBPDR) & ~PDRMASK;
3063                 if (kernel_vm_end - 1 >= vm_map_max(kernel_map)) {
3064                         kernel_vm_end = vm_map_max(kernel_map);
3065                         break;                       
3066                 }
3067         }
3068 }
3069
3070
3071 /***************************************************
3072  * page management routines.
3073  ***************************************************/
3074
3075 CTASSERT(sizeof(struct pv_chunk) == PAGE_SIZE);
3076 CTASSERT(_NPCM == 3);
3077 CTASSERT(_NPCPV == 168);
3078
3079 static __inline struct pv_chunk *
3080 pv_to_chunk(pv_entry_t pv)
3081 {
3082
3083         return ((struct pv_chunk *)((uintptr_t)pv & ~(uintptr_t)PAGE_MASK));
3084 }
3085
3086 #define PV_PMAP(pv) (pv_to_chunk(pv)->pc_pmap)
3087
3088 #define PC_FREE0        0xfffffffffffffffful
3089 #define PC_FREE1        0xfffffffffffffffful
3090 #define PC_FREE2        0x000000fffffffffful
3091
3092 static const uint64_t pc_freemask[_NPCM] = { PC_FREE0, PC_FREE1, PC_FREE2 };
3093
3094 #ifdef PV_STATS
3095 static int pc_chunk_count, pc_chunk_allocs, pc_chunk_frees, pc_chunk_tryfail;
3096
3097 SYSCTL_INT(_vm_pmap, OID_AUTO, pc_chunk_count, CTLFLAG_RD, &pc_chunk_count, 0,
3098         "Current number of pv entry chunks");
3099 SYSCTL_INT(_vm_pmap, OID_AUTO, pc_chunk_allocs, CTLFLAG_RD, &pc_chunk_allocs, 0,
3100         "Current number of pv entry chunks allocated");
3101 SYSCTL_INT(_vm_pmap, OID_AUTO, pc_chunk_frees, CTLFLAG_RD, &pc_chunk_frees, 0,
3102         "Current number of pv entry chunks frees");
3103 SYSCTL_INT(_vm_pmap, OID_AUTO, pc_chunk_tryfail, CTLFLAG_RD, &pc_chunk_tryfail, 0,
3104         "Number of times tried to get a chunk page but failed.");
3105
3106 static long pv_entry_frees, pv_entry_allocs, pv_entry_count;
3107 static int pv_entry_spare;
3108
3109 SYSCTL_LONG(_vm_pmap, OID_AUTO, pv_entry_frees, CTLFLAG_RD, &pv_entry_frees, 0,
3110         "Current number of pv entry frees");
3111 SYSCTL_LONG(_vm_pmap, OID_AUTO, pv_entry_allocs, CTLFLAG_RD, &pv_entry_allocs, 0,
3112         "Current number of pv entry allocs");
3113 SYSCTL_LONG(_vm_pmap, OID_AUTO, pv_entry_count, CTLFLAG_RD, &pv_entry_count, 0,
3114         "Current number of pv entries");
3115 SYSCTL_INT(_vm_pmap, OID_AUTO, pv_entry_spare, CTLFLAG_RD, &pv_entry_spare, 0,
3116         "Current number of spare pv entries");
3117 #endif
3118
3119 static void
3120 reclaim_pv_chunk_leave_pmap(pmap_t pmap, pmap_t locked_pmap, bool start_di)
3121 {
3122
3123         if (pmap == NULL)
3124                 return;
3125         pmap_invalidate_all(pmap);
3126         if (pmap != locked_pmap)
3127                 PMAP_UNLOCK(pmap);
3128         if (start_di)
3129                 pmap_delayed_invl_finished();
3130 }
3131
3132 /*
3133  * We are in a serious low memory condition.  Resort to
3134  * drastic measures to free some pages so we can allocate
3135  * another pv entry chunk.
3136  *
3137  * Returns NULL if PV entries were reclaimed from the specified pmap.
3138  *
3139  * We do not, however, unmap 2mpages because subsequent accesses will
3140  * allocate per-page pv entries until repromotion occurs, thereby
3141  * exacerbating the shortage of free pv entries.
3142  */
3143 static vm_page_t
3144 reclaim_pv_chunk(pmap_t locked_pmap, struct rwlock **lockp)
3145 {
3146         struct pv_chunk *pc, *pc_marker, *pc_marker_end;
3147         struct pv_chunk_header pc_marker_b, pc_marker_end_b;
3148         struct md_page *pvh;
3149         pd_entry_t *pde;
3150         pmap_t next_pmap, pmap;
3151         pt_entry_t *pte, tpte;
3152         pt_entry_t PG_G, PG_A, PG_M, PG_RW;
3153         pv_entry_t pv;
3154         vm_offset_t va;
3155         vm_page_t m, m_pc;
3156         struct spglist free;
3157         uint64_t inuse;
3158         int bit, field, freed;
3159         bool start_di;
3160         static int active_reclaims = 0;
3161
3162         PMAP_LOCK_ASSERT(locked_pmap, MA_OWNED);
3163         KASSERT(lockp != NULL, ("reclaim_pv_chunk: lockp is NULL"));
3164         pmap = NULL;
3165         m_pc = NULL;
3166         PG_G = PG_A = PG_M = PG_RW = 0;
3167         SLIST_INIT(&free);
3168         bzero(&pc_marker_b, sizeof(pc_marker_b));
3169         bzero(&pc_marker_end_b, sizeof(pc_marker_end_b));
3170         pc_marker = (struct pv_chunk *)&pc_marker_b;
3171         pc_marker_end = (struct pv_chunk *)&pc_marker_end_b;
3172
3173         /*
3174          * A delayed invalidation block should already be active if
3175          * pmap_advise() or pmap_remove() called this function by way
3176          * of pmap_demote_pde_locked().
3177          */
3178         start_di = pmap_not_in_di();
3179
3180         mtx_lock(&pv_chunks_mutex);
3181         active_reclaims++;
3182         TAILQ_INSERT_HEAD(&pv_chunks, pc_marker, pc_lru);
3183         TAILQ_INSERT_TAIL(&pv_chunks, pc_marker_end, pc_lru);
3184         while ((pc = TAILQ_NEXT(pc_marker, pc_lru)) != pc_marker_end &&
3185             SLIST_EMPTY(&free)) {
3186                 next_pmap = pc->pc_pmap;
3187                 if (next_pmap == NULL) {
3188                         /*
3189                          * The next chunk is a marker.  However, it is
3190                          * not our marker, so active_reclaims must be
3191                          * > 1.  Consequently, the next_chunk code
3192                          * will not rotate the pv_chunks list.
3193                          */
3194                         goto next_chunk;
3195                 }
3196                 mtx_unlock(&pv_chunks_mutex);
3197
3198                 /*
3199                  * A pv_chunk can only be removed from the pc_lru list
3200                  * when both pc_chunks_mutex is owned and the
3201                  * corresponding pmap is locked.
3202                  */
3203                 if (pmap != next_pmap) {
3204                         reclaim_pv_chunk_leave_pmap(pmap, locked_pmap,
3205                             start_di);
3206                         pmap = next_pmap;
3207                         /* Avoid deadlock and lock recursion. */
3208                         if (pmap > locked_pmap) {
3209                                 RELEASE_PV_LIST_LOCK(lockp);
3210                                 PMAP_LOCK(pmap);
3211                                 if (start_di)
3212                                         pmap_delayed_invl_started();
3213                                 mtx_lock(&pv_chunks_mutex);
3214                                 continue;
3215                         } else if (pmap != locked_pmap) {
3216                                 if (PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
3217                                         if (start_di)
3218                                                 pmap_delayed_invl_started();
3219                                         mtx_lock(&pv_chunks_mutex);
3220                                         continue;
3221                                 } else {
3222                                         pmap = NULL; /* pmap is not locked */
3223                                         mtx_lock(&pv_chunks_mutex);
3224                                         pc = TAILQ_NEXT(pc_marker, pc_lru);
3225                                         if (pc == NULL ||
3226                                             pc->pc_pmap != next_pmap)
3227                                                 continue;
3228                                         goto next_chunk;
3229                                 }
3230                         } else if (start_di)
3231                                 pmap_delayed_invl_started();
3232                         PG_G = pmap_global_bit(pmap);
3233                         PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
3234                         PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
3235                         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
3236                 }
3237
3238                 /*
3239                  * Destroy every non-wired, 4 KB page mapping in the chunk.
3240                  */
3241                 freed = 0;
3242                 for (field = 0; field < _NPCM; field++) {
3243                         for (inuse = ~pc->pc_map[field] & pc_freemask[field];
3244                             inuse != 0; inuse &= ~(1UL << bit)) {
3245                                 bit = bsfq(inuse);
3246                                 pv = &pc->pc_pventry[field * 64 + bit];
3247                                 va = pv->pv_va;
3248                                 pde = pmap_pde(pmap, va);
3249                                 if ((*pde & PG_PS) != 0)
3250                                         continue;
3251                                 pte = pmap_pde_to_pte(pde, va);
3252                                 if ((*pte & PG_W) != 0)
3253                                         continue;
3254                                 tpte = pte_load_clear(pte);
3255                                 if ((tpte & PG_G) != 0)
3256                                         pmap_invalidate_page(pmap, va);
3257                                 m = PHYS_TO_VM_PAGE(tpte & PG_FRAME);
3258                                 if ((tpte & (PG_M | PG_RW)) == (PG_M | PG_RW))
3259                                         vm_page_dirty(m);
3260                                 if ((tpte & PG_A) != 0)
3261                                         vm_page_aflag_set(m, PGA_REFERENCED);
3262                                 CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_VM_PAGE(lockp, m);
3263                                 TAILQ_REMOVE(&m->md.pv_list, pv, pv_next);
3264                                 m->md.pv_gen++;
3265                                 if (TAILQ_EMPTY(&m->md.pv_list) &&
3266                                     (m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0) {
3267                                         pvh = pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
3268                                         if (TAILQ_EMPTY(&pvh->pv_list)) {
3269                                                 vm_page_aflag_clear(m,
3270                                                     PGA_WRITEABLE);
3271                                         }
3272                                 }
3273                                 pmap_delayed_invl_page(m);
3274                                 pc->pc_map[field] |= 1UL << bit;
3275                                 pmap_unuse_pt(pmap, va, *pde, &free);
3276                                 freed++;
3277                         }
3278                 }
3279                 if (freed == 0) {
3280                         mtx_lock(&pv_chunks_mutex);
3281                         goto next_chunk;
3282                 }
3283                 /* Every freed mapping is for a 4 KB page. */
3284                 pmap_resident_count_dec(pmap, freed);
3285                 PV_STAT(atomic_add_long(&pv_entry_frees, freed));
3286                 PV_STAT(atomic_add_int(&pv_entry_spare, freed));
3287                 PV_STAT(atomic_subtract_long(&pv_entry_count, freed));
3288                 TAILQ_REMOVE(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
3289                 if (pc->pc_map[0] == PC_FREE0 && pc->pc_map[1] == PC_FREE1 &&
3290                     pc->pc_map[2] == PC_FREE2) {
3291                         PV_STAT(atomic_subtract_int(&pv_entry_spare, _NPCPV));
3292                         PV_STAT(atomic_subtract_int(&pc_chunk_count, 1));
3293                         PV_STAT(atomic_add_int(&pc_chunk_frees, 1));
3294                         /* Entire chunk is free; return it. */
3295                         m_pc = PHYS_TO_VM_PAGE(DMAP_TO_PHYS((vm_offset_t)pc));
3296                         dump_drop_page(m_pc->phys_addr);
3297                         mtx_lock(&pv_chunks_mutex);
3298                         TAILQ_REMOVE(&pv_chunks, pc, pc_lru);
3299                         break;
3300                 }
3301                 TAILQ_INSERT_HEAD(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
3302                 mtx_lock(&pv_chunks_mutex);
3303                 /* One freed pv entry in locked_pmap is sufficient. */
3304                 if (pmap == locked_pmap)
3305                         break;
3306 next_chunk:
3307                 TAILQ_REMOVE(&pv_chunks, pc_marker, pc_lru);
3308                 TAILQ_INSERT_AFTER(&pv_chunks, pc, pc_marker, pc_lru);
3309                 if (active_reclaims == 1 && pmap != NULL) {
3310                         /*
3311                          * Rotate the pv chunks list so that we do not
3312                          * scan the same pv chunks that could not be
3313                          * freed (because they contained a wired
3314                          * and/or superpage mapping) on every
3315                          * invocation of reclaim_pv_chunk().
3316                          */
3317                         while ((pc = TAILQ_FIRST(&pv_chunks)) != pc_marker) {
3318                                 MPASS(pc->pc_pmap != NULL);
3319                                 TAILQ_REMOVE(&pv_chunks, pc, pc_lru);
3320                                 TAILQ_INSERT_TAIL(&pv_chunks, pc, pc_lru);
3321                         }
3322                 }
3323         }
3324         TAILQ_REMOVE(&pv_chunks, pc_marker, pc_lru);
3325         TAILQ_REMOVE(&pv_chunks, pc_marker_end, pc_lru);
3326         active_reclaims--;
3327         mtx_unlock(&pv_chunks_mutex);
3328         reclaim_pv_chunk_leave_pmap(pmap, locked_pmap, start_di);
3329         if (m_pc == NULL && !SLIST_EMPTY(&free)) {
3330                 m_pc = SLIST_FIRST(&free);
3331                 SLIST_REMOVE_HEAD(&free, plinks.s.ss);
3332                 /* Recycle a freed page table page. */
3333                 m_pc->wire_count = 1;
3334         }
3335         pmap_free_zero_pages(&free);
3336         return (m_pc);
3337 }
3338
3339 /*
3340  * free the pv_entry back to the free list
3341  */
3342 static void
3343 free_pv_entry(pmap_t pmap, pv_entry_t pv)
3344 {
3345         struct pv_chunk *pc;
3346         int idx, field, bit;
3347
3348         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
3349         PV_STAT(atomic_add_long(&pv_entry_frees, 1));
3350         PV_STAT(atomic_add_int(&pv_entry_spare, 1));
3351         PV_STAT(atomic_subtract_long(&pv_entry_count, 1));
3352         pc = pv_to_chunk(pv);
3353         idx = pv - &pc->pc_pventry[0];
3354         field = idx / 64;
3355         bit = idx % 64;
3356         pc->pc_map[field] |= 1ul << bit;
3357         if (pc->pc_map[0] != PC_FREE0 || pc->pc_map[1] != PC_FREE1 ||
3358             pc->pc_map[2] != PC_FREE2) {
3359                 /* 98% of the time, pc is already at the head of the list. */
3360                 if (__predict_false(pc != TAILQ_FIRST(&pmap->pm_pvchunk))) {
3361                         TAILQ_REMOVE(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
3362                         TAILQ_INSERT_HEAD(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
3363                 }
3364                 return;
3365         }
3366         TAILQ_REMOVE(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
3367         free_pv_chunk(pc);
3368 }
3369
3370 static void
3371 free_pv_chunk(struct pv_chunk *pc)
3372 {
3373         vm_page_t m;
3374
3375         mtx_lock(&pv_chunks_mutex);
3376         TAILQ_REMOVE(&pv_chunks, pc, pc_lru);
3377         mtx_unlock(&pv_chunks_mutex);
3378         PV_STAT(atomic_subtract_int(&pv_entry_spare, _NPCPV));
3379         PV_STAT(atomic_subtract_int(&pc_chunk_count, 1));
3380         PV_STAT(atomic_add_int(&pc_chunk_frees, 1));
3381         /* entire chunk is free, return it */
3382         m = PHYS_TO_VM_PAGE(DMAP_TO_PHYS((vm_offset_t)pc));
3383         dump_drop_page(m->phys_addr);
3384         vm_page_unwire(m, PQ_NONE);
3385         vm_page_free(m);
3386 }
3387
3388 /*
3389  * Returns a new PV entry, allocating a new PV chunk from the system when
3390  * needed.  If this PV chunk allocation fails and a PV list lock pointer was
3391  * given, a PV chunk is reclaimed from an arbitrary pmap.  Otherwise, NULL is
3392  * returned.
3393  *
3394  * The given PV list lock may be released.
3395  */
3396 static pv_entry_t
3397 get_pv_entry(pmap_t pmap, struct rwlock **lockp)
3398 {
3399         int bit, field;
3400         pv_entry_t pv;
3401         struct pv_chunk *pc;
3402         vm_page_t m;
3403
3404         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
3405         PV_STAT(atomic_add_long(&pv_entry_allocs, 1));
3406 retry:
3407         pc = TAILQ_FIRST(&pmap->pm_pvchunk);
3408         if (pc != NULL) {
3409                 for (field = 0; field < _NPCM; field++) {
3410                         if (pc->pc_map[field]) {
3411                                 bit = bsfq(pc->pc_map[field]);
3412                                 break;
3413                         }
3414                 }
3415                 if (field < _NPCM) {
3416                         pv = &pc->pc_pventry[field * 64 + bit];
3417                         pc->pc_map[field] &= ~(1ul << bit);
3418                         /* If this was the last item, move it to tail */
3419                         if (pc->pc_map[0] == 0 && pc->pc_map[1] == 0 &&
3420                             pc->pc_map[2] == 0) {
3421                                 TAILQ_REMOVE(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
3422                                 TAILQ_INSERT_TAIL(&pmap->pm_pvchunk, pc,
3423                                     pc_list);
3424                         }
3425                         PV_STAT(atomic_add_long(&pv_entry_count, 1));
3426                         PV_STAT(atomic_subtract_int(&pv_entry_spare, 1));
3427                         return (pv);
3428                 }
3429         }
3430         /* No free items, allocate another chunk */
3431         m = vm_page_alloc(NULL, 0, VM_ALLOC_NORMAL | VM_ALLOC_NOOBJ |
3432             VM_ALLOC_WIRED);
3433         if (m == NULL) {
3434                 if (lockp == NULL) {
3435                         PV_STAT(pc_chunk_tryfail++);
3436                         return (NULL);
3437                 }
3438                 m = reclaim_pv_chunk(pmap, lockp);
3439                 if (m == NULL)
3440                         goto retry;
3441         }
3442         PV_STAT(atomic_add_int(&pc_chunk_count, 1));
3443         PV_STAT(atomic_add_int(&pc_chunk_allocs, 1));
3444         dump_add_page(m->phys_addr);
3445         pc = (void *)PHYS_TO_DMAP(m->phys_addr);
3446         pc->pc_pmap = pmap;
3447         pc->pc_map[0] = PC_FREE0 & ~1ul;        /* preallocated bit 0 */
3448         pc->pc_map[1] = PC_FREE1;
3449         pc->pc_map[2] = PC_FREE2;
3450         mtx_lock(&pv_chunks_mutex);
3451         TAILQ_INSERT_TAIL(&pv_chunks, pc, pc_lru);
3452         mtx_unlock(&pv_chunks_mutex);
3453         pv = &pc->pc_pventry[0];
3454         TAILQ_INSERT_HEAD(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
3455         PV_STAT(atomic_add_long(&pv_entry_count, 1));
3456         PV_STAT(atomic_add_int(&pv_entry_spare, _NPCPV - 1));
3457         return (pv);
3458 }
3459
3460 /*
3461  * Returns the number of one bits within the given PV chunk map.
3462  *
3463  * The erratas for Intel processors state that "POPCNT Instruction May
3464  * Take Longer to Execute Than Expected".  It is believed that the
3465  * issue is the spurious dependency on the destination register.
3466  * Provide a hint to the register rename logic that the destination
3467  * value is overwritten, by clearing it, as suggested in the
3468  * optimization manual.  It should be cheap for unaffected processors
3469  * as well.
3470  *
3471  * Reference numbers for erratas are
3472  * 4th Gen Core: HSD146
3473  * 5th Gen Core: BDM85
3474  * 6th Gen Core: SKL029
3475  */
3476 static int
3477 popcnt_pc_map_pq(uint64_t *map)
3478 {
3479         u_long result, tmp;
3480
3481         __asm __volatile("xorl %k0,%k0;popcntq %2,%0;"
3482             "xorl %k1,%k1;popcntq %3,%1;addl %k1,%k0;"
3483             "xorl %k1,%k1;popcntq %4,%1;addl %k1,%k0"
3484             : "=&r" (result), "=&r" (tmp)
3485             : "m" (map[0]), "m" (map[1]), "m" (map[2]));
3486         return (result);
3487 }
3488
3489 /*
3490  * Ensure that the number of spare PV entries in the specified pmap meets or
3491  * exceeds the given count, "needed".
3492  *
3493  * The given PV list lock may be released.
3494  */
3495 static void
3496 reserve_pv_entries(pmap_t pmap, int needed, struct rwlock **lockp)
3497 {
3498         struct pch new_tail;
3499         struct pv_chunk *pc;
3500         vm_page_t m;
3501         int avail, free;
3502         bool reclaimed;
3503
3504         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
3505         KASSERT(lockp != NULL, ("reserve_pv_entries: lockp is NULL"));
3506
3507         /*
3508          * Newly allocated PV chunks must be stored in a private list until
3509          * the required number of PV chunks have been allocated.  Otherwise,
3510          * reclaim_pv_chunk() could recycle one of these chunks.  In
3511          * contrast, these chunks must be added to the pmap upon allocation.
3512          */
3513         TAILQ_INIT(&new_tail);
3514 retry:
3515         avail = 0;
3516         TAILQ_FOREACH(pc, &pmap->pm_pvchunk, pc_list) {
3517 #ifndef __POPCNT__
3518                 if ((cpu_feature2 & CPUID2_POPCNT) == 0)
3519                         bit_count((bitstr_t *)pc->pc_map, 0,
3520                             sizeof(pc->pc_map) * NBBY, &free);
3521                 else
3522 #endif
3523                 free = popcnt_pc_map_pq(pc->pc_map);
3524                 if (free == 0)
3525                         break;
3526                 avail += free;
3527                 if (avail >= needed)
3528                         break;
3529         }
3530         for (reclaimed = false; avail < needed; avail += _NPCPV) {
3531                 m = vm_page_alloc(NULL, 0, VM_ALLOC_NORMAL | VM_ALLOC_NOOBJ |
3532                     VM_ALLOC_WIRED);
3533                 if (m == NULL) {
3534                         m = reclaim_pv_chunk(pmap, lockp);
3535                         if (m == NULL)
3536                                 goto retry;
3537                         reclaimed = true;
3538                 }
3539                 PV_STAT(atomic_add_int(&pc_chunk_count, 1));
3540                 PV_STAT(atomic_add_int(&pc_chunk_allocs, 1));
3541                 dump_add_page(m->phys_addr);
3542                 pc = (void *)PHYS_TO_DMAP(m->phys_addr);
3543                 pc->pc_pmap = pmap;
3544                 pc->pc_map[0] = PC_FREE0;
3545                 pc->pc_map[1] = PC_FREE1;
3546                 pc->pc_map[2] = PC_FREE2;
3547                 TAILQ_INSERT_HEAD(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
3548                 TAILQ_INSERT_TAIL(&new_tail, pc, pc_lru);
3549                 PV_STAT(atomic_add_int(&pv_entry_spare, _NPCPV));
3550
3551                 /*
3552                  * The reclaim might have freed a chunk from the current pmap.
3553                  * If that chunk contained available entries, we need to
3554                  * re-count the number of available entries.
3555                  */
3556                 if (reclaimed)
3557                         goto retry;
3558         }
3559         if (!TAILQ_EMPTY(&new_tail)) {
3560                 mtx_lock(&pv_chunks_mutex);
3561                 TAILQ_CONCAT(&pv_chunks, &new_tail, pc_lru);
3562                 mtx_unlock(&pv_chunks_mutex);
3563         }
3564 }
3565
3566 /*
3567  * First find and then remove the pv entry for the specified pmap and virtual
3568  * address from the specified pv list.  Returns the pv entry if found and NULL
3569  * otherwise.  This operation can be performed on pv lists for either 4KB or
3570  * 2MB page mappings.
3571  */
3572 static __inline pv_entry_t
3573 pmap_pvh_remove(struct md_page *pvh, pmap_t pmap, vm_offset_t va)
3574 {
3575         pv_entry_t pv;
3576
3577         TAILQ_FOREACH(pv, &pvh->pv_list, pv_next) {
3578                 if (pmap == PV_PMAP(pv) && va == pv->pv_va) {
3579                         TAILQ_REMOVE(&pvh->pv_list, pv, pv_next);
3580                         pvh->pv_gen++;
3581                         break;
3582                 }
3583         }
3584         return (pv);
3585 }
3586
3587 /*
3588  * After demotion from a 2MB page mapping to 512 4KB page mappings,
3589  * destroy the pv entry for the 2MB page mapping and reinstantiate the pv
3590  * entries for each of the 4KB page mappings.
3591  */
3592 static void
3593 pmap_pv_demote_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_paddr_t pa,
3594     struct rwlock **lockp)
3595 {
3596         struct md_page *pvh;
3597         struct pv_chunk *pc;
3598         pv_entry_t pv;
3599         vm_offset_t va_last;
3600         vm_page_t m;
3601         int bit, field;
3602
3603         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
3604         KASSERT((pa & PDRMASK) == 0,
3605             ("pmap_pv_demote_pde: pa is not 2mpage aligned"));
3606         CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_PHYS(lockp, pa);
3607
3608         /*
3609          * Transfer the 2mpage's pv entry for this mapping to the first
3610          * page's pv list.  Once this transfer begins, the pv list lock
3611          * must not be released until the last pv entry is reinstantiated.
3612          */
3613         pvh = pa_to_pvh(pa);
3614         va = trunc_2mpage(va);
3615         pv = pmap_pvh_remove(pvh, pmap, va);
3616         KASSERT(pv != NULL, ("pmap_pv_demote_pde: pv not found"));
3617         m = PHYS_TO_VM_PAGE(pa);
3618         TAILQ_INSERT_TAIL(&m->md.pv_list, pv, pv_next);
3619         m->md.pv_gen++;
3620         /* Instantiate the remaining NPTEPG - 1 pv entries. */
3621         PV_STAT(atomic_add_long(&pv_entry_allocs, NPTEPG - 1));
3622         va_last = va + NBPDR - PAGE_SIZE;
3623         for (;;) {
3624                 pc = TAILQ_FIRST(&pmap->pm_pvchunk);
3625                 KASSERT(pc->pc_map[0] != 0 || pc->pc_map[1] != 0 ||
3626                     pc->pc_map[2] != 0, ("pmap_pv_demote_pde: missing spare"));
3627                 for (field = 0; field < _NPCM; field++) {
3628                         while (pc->pc_map[field]) {
3629                                 bit = bsfq(pc->pc_map[field]);
3630                                 pc->pc_map[field] &= ~(1ul << bit);
3631                                 pv = &pc->pc_pventry[field * 64 + bit];
3632                                 va += PAGE_SIZE;
3633                                 pv->pv_va = va;
3634                                 m++;
3635                                 KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
3636                             ("pmap_pv_demote_pde: page %p is not managed", m));
3637                                 TAILQ_INSERT_TAIL(&m->md.pv_list, pv, pv_next);
3638                                 m->md.pv_gen++;
3639                                 if (va == va_last)
3640                                         goto out;
3641                         }
3642                 }
3643                 TAILQ_REMOVE(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
3644                 TAILQ_INSERT_TAIL(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
3645         }
3646 out:
3647         if (pc->pc_map[0] == 0 && pc->pc_map[1] == 0 && pc->pc_map[2] == 0) {
3648                 TAILQ_REMOVE(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
3649                 TAILQ_INSERT_TAIL(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
3650         }
3651         PV_STAT(atomic_add_long(&pv_entry_count, NPTEPG - 1));
3652         PV_STAT(atomic_subtract_int(&pv_entry_spare, NPTEPG - 1));
3653 }
3654
3655 #if VM_NRESERVLEVEL > 0
3656 /*
3657  * After promotion from 512 4KB page mappings to a single 2MB page mapping,
3658  * replace the many pv entries for the 4KB page mappings by a single pv entry
3659  * for the 2MB page mapping.
3660  */
3661 static void
3662 pmap_pv_promote_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_paddr_t pa,
3663     struct rwlock **lockp)
3664 {
3665         struct md_page *pvh;
3666         pv_entry_t pv;
3667         vm_offset_t va_last;
3668         vm_page_t m;
3669
3670         KASSERT((pa & PDRMASK) == 0,
3671             ("pmap_pv_promote_pde: pa is not 2mpage aligned"));
3672         CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_PHYS(lockp, pa);
3673
3674         /*
3675          * Transfer the first page's pv entry for this mapping to the 2mpage's
3676          * pv list.  Aside from avoiding the cost of a call to get_pv_entry(),
3677          * a transfer avoids the possibility that get_pv_entry() calls
3678          * reclaim_pv_chunk() and that reclaim_pv_chunk() removes one of the
3679          * mappings that is being promoted.
3680          */
3681         m = PHYS_TO_VM_PAGE(pa);
3682         va = trunc_2mpage(va);
3683         pv = pmap_pvh_remove(&m->md, pmap, va);
3684         KASSERT(pv != NULL, ("pmap_pv_promote_pde: pv not found"));
3685         pvh = pa_to_pvh(pa);
3686         TAILQ_INSERT_TAIL(&pvh->pv_list, pv, pv_next);
3687         pvh->pv_gen++;
3688         /* Free the remaining NPTEPG - 1 pv entries. */
3689         va_last = va + NBPDR - PAGE_SIZE;
3690         do {
3691                 m++;
3692                 va += PAGE_SIZE;
3693                 pmap_pvh_free(&m->md, pmap, va);
3694         } while (va < va_last);
3695 }
3696 #endif /* VM_NRESERVLEVEL > 0 */
3697
3698 /*
3699  * First find and then destroy the pv entry for the specified pmap and virtual
3700  * address.  This operation can be performed on pv lists for either 4KB or 2MB
3701  * page mappings.
3702  */
3703 static void
3704 pmap_pvh_free(struct md_page *pvh, pmap_t pmap, vm_offset_t va)
3705 {
3706         pv_entry_t pv;
3707
3708         pv = pmap_pvh_remove(pvh, pmap, va);
3709         KASSERT(pv != NULL, ("pmap_pvh_free: pv not found"));
3710         free_pv_entry(pmap, pv);
3711 }
3712
3713 /*
3714  * Conditionally create the PV entry for a 4KB page mapping if the required
3715  * memory can be allocated without resorting to reclamation.
3716  */
3717 static boolean_t
3718 pmap_try_insert_pv_entry(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m,
3719     struct rwlock **lockp)
3720 {
3721         pv_entry_t pv;
3722
3723         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
3724         /* Pass NULL instead of the lock pointer to disable reclamation. */
3725         if ((pv = get_pv_entry(pmap, NULL)) != NULL) {
3726                 pv->pv_va = va;
3727                 CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_VM_PAGE(lockp, m);
3728                 TAILQ_INSERT_TAIL(&m->md.pv_list, pv, pv_next);
3729                 m->md.pv_gen++;
3730                 return (TRUE);
3731         } else
3732                 return (FALSE);
3733 }
3734
3735 /*
3736  * Create the PV entry for a 2MB page mapping.  Always returns true unless the
3737  * flag PMAP_ENTER_NORECLAIM is specified.  If that flag is specified, returns
3738  * false if the PV entry cannot be allocated without resorting to reclamation.
3739  */
3740 static bool
3741 pmap_pv_insert_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t pde, u_int flags,
3742     struct rwlock **lockp)
3743 {
3744         struct md_page *pvh;
3745         pv_entry_t pv;
3746         vm_paddr_t pa;
3747
3748         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
3749         /* Pass NULL instead of the lock pointer to disable reclamation. */
3750         if ((pv = get_pv_entry(pmap, (flags & PMAP_ENTER_NORECLAIM) != 0 ?
3751             NULL : lockp)) == NULL)
3752                 return (false);
3753         pv->pv_va = va;
3754         pa = pde & PG_PS_FRAME;
3755         CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_PHYS(lockp, pa);
3756         pvh = pa_to_pvh(pa);
3757         TAILQ_INSERT_TAIL(&pvh->pv_list, pv, pv_next);
3758         pvh->pv_gen++;
3759         return (true);
3760 }
3761
3762 /*
3763  * Fills a page table page with mappings to consecutive physical pages.
3764  */
3765 static void
3766 pmap_fill_ptp(pt_entry_t *firstpte, pt_entry_t newpte)
3767 {
3768         pt_entry_t *pte;
3769
3770         for (pte = firstpte; pte < firstpte + NPTEPG; pte++) {
3771                 *pte = newpte;
3772                 newpte += PAGE_SIZE;
3773         }
3774 }
3775
3776 /*
3777  * Tries to demote a 2MB page mapping.  If demotion fails, the 2MB page
3778  * mapping is invalidated.
3779  */
3780 static boolean_t
3781 pmap_demote_pde(pmap_t pmap, pd_entry_t *pde, vm_offset_t va)
3782 {
3783         struct rwlock *lock;
3784         boolean_t rv;
3785
3786         lock = NULL;
3787         rv = pmap_demote_pde_locked(pmap, pde, va, &lock);
3788         if (lock != NULL)
3789                 rw_wunlock(lock);
3790         return (rv);
3791 }
3792
3793 static boolean_t
3794 pmap_demote_pde_locked(pmap_t pmap, pd_entry_t *pde, vm_offset_t va,
3795     struct rwlock **lockp)
3796 {
3797         pd_entry_t newpde, oldpde;
3798         pt_entry_t *firstpte, newpte;
3799         pt_entry_t PG_A, PG_G, PG_M, PG_RW, PG_V;
3800         vm_paddr_t mptepa;
3801         vm_page_t mpte;
3802         struct spglist free;
3803         vm_offset_t sva;
3804         int PG_PTE_CACHE;
3805
3806         PG_G = pmap_global_bit(pmap);
3807         PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
3808         PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
3809         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
3810         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
3811         PG_PTE_CACHE = pmap_cache_mask(pmap, 0);
3812
3813         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
3814         oldpde = *pde;
3815         KASSERT((oldpde & (PG_PS | PG_V)) == (PG_PS | PG_V),
3816             ("pmap_demote_pde: oldpde is missing PG_PS and/or PG_V"));
3817         if ((oldpde & PG_A) == 0 || (mpte = pmap_remove_pt_page(pmap, va)) ==
3818             NULL) {
3819                 KASSERT((oldpde & PG_W) == 0,
3820                     ("pmap_demote_pde: page table page for a wired mapping"
3821                     " is missing"));
3822
3823                 /*
3824                  * Invalidate the 2MB page mapping and return "failure" if the
3825                  * mapping was never accessed or the allocation of the new
3826                  * page table page fails.  If the 2MB page mapping belongs to
3827                  * the direct map region of the kernel's address space, then
3828                  * the page allocation request specifies the highest possible
3829                  * priority (VM_ALLOC_INTERRUPT).  Otherwise, the priority is
3830                  * normal.  Page table pages are preallocated for every other
3831                  * part of the kernel address space, so the direct map region
3832                  * is the only part of the kernel address space that must be
3833                  * handled here.
3834                  */
3835                 if ((oldpde & PG_A) == 0 || (mpte = vm_page_alloc(NULL,
3836                     pmap_pde_pindex(va), (va >= DMAP_MIN_ADDRESS && va <
3837                     DMAP_MAX_ADDRESS ? VM_ALLOC_INTERRUPT : VM_ALLOC_NORMAL) |
3838                     VM_ALLOC_NOOBJ | VM_ALLOC_WIRED)) == NULL) {
3839                         SLIST_INIT(&free);
3840                         sva = trunc_2mpage(va);
3841                         pmap_remove_pde(pmap, pde, sva, &free, lockp);
3842                         if ((oldpde & PG_G) == 0)
3843                                 pmap_invalidate_pde_page(pmap, sva, oldpde);
3844                         pmap_free_zero_pages(&free);
3845                         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_demote_pde: failure for va %#lx"
3846                             " in pmap %p", va, pmap);
3847                         return (FALSE);
3848                 }
3849                 if (va < VM_MAXUSER_ADDRESS)
3850                         pmap_resident_count_inc(pmap, 1);
3851         }
3852         mptepa = VM_PAGE_TO_PHYS(mpte);
3853         firstpte = (pt_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(mptepa);
3854         newpde = mptepa | PG_M | PG_A | (oldpde & PG_U) | PG_RW | PG_V;
3855         KASSERT((oldpde & PG_A) != 0,
3856             ("pmap_demote_pde: oldpde is missing PG_A"));
3857         KASSERT((oldpde & (PG_M | PG_RW)) != PG_RW,
3858             ("pmap_demote_pde: oldpde is missing PG_M"));
3859         newpte = oldpde & ~PG_PS;
3860         newpte = pmap_swap_pat(pmap, newpte);
3861
3862         /*
3863          * If the page table page is new, initialize it.
3864          */
3865         if (mpte->wire_count == 1) {
3866                 mpte->wire_count = NPTEPG;
3867                 pmap_fill_ptp(firstpte, newpte);
3868         }
3869         KASSERT((*firstpte & PG_FRAME) == (newpte & PG_FRAME),
3870             ("pmap_demote_pde: firstpte and newpte map different physical"
3871             " addresses"));
3872
3873         /*
3874          * If the mapping has changed attributes, update the page table
3875          * entries.
3876          */
3877         if ((*firstpte & PG_PTE_PROMOTE) != (newpte & PG_PTE_PROMOTE))
3878                 pmap_fill_ptp(firstpte, newpte);
3879
3880         /*
3881          * The spare PV entries must be reserved prior to demoting the
3882          * mapping, that is, prior to changing the PDE.  Otherwise, the state
3883          * of the PDE and the PV lists will be inconsistent, which can result
3884          * in reclaim_pv_chunk() attempting to remove a PV entry from the
3885          * wrong PV list and pmap_pv_demote_pde() failing to find the expected
3886          * PV entry for the 2MB page mapping that is being demoted.
3887          */
3888         if ((oldpde & PG_MANAGED) != 0)
3889                 reserve_pv_entries(pmap, NPTEPG - 1, lockp);
3890
3891         /*
3892          * Demote the mapping.  This pmap is locked.  The old PDE has
3893          * PG_A set.  If the old PDE has PG_RW set, it also has PG_M
3894          * set.  Thus, there is no danger of a race with another
3895          * processor changing the setting of PG_A and/or PG_M between
3896          * the read above and the store below. 
3897          */
3898         if (workaround_erratum383)
3899                 pmap_update_pde(pmap, va, pde, newpde);
3900         else
3901                 pde_store(pde, newpde);
3902
3903         /*
3904          * Invalidate a stale recursive mapping of the page table page.
3905          */
3906         if (va >= VM_MAXUSER_ADDRESS)
3907                 pmap_invalidate_page(pmap, (vm_offset_t)vtopte(va));
3908
3909         /*
3910          * Demote the PV entry.
3911          */
3912         if ((oldpde & PG_MANAGED) != 0)
3913                 pmap_pv_demote_pde(pmap, va, oldpde & PG_PS_FRAME, lockp);
3914
3915         atomic_add_long(&pmap_pde_demotions, 1);
3916         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_demote_pde: success for va %#lx"
3917             " in pmap %p", va, pmap);
3918         return (TRUE);
3919 }
3920
3921 /*
3922  * pmap_remove_kernel_pde: Remove a kernel superpage mapping.
3923  */
3924 static void
3925 pmap_remove_kernel_pde(pmap_t pmap, pd_entry_t *pde, vm_offset_t va)
3926 {
3927         pd_entry_t newpde;
3928         vm_paddr_t mptepa;
3929         vm_page_t mpte;
3930
3931         KASSERT(pmap == kernel_pmap, ("pmap %p is not kernel_pmap", pmap));
3932         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
3933         mpte = pmap_remove_pt_page(pmap, va);
3934         if (mpte == NULL)
3935                 panic("pmap_remove_kernel_pde: Missing pt page.");
3936
3937         mptepa = VM_PAGE_TO_PHYS(mpte);
3938         newpde = mptepa | X86_PG_M | X86_PG_A | X86_PG_RW | X86_PG_V;
3939
3940         /*
3941          * Initialize the page table page.
3942          */
3943         pagezero((void *)PHYS_TO_DMAP(mptepa));
3944
3945         /*
3946          * Demote the mapping.
3947          */
3948         if (workaround_erratum383)
3949                 pmap_update_pde(pmap, va, pde, newpde);
3950         else
3951                 pde_store(pde, newpde);
3952
3953         /*
3954          * Invalidate a stale recursive mapping of the page table page.
3955          */
3956         pmap_invalidate_page(pmap, (vm_offset_t)vtopte(va));
3957 }
3958
3959 /*
3960  * pmap_remove_pde: do the things to unmap a superpage in a process
3961  */
3962 static int
3963 pmap_remove_pde(pmap_t pmap, pd_entry_t *pdq, vm_offset_t sva,
3964     struct spglist *free, struct rwlock **lockp)
3965 {
3966         struct md_page *pvh;
3967         pd_entry_t oldpde;
3968         vm_offset_t eva, va;
3969         vm_page_t m, mpte;
3970         pt_entry_t PG_G, PG_A, PG_M, PG_RW;
3971
3972         PG_G = pmap_global_bit(pmap);
3973         PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
3974         PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
3975         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
3976
3977         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
3978         KASSERT((sva & PDRMASK) == 0,
3979             ("pmap_remove_pde: sva is not 2mpage aligned"));
3980         oldpde = pte_load_clear(pdq);
3981         if (oldpde & PG_W)
3982                 pmap->pm_stats.wired_count -= NBPDR / PAGE_SIZE;
3983         if ((oldpde & PG_G) != 0)
3984                 pmap_invalidate_pde_page(kernel_pmap, sva, oldpde);
3985         pmap_resident_count_dec(pmap, NBPDR / PAGE_SIZE);
3986         if (oldpde & PG_MANAGED) {
3987                 CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_PHYS(lockp, oldpde & PG_PS_FRAME);
3988                 pvh = pa_to_pvh(oldpde & PG_PS_FRAME);
3989                 pmap_pvh_free(pvh, pmap, sva);
3990                 eva = sva + NBPDR;
3991                 for (va = sva, m = PHYS_TO_VM_PAGE(oldpde & PG_PS_FRAME);
3992                     va < eva; va += PAGE_SIZE, m++) {
3993                         if ((oldpde & (PG_M | PG_RW)) == (PG_M | PG_RW))
3994                                 vm_page_dirty(m);
3995                         if (oldpde & PG_A)
3996                                 vm_page_aflag_set(m, PGA_REFERENCED);
3997                         if (TAILQ_EMPTY(&m->md.pv_list) &&
3998                             TAILQ_EMPTY(&pvh->pv_list))
3999                                 vm_page_aflag_clear(m, PGA_WRITEABLE);
4000                         pmap_delayed_invl_page(m);
4001                 }
4002         }
4003         if (pmap == kernel_pmap) {
4004                 pmap_remove_kernel_pde(pmap, pdq, sva);
4005         } else {
4006                 mpte = pmap_remove_pt_page(pmap, sva);
4007                 if (mpte != NULL) {
4008                         pmap_resident_count_dec(pmap, 1);
4009                         KASSERT(mpte->wire_count == NPTEPG,
4010                             ("pmap_remove_pde: pte page wire count error"));
4011                         mpte->wire_count = 0;
4012                         pmap_add_delayed_free_list(mpte, free, FALSE);
4013                 }
4014         }
4015         return (pmap_unuse_pt(pmap, sva, *pmap_pdpe(pmap, sva), free));
4016 }
4017
4018 /*
4019  * pmap_remove_pte: do the things to unmap a page in a process
4020  */
4021 static int
4022 pmap_remove_pte(pmap_t pmap, pt_entry_t *ptq, vm_offset_t va, 
4023     pd_entry_t ptepde, struct spglist *free, struct rwlock **lockp)
4024 {
4025         struct md_page *pvh;
4026         pt_entry_t oldpte, PG_A, PG_M, PG_RW;
4027         vm_page_t m;
4028
4029         PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
4030         PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
4031         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
4032
4033         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
4034         oldpte = pte_load_clear(ptq);
4035         if (oldpte & PG_W)
4036                 pmap->pm_stats.wired_count -= 1;
4037         pmap_resident_count_dec(pmap, 1);
4038         if (oldpte & PG_MANAGED) {
4039                 m = PHYS_TO_VM_PAGE(oldpte & PG_FRAME);
4040                 if ((oldpte & (PG_M | PG_RW)) == (PG_M | PG_RW))
4041                         vm_page_dirty(m);
4042                 if (oldpte & PG_A)
4043                         vm_page_aflag_set(m, PGA_REFERENCED);
4044                 CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_VM_PAGE(lockp, m);
4045                 pmap_pvh_free(&m->md, pmap, va);
4046                 if (TAILQ_EMPTY(&m->md.pv_list) &&
4047                     (m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0) {
4048                         pvh = pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
4049                         if (TAILQ_EMPTY(&pvh->pv_list))
4050                                 vm_page_aflag_clear(m, PGA_WRITEABLE);
4051                 }
4052                 pmap_delayed_invl_page(m);
4053         }
4054         return (pmap_unuse_pt(pmap, va, ptepde, free));
4055 }
4056
4057 /*
4058  * Remove a single page from a process address space
4059  */
4060 static void
4061 pmap_remove_page(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t *pde,
4062     struct spglist *free)
4063 {
4064         struct rwlock *lock;
4065         pt_entry_t *pte, PG_V;
4066
4067         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
4068         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
4069         if ((*pde & PG_V) == 0)
4070                 return;
4071         pte = pmap_pde_to_pte(pde, va);
4072         if ((*pte & PG_V) == 0)
4073                 return;
4074         lock = NULL;
4075         pmap_remove_pte(pmap, pte, va, *pde, free, &lock);
4076         if (lock != NULL)
4077                 rw_wunlock(lock);
4078         pmap_invalidate_page(pmap, va);
4079 }
4080
4081 /*
4082  * Removes the specified range of addresses from the page table page.
4083  */
4084 static bool
4085 pmap_remove_ptes(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva,
4086     pd_entry_t *pde, struct spglist *free, struct rwlock **lockp)
4087 {
4088         pt_entry_t PG_G, *pte;
4089         vm_offset_t va;
4090         bool anyvalid;
4091
4092         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
4093         PG_G = pmap_global_bit(pmap);
4094         anyvalid = false;
4095         va = eva;
4096         for (pte = pmap_pde_to_pte(pde, sva); sva != eva; pte++,
4097             sva += PAGE_SIZE) {
4098                 if (*pte == 0) {
4099                         if (va != eva) {
4100                                 pmap_invalidate_range(pmap, va, sva);
4101                                 va = eva;
4102                         }
4103                         continue;
4104                 }
4105                 if ((*pte & PG_G) == 0)
4106                         anyvalid = true;
4107                 else if (va == eva)
4108                         va = sva;
4109                 if (pmap_remove_pte(pmap, pte, sva, *pde, free, lockp)) {
4110                         sva += PAGE_SIZE;
4111                         break;
4112                 }
4113         }
4114         if (va != eva)
4115                 pmap_invalidate_range(pmap, va, sva);
4116         return (anyvalid);
4117 }
4118
4119 /*
4120  *      Remove the given range of addresses from the specified map.
4121  *
4122  *      It is assumed that the start and end are properly
4123  *      rounded to the page size.
4124  */
4125 void
4126 pmap_remove(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
4127 {
4128         struct rwlock *lock;
4129         vm_offset_t va_next;
4130         pml4_entry_t *pml4e;
4131         pdp_entry_t *pdpe;
4132         pd_entry_t ptpaddr, *pde;
4133         pt_entry_t PG_G, PG_V;
4134         struct spglist free;
4135         int anyvalid;
4136
4137         PG_G = pmap_global_bit(pmap);
4138         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
4139
4140         /*
4141          * Perform an unsynchronized read.  This is, however, safe.
4142          */
4143         if (pmap->pm_stats.resident_count == 0)
4144                 return;
4145
4146         anyvalid = 0;
4147         SLIST_INIT(&free);
4148
4149         pmap_delayed_invl_started();
4150         PMAP_LOCK(pmap);
4151
4152         /*
4153          * special handling of removing one page.  a very
4154          * common operation and easy to short circuit some
4155          * code.
4156          */
4157         if (sva + PAGE_SIZE == eva) {
4158                 pde = pmap_pde(pmap, sva);
4159                 if (pde && (*pde & PG_PS) == 0) {
4160                         pmap_remove_page(pmap, sva, pde, &free);
4161                         goto out;
4162                 }
4163         }
4164
4165         lock = NULL;
4166         for (; sva < eva; sva = va_next) {
4167
4168                 if (pmap->pm_stats.resident_count == 0)
4169                         break;
4170
4171                 pml4e = pmap_pml4e(pmap, sva);
4172                 if ((*pml4e & PG_V) == 0) {
4173                         va_next = (sva + NBPML4) & ~PML4MASK;
4174                         if (va_next < sva)
4175                                 va_next = eva;
4176                         continue;
4177                 }
4178
4179                 pdpe = pmap_pml4e_to_pdpe(pml4e, sva);
4180                 if ((*pdpe & PG_V) == 0) {
4181                         va_next = (sva + NBPDP) & ~PDPMASK;
4182                         if (va_next < sva)
4183                                 va_next = eva;
4184                         continue;
4185                 }
4186
4187                 /*
4188                  * Calculate index for next page table.
4189                  */
4190                 va_next = (sva + NBPDR) & ~PDRMASK;
4191                 if (va_next < sva)
4192                         va_next = eva;
4193
4194                 pde = pmap_pdpe_to_pde(pdpe, sva);
4195                 ptpaddr = *pde;
4196
4197                 /*
4198                  * Weed out invalid mappings.
4199                  */
4200                 if (ptpaddr == 0)
4201                         continue;
4202
4203                 /*
4204                  * Check for large page.
4205                  */
4206                 if ((ptpaddr & PG_PS) != 0) {
4207                         /*
4208                          * Are we removing the entire large page?  If not,
4209                          * demote the mapping and fall through.
4210                          */
4211                         if (sva + NBPDR == va_next && eva >= va_next) {
4212                                 /*
4213                                  * The TLB entry for a PG_G mapping is
4214                                  * invalidated by pmap_remove_pde().
4215                                  */
4216                                 if ((ptpaddr & PG_G) == 0)
4217                                         anyvalid = 1;
4218                                 pmap_remove_pde(pmap, pde, sva, &free, &lock);
4219                                 continue;
4220                         } else if (!pmap_demote_pde_locked(pmap, pde, sva,
4221                             &lock)) {
4222                                 /* The large page mapping was destroyed. */
4223                                 continue;
4224                         } else
4225                                 ptpaddr = *pde;
4226                 }
4227
4228                 /*
4229                  * Limit our scan to either the end of the va represented
4230                  * by the current page table page, or to the end of the
4231                  * range being removed.
4232                  */
4233                 if (va_next > eva)
4234                         va_next = eva;
4235
4236                 if (pmap_remove_ptes(pmap, sva, va_next, pde, &free, &lock))
4237                         anyvalid = 1;
4238         }
4239         if (lock != NULL)
4240                 rw_wunlock(lock);
4241 out:
4242         if (anyvalid)
4243                 pmap_invalidate_all(pmap);
4244         PMAP_UNLOCK(pmap);
4245         pmap_delayed_invl_finished();
4246         pmap_free_zero_pages(&free);
4247 }
4248
4249 /*
4250  *      Routine:        pmap_remove_all
4251  *      Function:
4252  *              Removes this physical page from
4253  *              all physical maps in which it resides.
4254  *              Reflects back modify bits to the pager.
4255  *
4256  *      Notes:
4257  *              Original versions of this routine were very
4258  *              inefficient because they iteratively called
4259  *              pmap_remove (slow...)
4260  */
4261
4262 void
4263 pmap_remove_all(vm_page_t m)
4264 {
4265         struct md_page *pvh;
4266         pv_entry_t pv;
4267         pmap_t pmap;
4268         struct rwlock *lock;
4269         pt_entry_t *pte, tpte, PG_A, PG_M, PG_RW;
4270         pd_entry_t *pde;
4271         vm_offset_t va;
4272         struct spglist free;
4273         int pvh_gen, md_gen;
4274
4275         KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
4276             ("pmap_remove_all: page %p is not managed", m));
4277         SLIST_INIT(&free);
4278         lock = VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m);
4279         pvh = (m->flags & PG_FICTITIOUS) != 0 ? &pv_dummy :
4280             pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
4281 retry:
4282         rw_wlock(lock);
4283         while ((pv = TAILQ_FIRST(&pvh->pv_list)) != NULL) {
4284                 pmap = PV_PMAP(pv);
4285                 if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
4286                         pvh_gen = pvh->pv_gen;
4287                         rw_wunlock(lock);
4288                         PMAP_LOCK(pmap);
4289                         rw_wlock(lock);
4290                         if (pvh_gen != pvh->pv_gen) {
4291                                 rw_wunlock(lock);
4292                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
4293                                 goto retry;
4294                         }
4295                 }
4296                 va = pv->pv_va;
4297                 pde = pmap_pde(pmap, va);
4298                 (void)pmap_demote_pde_locked(pmap, pde, va, &lock);
4299                 PMAP_UNLOCK(pmap);
4300         }
4301         while ((pv = TAILQ_FIRST(&m->md.pv_list)) != NULL) {
4302                 pmap = PV_PMAP(pv);
4303                 if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
4304                         pvh_gen = pvh->pv_gen;
4305                         md_gen = m->md.pv_gen;
4306                         rw_wunlock(lock);
4307                         PMAP_LOCK(pmap);
4308                         rw_wlock(lock);
4309                         if (pvh_gen != pvh->pv_gen || md_gen != m->md.pv_gen) {
4310                                 rw_wunlock(lock);
4311                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
4312                                 goto retry;
4313                         }
4314                 }
4315                 PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
4316                 PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
4317                 PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
4318                 pmap_resident_count_dec(pmap, 1);
4319                 pde = pmap_pde(pmap, pv->pv_va);
4320                 KASSERT((*pde & PG_PS) == 0, ("pmap_remove_all: found"
4321                     " a 2mpage in page %p's pv list", m));
4322                 pte = pmap_pde_to_pte(pde, pv->pv_va);
4323                 tpte = pte_load_clear(pte);
4324                 if (tpte & PG_W)
4325                         pmap->pm_stats.wired_count--;
4326                 if (tpte & PG_A)
4327                         vm_page_aflag_set(m, PGA_REFERENCED);
4328
4329                 /*
4330                  * Update the vm_page_t clean and reference bits.
4331                  */
4332                 if ((tpte & (PG_M | PG_RW)) == (PG_M | PG_RW))
4333                         vm_page_dirty(m);
4334                 pmap_unuse_pt(pmap, pv->pv_va, *pde, &free);
4335                 pmap_invalidate_page(pmap, pv->pv_va);
4336                 TAILQ_REMOVE(&m->md.pv_list, pv, pv_next);
4337                 m->md.pv_gen++;
4338                 free_pv_entry(pmap, pv);
4339                 PMAP_UNLOCK(pmap);
4340         }
4341         vm_page_aflag_clear(m, PGA_WRITEABLE);
4342         rw_wunlock(lock);
4343         pmap_delayed_invl_wait(m);
4344         pmap_free_zero_pages(&free);
4345 }
4346
4347 /*
4348  * pmap_protect_pde: do the things to protect a 2mpage in a process
4349  */
4350 static boolean_t
4351 pmap_protect_pde(pmap_t pmap, pd_entry_t *pde, vm_offset_t sva, vm_prot_t prot)
4352 {
4353         pd_entry_t newpde, oldpde;
4354         vm_offset_t eva, va;
4355         vm_page_t m;
4356         boolean_t anychanged;
4357         pt_entry_t PG_G, PG_M, PG_RW;
4358
4359         PG_G = pmap_global_bit(pmap);
4360         PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
4361         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
4362
4363         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
4364         KASSERT((sva & PDRMASK) == 0,
4365             ("pmap_protect_pde: sva is not 2mpage aligned"));
4366         anychanged = FALSE;
4367 retry:
4368         oldpde = newpde = *pde;
4369         if ((oldpde & (PG_MANAGED | PG_M | PG_RW)) ==
4370             (PG_MANAGED | PG_M | PG_RW)) {
4371                 eva = sva + NBPDR;
4372                 for (va = sva, m = PHYS_TO_VM_PAGE(oldpde & PG_PS_FRAME);
4373                     va < eva; va += PAGE_SIZE, m++)
4374                         vm_page_dirty(m);
4375         }
4376         if ((prot & VM_PROT_WRITE) == 0)
4377                 newpde &= ~(PG_RW | PG_M);
4378         if ((prot & VM_PROT_EXECUTE) == 0)
4379                 newpde |= pg_nx;
4380         if (newpde != oldpde) {
4381                 /*
4382                  * As an optimization to future operations on this PDE, clear
4383                  * PG_PROMOTED.  The impending invalidation will remove any
4384                  * lingering 4KB page mappings from the TLB.
4385                  */
4386                 if (!atomic_cmpset_long(pde, oldpde, newpde & ~PG_PROMOTED))
4387                         goto retry;
4388                 if ((oldpde & PG_G) != 0)
4389                         pmap_invalidate_pde_page(kernel_pmap, sva, oldpde);
4390                 else
4391                         anychanged = TRUE;
4392         }
4393         return (anychanged);
4394 }
4395
4396 /*
4397  *      Set the physical protection on the
4398  *      specified range of this map as requested.
4399  */
4400 void
4401 pmap_protect(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva, vm_prot_t prot)
4402 {
4403         vm_offset_t va_next;
4404         pml4_entry_t *pml4e;
4405         pdp_entry_t *pdpe;
4406         pd_entry_t ptpaddr, *pde;
4407         pt_entry_t *pte, PG_G, PG_M, PG_RW, PG_V;
4408         boolean_t anychanged;
4409
4410         KASSERT((prot & ~VM_PROT_ALL) == 0, ("invalid prot %x", prot));
4411         if (prot == VM_PROT_NONE) {
4412                 pmap_remove(pmap, sva, eva);
4413                 return;
4414         }
4415
4416         if ((prot & (VM_PROT_WRITE|VM_PROT_EXECUTE)) ==
4417             (VM_PROT_WRITE|VM_PROT_EXECUTE))
4418                 return;
4419
4420         PG_G = pmap_global_bit(pmap);
4421         PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
4422         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
4423         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
4424         anychanged = FALSE;
4425
4426         /*
4427          * Although this function delays and batches the invalidation
4428          * of stale TLB entries, it does not need to call
4429          * pmap_delayed_invl_started() and
4430          * pmap_delayed_invl_finished(), because it does not
4431          * ordinarily destroy mappings.  Stale TLB entries from
4432          * protection-only changes need only be invalidated before the
4433          * pmap lock is released, because protection-only changes do
4434          * not destroy PV entries.  Even operations that iterate over
4435          * a physical page's PV list of mappings, like
4436          * pmap_remove_write(), acquire the pmap lock for each
4437          * mapping.  Consequently, for protection-only changes, the
4438          * pmap lock suffices to synchronize both page table and TLB
4439          * updates.
4440          *
4441          * This function only destroys a mapping if pmap_demote_pde()
4442          * fails.  In that case, stale TLB entries are immediately
4443          * invalidated.
4444          */
4445         
4446         PMAP_LOCK(pmap);
4447         for (; sva < eva; sva = va_next) {
4448
4449                 pml4e = pmap_pml4e(pmap, sva);
4450                 if ((*pml4e & PG_V) == 0) {
4451                         va_next = (sva + NBPML4) & ~PML4MASK;
4452                         if (va_next < sva)
4453                                 va_next = eva;
4454                         continue;
4455                 }
4456
4457                 pdpe = pmap_pml4e_to_pdpe(pml4e, sva);
4458                 if ((*pdpe & PG_V) == 0) {
4459                         va_next = (sva + NBPDP) & ~PDPMASK;
4460                         if (va_next < sva)
4461                                 va_next = eva;
4462                         continue;
4463                 }
4464
4465                 va_next = (sva + NBPDR) & ~PDRMASK;
4466                 if (va_next < sva)
4467                         va_next = eva;
4468
4469                 pde = pmap_pdpe_to_pde(pdpe, sva);
4470                 ptpaddr = *pde;
4471
4472                 /*
4473                  * Weed out invalid mappings.
4474                  */
4475                 if (ptpaddr == 0)
4476                         continue;
4477
4478                 /*
4479                  * Check for large page.
4480                  */
4481                 if ((ptpaddr & PG_PS) != 0) {
4482                         /*
4483                          * Are we protecting the entire large page?  If not,
4484                          * demote the mapping and fall through.
4485                          */
4486                         if (sva + NBPDR == va_next && eva >= va_next) {
4487                                 /*
4488                                  * The TLB entry for a PG_G mapping is
4489                                  * invalidated by pmap_protect_pde().
4490                                  */
4491                                 if (pmap_protect_pde(pmap, pde, sva, prot))
4492                                         anychanged = TRUE;
4493                                 continue;
4494                         } else if (!pmap_demote_pde(pmap, pde, sva)) {
4495                                 /*
4496                                  * The large page mapping was destroyed.
4497                                  */
4498                                 continue;
4499                         }
4500                 }
4501
4502                 if (va_next > eva)
4503                         va_next = eva;
4504
4505                 for (pte = pmap_pde_to_pte(pde, sva); sva != va_next; pte++,
4506                     sva += PAGE_SIZE) {
4507                         pt_entry_t obits, pbits;
4508                         vm_page_t m;
4509
4510 retry:
4511                         obits = pbits = *pte;
4512                         if ((pbits & PG_V) == 0)
4513                                 continue;
4514
4515                         if ((prot & VM_PROT_WRITE) == 0) {
4516                                 if ((pbits & (PG_MANAGED | PG_M | PG_RW)) ==
4517                                     (PG_MANAGED | PG_M | PG_RW)) {
4518                                         m = PHYS_TO_VM_PAGE(pbits & PG_FRAME);
4519                                         vm_page_dirty(m);
4520                                 }
4521                                 pbits &= ~(PG_RW | PG_M);
4522                         }
4523                         if ((prot & VM_PROT_EXECUTE) == 0)
4524                                 pbits |= pg_nx;
4525
4526                         if (pbits != obits) {
4527                                 if (!atomic_cmpset_long(pte, obits, pbits))
4528                                         goto retry;
4529                                 if (obits & PG_G)
4530                                         pmap_invalidate_page(pmap, sva);
4531                                 else
4532                                         anychanged = TRUE;
4533                         }
4534                 }
4535         }
4536         if (anychanged)
4537                 pmap_invalidate_all(pmap);
4538         PMAP_UNLOCK(pmap);
4539 }
4540
4541 #if VM_NRESERVLEVEL > 0
4542 /*
4543  * Tries to promote the 512, contiguous 4KB page mappings that are within a
4544  * single page table page (PTP) to a single 2MB page mapping.  For promotion
4545  * to occur, two conditions must be met: (1) the 4KB page mappings must map
4546  * aligned, contiguous physical memory and (2) the 4KB page mappings must have
4547  * identical characteristics. 
4548  */
4549 static void
4550 pmap_promote_pde(pmap_t pmap, pd_entry_t *pde, vm_offset_t va,
4551     struct rwlock **lockp)
4552 {
4553         pd_entry_t newpde;
4554         pt_entry_t *firstpte, oldpte, pa, *pte;
4555         pt_entry_t PG_G, PG_A, PG_M, PG_RW, PG_V;
4556         vm_page_t mpte;
4557         int PG_PTE_CACHE;
4558
4559         PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
4560         PG_G = pmap_global_bit(pmap);
4561         PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
4562         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
4563         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
4564         PG_PTE_CACHE = pmap_cache_mask(pmap, 0);
4565
4566         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
4567
4568         /*
4569          * Examine the first PTE in the specified PTP.  Abort if this PTE is
4570          * either invalid, unused, or does not map the first 4KB physical page
4571          * within a 2MB page. 
4572          */
4573         firstpte = (pt_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(*pde & PG_FRAME);
4574 setpde:
4575         newpde = *firstpte;
4576         if ((newpde & ((PG_FRAME & PDRMASK) | PG_A | PG_V)) != (PG_A | PG_V)) {
4577                 atomic_add_long(&pmap_pde_p_failures, 1);
4578                 CTR2(KTR_PMAP, "pmap_promote_pde: failure for va %#lx"
4579                     " in pmap %p", va, pmap);
4580                 return;
4581         }
4582         if ((newpde & (PG_M | PG_RW)) == PG_RW) {
4583                 /*
4584                  * When PG_M is already clear, PG_RW can be cleared without
4585                  * a TLB invalidation.
4586                  */
4587                 if (!atomic_cmpset_long(firstpte, newpde, newpde & ~PG_RW))
4588                         goto setpde;
4589                 newpde &= ~PG_RW;
4590         }
4591
4592         /*
4593          * Examine each of the other PTEs in the specified PTP.  Abort if this
4594          * PTE maps an unexpected 4KB physical page or does not have identical
4595          * characteristics to the first PTE.
4596          */
4597         pa = (newpde & (PG_PS_FRAME | PG_A | PG_V)) + NBPDR - PAGE_SIZE;
4598         for (pte = firstpte + NPTEPG - 1; pte > firstpte; pte--) {
4599 setpte:
4600                 oldpte = *pte;
4601                 if ((oldpte & (PG_FRAME | PG_A | PG_V)) != pa) {
4602                         atomic_add_long(&pmap_pde_p_failures, 1);
4603                         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_promote_pde: failure for va %#lx"
4604                             " in pmap %p", va, pmap);
4605                         return;
4606                 }
4607                 if ((oldpte & (PG_M | PG_RW)) == PG_RW) {
4608                         /*
4609                          * When PG_M is already clear, PG_RW can be cleared
4610                          * without a TLB invalidation.
4611                          */
4612                         if (!atomic_cmpset_long(pte, oldpte, oldpte & ~PG_RW))
4613                                 goto setpte;
4614                         oldpte &= ~PG_RW;
4615                         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_promote_pde: protect for va %#lx"
4616                             " in pmap %p", (oldpte & PG_FRAME & PDRMASK) |
4617                             (va & ~PDRMASK), pmap);
4618                 }
4619                 if ((oldpte & PG_PTE_PROMOTE) != (newpde & PG_PTE_PROMOTE)) {
4620                         atomic_add_long(&pmap_pde_p_failures, 1);
4621                         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_promote_pde: failure for va %#lx"
4622                             " in pmap %p", va, pmap);
4623                         return;
4624                 }
4625                 pa -= PAGE_SIZE;
4626         }
4627
4628         /*
4629          * Save the page table page in its current state until the PDE
4630          * mapping the superpage is demoted by pmap_demote_pde() or
4631          * destroyed by pmap_remove_pde(). 
4632          */
4633         mpte = PHYS_TO_VM_PAGE(*pde & PG_FRAME);
4634         KASSERT(mpte >= vm_page_array &&
4635             mpte < &vm_page_array[vm_page_array_size],
4636             ("pmap_promote_pde: page table page is out of range"));
4637         KASSERT(mpte->pindex == pmap_pde_pindex(va),
4638             ("pmap_promote_pde: page table page's pindex is wrong"));
4639         if (pmap_insert_pt_page(pmap, mpte)) {
4640                 atomic_add_long(&pmap_pde_p_failures, 1);
4641                 CTR2(KTR_PMAP,
4642                     "pmap_promote_pde: failure for va %#lx in pmap %p", va,
4643                     pmap);
4644                 return;
4645         }
4646
4647         /*
4648          * Promote the pv entries.
4649          */
4650         if ((newpde & PG_MANAGED) != 0)
4651                 pmap_pv_promote_pde(pmap, va, newpde & PG_PS_FRAME, lockp);
4652
4653         /*
4654          * Propagate the PAT index to its proper position.
4655          */
4656         newpde = pmap_swap_pat(pmap, newpde);
4657
4658         /*
4659          * Map the superpage.
4660          */
4661         if (workaround_erratum383)
4662                 pmap_update_pde(pmap, va, pde, PG_PS | newpde);
4663         else
4664                 pde_store(pde, PG_PROMOTED | PG_PS | newpde);
4665
4666         atomic_add_long(&pmap_pde_promotions, 1);
4667         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_promote_pde: success for va %#lx"
4668             " in pmap %p", va, pmap);
4669 }
4670 #endif /* VM_NRESERVLEVEL > 0 */
4671
4672 /*
4673  *      Insert the given physical page (p) at
4674  *      the specified virtual address (v) in the
4675  *      target physical map with the protection requested.
4676  *
4677  *      If specified, the page will be wired down, meaning
4678  *      that the related pte can not be reclaimed.
4679  *
4680  *      NB:  This is the only routine which MAY NOT lazy-evaluate
4681  *      or lose information.  That is, this routine must actually
4682  *      insert this page into the given map NOW.
4683  *
4684  *      When destroying both a page table and PV entry, this function
4685  *      performs the TLB invalidation before releasing the PV list
4686  *      lock, so we do not need pmap_delayed_invl_page() calls here.
4687  */
4688 int
4689 pmap_enter(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m, vm_prot_t prot,
4690     u_int flags, int8_t psind)
4691 {
4692         struct rwlock *lock;
4693         pd_entry_t *pde;
4694         pt_entry_t *pte, PG_G, PG_A, PG_M, PG_RW, PG_V;
4695         pt_entry_t newpte, origpte;
4696         pv_entry_t pv;
4697         vm_paddr_t opa, pa;
4698         vm_page_t mpte, om;
4699         int rv;
4700         boolean_t nosleep;
4701
4702         PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
4703         PG_G = pmap_global_bit(pmap);
4704         PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
4705         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
4706         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
4707
4708         va = trunc_page(va);
4709         KASSERT(va <= VM_MAX_KERNEL_ADDRESS, ("pmap_enter: toobig"));
4710         KASSERT(va < UPT_MIN_ADDRESS || va >= UPT_MAX_ADDRESS,
4711             ("pmap_enter: invalid to pmap_enter page table pages (va: 0x%lx)",
4712             va));
4713         KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) != 0 || va < kmi.clean_sva ||
4714             va >= kmi.clean_eva,
4715             ("pmap_enter: managed mapping within the clean submap"));
4716         if ((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0 && !vm_page_xbusied(m))
4717                 VM_OBJECT_ASSERT_LOCKED(m->object);
4718         KASSERT((flags & PMAP_ENTER_RESERVED) == 0,
4719             ("pmap_enter: flags %u has reserved bits set", flags));
4720         pa = VM_PAGE_TO_PHYS(m);
4721         newpte = (pt_entry_t)(pa | PG_A | PG_V);
4722         if ((flags & VM_PROT_WRITE) != 0)
4723                 newpte |= PG_M;
4724         if ((prot & VM_PROT_WRITE) != 0)
4725                 newpte |= PG_RW;
4726         KASSERT((newpte & (PG_M | PG_RW)) != PG_M,
4727             ("pmap_enter: flags includes VM_PROT_WRITE but prot doesn't"));
4728         if ((prot & VM_PROT_EXECUTE) == 0)
4729                 newpte |= pg_nx;
4730         if ((flags & PMAP_ENTER_WIRED) != 0)
4731                 newpte |= PG_W;
4732         if (va < VM_MAXUSER_ADDRESS)
4733                 newpte |= PG_U;
4734         if (pmap == kernel_pmap)
4735                 newpte |= PG_G;
4736         newpte |= pmap_cache_bits(pmap, m->md.pat_mode, psind > 0);
4737
4738         /*
4739          * Set modified bit gratuitously for writeable mappings if
4740          * the page is unmanaged. We do not want to take a fault
4741          * to do the dirty bit accounting for these mappings.
4742          */
4743         if ((m->oflags & VPO_UNMANAGED) != 0) {
4744                 if ((newpte & PG_RW) != 0)
4745                         newpte |= PG_M;
4746         } else
4747                 newpte |= PG_MANAGED;
4748
4749         lock = NULL;
4750         PMAP_LOCK(pmap);
4751         if (psind == 1) {
4752                 /* Assert the required virtual and physical alignment. */ 
4753                 KASSERT((va & PDRMASK) == 0, ("pmap_enter: va unaligned"));
4754                 KASSERT(m->psind > 0, ("pmap_enter: m->psind < psind"));
4755                 rv = pmap_enter_pde(pmap, va, newpte | PG_PS, flags, m, &lock);
4756                 goto out;
4757         }
4758         mpte = NULL;
4759
4760         /*
4761          * In the case that a page table page is not
4762          * resident, we are creating it here.
4763          */
4764 retry:
4765         pde = pmap_pde(pmap, va);
4766         if (pde != NULL && (*pde & PG_V) != 0 && ((*pde & PG_PS) == 0 ||
4767             pmap_demote_pde_locked(pmap, pde, va, &lock))) {
4768                 pte = pmap_pde_to_pte(pde, va);
4769                 if (va < VM_MAXUSER_ADDRESS && mpte == NULL) {
4770                         mpte = PHYS_TO_VM_PAGE(*pde & PG_FRAME);
4771                         mpte->wire_count++;
4772                 }
4773         } else if (va < VM_MAXUSER_ADDRESS) {
4774                 /*
4775                  * Here if the pte page isn't mapped, or if it has been
4776                  * deallocated.
4777                  */
4778                 nosleep = (flags & PMAP_ENTER_NOSLEEP) != 0;
4779                 mpte = _pmap_allocpte(pmap, pmap_pde_pindex(va),
4780                     nosleep ? NULL : &lock);
4781                 if (mpte == NULL && nosleep) {
4782                         rv = KERN_RESOURCE_SHORTAGE;
4783                         goto out;
4784                 }
4785                 goto retry;
4786         } else
4787                 panic("pmap_enter: invalid page directory va=%#lx", va);
4788
4789         origpte = *pte;
4790         pv = NULL;
4791
4792         /*
4793          * Is the specified virtual address already mapped?
4794          */
4795         if ((origpte & PG_V) != 0) {
4796                 /*
4797                  * Wiring change, just update stats. We don't worry about
4798                  * wiring PT pages as they remain resident as long as there
4799                  * are valid mappings in them. Hence, if a user page is wired,
4800                  * the PT page will be also.
4801                  */
4802                 if ((newpte & PG_W) != 0 && (origpte & PG_W) == 0)
4803                         pmap->pm_stats.wired_count++;
4804                 else if ((newpte & PG_W) == 0 && (origpte & PG_W) != 0)
4805                         pmap->pm_stats.wired_count--;
4806
4807                 /*
4808                  * Remove the extra PT page reference.
4809                  */
4810                 if (mpte != NULL) {
4811                         mpte->wire_count--;
4812                         KASSERT(mpte->wire_count > 0,
4813                             ("pmap_enter: missing reference to page table page,"
4814                              " va: 0x%lx", va));
4815                 }
4816
4817                 /*
4818                  * Has the physical page changed?
4819                  */
4820                 opa = origpte & PG_FRAME;
4821                 if (opa == pa) {
4822                         /*
4823                          * No, might be a protection or wiring change.
4824                          */
4825                         if ((origpte & PG_MANAGED) != 0 &&
4826                             (newpte & PG_RW) != 0)
4827                                 vm_page_aflag_set(m, PGA_WRITEABLE);
4828                         if (((origpte ^ newpte) & ~(PG_M | PG_A)) == 0)
4829                                 goto unchanged;
4830                         goto validate;
4831                 }
4832
4833                 /*
4834                  * The physical page has changed.  Temporarily invalidate
4835                  * the mapping.  This ensures that all threads sharing the
4836                  * pmap keep a consistent view of the mapping, which is
4837                  * necessary for the correct handling of COW faults.  It
4838                  * also permits reuse of the old mapping's PV entry,
4839                  * avoiding an allocation.
4840                  *
4841                  * For consistency, handle unmanaged mappings the same way.
4842                  */
4843                 origpte = pte_load_clear(pte);
4844                 KASSERT((origpte & PG_FRAME) == opa,
4845                     ("pmap_enter: unexpected pa update for %#lx", va));
4846                 if ((origpte & PG_MANAGED) != 0) {
4847                         om = PHYS_TO_VM_PAGE(opa);
4848
4849                         /*
4850                          * The pmap lock is sufficient to synchronize with
4851                          * concurrent calls to pmap_page_test_mappings() and
4852                          * pmap_ts_referenced().
4853                          */
4854                         if ((origpte & (PG_M | PG_RW)) == (PG_M | PG_RW))
4855                                 vm_page_dirty(om);
4856                         if ((origpte & PG_A) != 0)
4857                                 vm_page_aflag_set(om, PGA_REFERENCED);
4858                         CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_PHYS(&lock, opa);
4859                         pv = pmap_pvh_remove(&om->md, pmap, va);
4860                         if ((newpte & PG_MANAGED) == 0)
4861                                 free_pv_entry(pmap, pv);
4862                         if ((om->aflags & PGA_WRITEABLE) != 0 &&
4863                             TAILQ_EMPTY(&om->md.pv_list) &&
4864                             ((om->flags & PG_FICTITIOUS) != 0 ||
4865                             TAILQ_EMPTY(&pa_to_pvh(opa)->pv_list)))
4866                                 vm_page_aflag_clear(om, PGA_WRITEABLE);
4867                 }
4868                 if ((origpte & PG_A) != 0)
4869                         pmap_invalidate_page(pmap, va);
4870                 origpte = 0;
4871         } else {
4872                 /*
4873                  * Increment the counters.
4874                  */
4875                 if ((newpte & PG_W) != 0)
4876                         pmap->pm_stats.wired_count++;
4877                 pmap_resident_count_inc(pmap, 1);
4878         }
4879
4880         /*
4881          * Enter on the PV list if part of our managed memory.
4882          */
4883         if ((newpte & PG_MANAGED) != 0) {
4884                 if (pv == NULL) {
4885                         pv = get_pv_entry(pmap, &lock);
4886                         pv->pv_va = va;
4887                 }
4888                 CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_PHYS(&lock, pa);
4889                 TAILQ_INSERT_TAIL(&m->md.pv_list, pv, pv_next);
4890                 m->md.pv_gen++;
4891                 if ((newpte & PG_RW) != 0)
4892                         vm_page_aflag_set(m, PGA_WRITEABLE);
4893         }
4894
4895         /*
4896          * Update the PTE.
4897          */
4898         if ((origpte & PG_V) != 0) {
4899 validate:
4900                 origpte = pte_load_store(pte, newpte);
4901                 KASSERT((origpte & PG_FRAME) == pa,
4902                     ("pmap_enter: unexpected pa update for %#lx", va));
4903                 if ((newpte & PG_M) == 0 && (origpte & (PG_M | PG_RW)) ==
4904                     (PG_M | PG_RW)) {
4905                         if ((origpte & PG_MANAGED) != 0)
4906                                 vm_page_dirty(m);
4907
4908                         /*
4909                          * Although the PTE may still have PG_RW set, TLB
4910                          * invalidation may nonetheless be required because
4911                          * the PTE no longer has PG_M set.
4912                          */
4913                 } else if ((origpte & PG_NX) != 0 || (newpte & PG_NX) == 0) {
4914                         /*
4915                          * This PTE change does not require TLB invalidation.
4916                          */
4917                         goto unchanged;
4918                 }
4919                 if ((origpte & PG_A) != 0)
4920                         pmap_invalidate_page(pmap, va);
4921         } else
4922                 pte_store(pte, newpte);
4923
4924 unchanged:
4925
4926 #if VM_NRESERVLEVEL > 0
4927         /*
4928          * If both the page table page and the reservation are fully
4929          * populated, then attempt promotion.
4930          */
4931         if ((mpte == NULL || mpte->wire_count == NPTEPG) &&
4932             pmap_ps_enabled(pmap) &&
4933             (m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0 &&
4934             vm_reserv_level_iffullpop(m) == 0)
4935                 pmap_promote_pde(pmap, pde, va, &lock);
4936 #endif
4937
4938         rv = KERN_SUCCESS;
4939 out:
4940         if (lock != NULL)
4941                 rw_wunlock(lock);
4942         PMAP_UNLOCK(pmap);
4943         return (rv);
4944 }
4945
4946 /*
4947  * Tries to create a read- and/or execute-only 2MB page mapping.  Returns true
4948  * if successful.  Returns false if (1) a page table page cannot be allocated
4949  * without sleeping, (2) a mapping already exists at the specified virtual
4950  * address, or (3) a PV entry cannot be allocated without reclaiming another
4951  * PV entry.
4952  */
4953 static bool
4954 pmap_enter_2mpage(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m, vm_prot_t prot,
4955     struct rwlock **lockp)
4956 {
4957         pd_entry_t newpde;
4958         pt_entry_t PG_V;
4959
4960         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
4961         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
4962         newpde = VM_PAGE_TO_PHYS(m) | pmap_cache_bits(pmap, m->md.pat_mode, 1) |
4963             PG_PS | PG_V;
4964         if ((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0)
4965                 newpde |= PG_MANAGED;
4966         if ((prot & VM_PROT_EXECUTE) == 0)
4967                 newpde |= pg_nx;
4968         if (va < VM_MAXUSER_ADDRESS)
4969                 newpde |= PG_U;
4970         return (pmap_enter_pde(pmap, va, newpde, PMAP_ENTER_NOSLEEP |
4971             PMAP_ENTER_NOREPLACE | PMAP_ENTER_NORECLAIM, NULL, lockp) ==
4972             KERN_SUCCESS);
4973 }
4974
4975 /*
4976  * Tries to create the specified 2MB page mapping.  Returns KERN_SUCCESS if
4977  * the mapping was created, and either KERN_FAILURE or KERN_RESOURCE_SHORTAGE
4978  * otherwise.  Returns KERN_FAILURE if PMAP_ENTER_NOREPLACE was specified and
4979  * a mapping already exists at the specified virtual address.  Returns
4980  * KERN_RESOURCE_SHORTAGE if PMAP_ENTER_NOSLEEP was specified and a page table
4981  * page allocation failed.  Returns KERN_RESOURCE_SHORTAGE if
4982  * PMAP_ENTER_NORECLAIM was specified and a PV entry allocation failed.
4983  *
4984  * The parameter "m" is only used when creating a managed, writeable mapping.
4985  */
4986 static int
4987 pmap_enter_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t newpde, u_int flags,
4988     vm_page_t m, struct rwlock **lockp)
4989 {
4990         struct spglist free;
4991         pd_entry_t oldpde, *pde;
4992         pt_entry_t PG_G, PG_RW, PG_V;
4993         vm_page_t mt, pdpg;
4994
4995         PG_G = pmap_global_bit(pmap);
4996         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
4997         KASSERT((newpde & (pmap_modified_bit(pmap) | PG_RW)) != PG_RW,
4998             ("pmap_enter_pde: newpde is missing PG_M"));
4999         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
5000         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
5001
5002         if ((pdpg = pmap_allocpde(pmap, va, (flags & PMAP_ENTER_NOSLEEP) != 0 ?
5003             NULL : lockp)) == NULL) {
5004                 CTR2(KTR_PMAP, "pmap_enter_pde: failure for va %#lx"
5005                     " in pmap %p", va, pmap);
5006                 return (KERN_RESOURCE_SHORTAGE);
5007         }
5008         pde = (pd_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(pdpg));
5009         pde = &pde[pmap_pde_index(va)];
5010         oldpde = *pde;
5011         if ((oldpde & PG_V) != 0) {
5012                 KASSERT(pdpg->wire_count > 1,
5013                     ("pmap_enter_pde: pdpg's wire count is too low"));
5014                 if ((flags & PMAP_ENTER_NOREPLACE) != 0) {
5015                         pdpg->wire_count--;
5016                         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_enter_pde: failure for va %#lx"
5017                             " in pmap %p", va, pmap);
5018                         return (KERN_FAILURE);
5019                 }
5020                 /* Break the existing mapping(s). */
5021                 SLIST_INIT(&free);
5022                 if ((oldpde & PG_PS) != 0) {
5023                         /*
5024                          * The reference to the PD page that was acquired by
5025                          * pmap_allocpde() ensures that it won't be freed.
5026                          * However, if the PDE resulted from a promotion, then
5027                          * a reserved PT page could be freed.
5028                          */
5029                         (void)pmap_remove_pde(pmap, pde, va, &free, lockp);
5030                         if ((oldpde & PG_G) == 0)
5031                                 pmap_invalidate_pde_page(pmap, va, oldpde);
5032                 } else {
5033                         pmap_delayed_invl_started();
5034                         if (pmap_remove_ptes(pmap, va, va + NBPDR, pde, &free,
5035                             lockp))
5036                                pmap_invalidate_all(pmap);
5037                         pmap_delayed_invl_finished();
5038                 }
5039                 pmap_free_zero_pages(&free);
5040                 if (va >= VM_MAXUSER_ADDRESS) {
5041                         mt = PHYS_TO_VM_PAGE(*pde & PG_FRAME);
5042                         if (pmap_insert_pt_page(pmap, mt)) {
5043                                 /*
5044                                  * XXX Currently, this can't happen because
5045                                  * we do not perform pmap_enter(psind == 1)
5046                                  * on the kernel pmap.
5047                                  */
5048                                 panic("pmap_enter_pde: trie insert failed");
5049                         }
5050                 } else
5051                         KASSERT(*pde == 0, ("pmap_enter_pde: non-zero pde %p",
5052                             pde));
5053         }
5054         if ((newpde & PG_MANAGED) != 0) {
5055                 /*
5056                  * Abort this mapping if its PV entry could not be created.
5057                  */
5058                 if (!pmap_pv_insert_pde(pmap, va, newpde, flags, lockp)) {
5059                         SLIST_INIT(&free);
5060                         if (pmap_unwire_ptp(pmap, va, pdpg, &free)) {
5061                                 /*
5062                                  * Although "va" is not mapped, paging-
5063                                  * structure caches could nonetheless have
5064                                  * entries that refer to the freed page table
5065                                  * pages.  Invalidate those entries.
5066                                  */
5067                                 pmap_invalidate_page(pmap, va);
5068                                 pmap_free_zero_pages(&free);
5069                         }
5070                         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_enter_pde: failure for va %#lx"
5071                             " in pmap %p", va, pmap);
5072                         return (KERN_RESOURCE_SHORTAGE);
5073                 }
5074                 if ((newpde & PG_RW) != 0) {
5075                         for (mt = m; mt < &m[NBPDR / PAGE_SIZE]; mt++)
5076                                 vm_page_aflag_set(mt, PGA_WRITEABLE);
5077                 }
5078         }
5079
5080         /*
5081          * Increment counters.
5082          */
5083         if ((newpde & PG_W) != 0)
5084                 pmap->pm_stats.wired_count += NBPDR / PAGE_SIZE;
5085         pmap_resident_count_inc(pmap, NBPDR / PAGE_SIZE);
5086
5087         /*
5088          * Map the superpage.  (This is not a promoted mapping; there will not
5089          * be any lingering 4KB page mappings in the TLB.)
5090          */
5091         pde_store(pde, newpde);
5092
5093         atomic_add_long(&pmap_pde_mappings, 1);
5094         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_enter_pde: success for va %#lx"
5095             " in pmap %p", va, pmap);
5096         return (KERN_SUCCESS);
5097 }
5098
5099 /*
5100  * Maps a sequence of resident pages belonging to the same object.
5101  * The sequence begins with the given page m_start.  This page is
5102  * mapped at the given virtual address start.  Each subsequent page is
5103  * mapped at a virtual address that is offset from start by the same
5104  * amount as the page is offset from m_start within the object.  The
5105  * last page in the sequence is the page with the largest offset from
5106  * m_start that can be mapped at a virtual address less than the given
5107  * virtual address end.  Not every virtual page between start and end
5108  * is mapped; only those for which a resident page exists with the
5109  * corresponding offset from m_start are mapped.
5110  */
5111 void
5112 pmap_enter_object(pmap_t pmap, vm_offset_t start, vm_offset_t end,
5113     vm_page_t m_start, vm_prot_t prot)
5114 {
5115         struct rwlock *lock;
5116         vm_offset_t va;
5117         vm_page_t m, mpte;
5118         vm_pindex_t diff, psize;
5119
5120         VM_OBJECT_ASSERT_LOCKED(m_start->object);
5121
5122         psize = atop(end - start);
5123         mpte = NULL;
5124         m = m_start;
5125         lock = NULL;
5126         PMAP_LOCK(pmap);
5127         while (m != NULL && (diff = m->pindex - m_start->pindex) < psize) {
5128                 va = start + ptoa(diff);
5129                 if ((va & PDRMASK) == 0 && va + NBPDR <= end &&
5130                     m->psind == 1 && pmap_ps_enabled(pmap) &&
5131                     pmap_enter_2mpage(pmap, va, m, prot, &lock))
5132                         m = &m[NBPDR / PAGE_SIZE - 1];
5133                 else
5134                         mpte = pmap_enter_quick_locked(pmap, va, m, prot,
5135                             mpte, &lock);
5136                 m = TAILQ_NEXT(m, listq);
5137         }
5138         if (lock != NULL)
5139                 rw_wunlock(lock);
5140         PMAP_UNLOCK(pmap);
5141 }
5142
5143 /*
5144  * this code makes some *MAJOR* assumptions:
5145  * 1. Current pmap & pmap exists.
5146  * 2. Not wired.
5147  * 3. Read access.
5148  * 4. No page table pages.
5149  * but is *MUCH* faster than pmap_enter...
5150  */
5151
5152 void
5153 pmap_enter_quick(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m, vm_prot_t prot)
5154 {
5155         struct rwlock *lock;
5156
5157         lock = NULL;
5158         PMAP_LOCK(pmap);
5159         (void)pmap_enter_quick_locked(pmap, va, m, prot, NULL, &lock);
5160         if (lock != NULL)
5161                 rw_wunlock(lock);
5162         PMAP_UNLOCK(pmap);
5163 }
5164
5165 static vm_page_t
5166 pmap_enter_quick_locked(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m,
5167     vm_prot_t prot, vm_page_t mpte, struct rwlock **lockp)
5168 {
5169         struct spglist free;
5170         pt_entry_t *pte, PG_V;
5171         vm_paddr_t pa;
5172
5173         KASSERT(va < kmi.clean_sva || va >= kmi.clean_eva ||
5174             (m->oflags & VPO_UNMANAGED) != 0,
5175             ("pmap_enter_quick_locked: managed mapping within the clean submap"));
5176         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
5177         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
5178
5179         /*
5180          * In the case that a page table page is not
5181          * resident, we are creating it here.
5182          */
5183         if (va < VM_MAXUSER_ADDRESS) {
5184                 vm_pindex_t ptepindex;
5185                 pd_entry_t *ptepa;
5186
5187                 /*
5188                  * Calculate pagetable page index
5189                  */
5190                 ptepindex = pmap_pde_pindex(va);
5191                 if (mpte && (mpte->pindex == ptepindex)) {
5192                         mpte->wire_count++;
5193                 } else {
5194                         /*
5195                          * Get the page directory entry
5196                          */
5197                         ptepa = pmap_pde(pmap, va);
5198
5199                         /*
5200                          * If the page table page is mapped, we just increment
5201                          * the hold count, and activate it.  Otherwise, we
5202                          * attempt to allocate a page table page.  If this
5203                          * attempt fails, we don't retry.  Instead, we give up.
5204                          */
5205                         if (ptepa && (*ptepa & PG_V) != 0) {
5206                                 if (*ptepa & PG_PS)
5207                                         return (NULL);
5208                                 mpte = PHYS_TO_VM_PAGE(*ptepa & PG_FRAME);
5209                                 mpte->wire_count++;
5210                         } else {
5211                                 /*
5212                                  * Pass NULL instead of the PV list lock
5213                                  * pointer, because we don't intend to sleep.
5214                                  */
5215                                 mpte = _pmap_allocpte(pmap, ptepindex, NULL);
5216                                 if (mpte == NULL)
5217                                         return (mpte);
5218                         }
5219                 }
5220                 pte = (pt_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(mpte));
5221                 pte = &pte[pmap_pte_index(va)];
5222         } else {
5223                 mpte = NULL;
5224                 pte = vtopte(va);
5225         }
5226         if (*pte) {
5227                 if (mpte != NULL) {
5228                         mpte->wire_count--;
5229                         mpte = NULL;
5230                 }
5231                 return (mpte);
5232         }
5233
5234         /*
5235          * Enter on the PV list if part of our managed memory.
5236          */
5237         if ((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0 &&
5238             !pmap_try_insert_pv_entry(pmap, va, m, lockp)) {
5239                 if (mpte != NULL) {
5240                         SLIST_INIT(&free);
5241                         if (pmap_unwire_ptp(pmap, va, mpte, &free)) {
5242                                 /*
5243                                  * Although "va" is not mapped, paging-
5244                                  * structure caches could nonetheless have
5245                                  * entries that refer to the freed page table
5246                                  * pages.  Invalidate those entries.
5247                                  */
5248                                 pmap_invalidate_page(pmap, va);
5249                                 pmap_free_zero_pages(&free);
5250                         }
5251                         mpte = NULL;
5252                 }
5253                 return (mpte);
5254         }
5255
5256         /*
5257          * Increment counters
5258          */
5259         pmap_resident_count_inc(pmap, 1);
5260
5261         pa = VM_PAGE_TO_PHYS(m) | pmap_cache_bits(pmap, m->md.pat_mode, 0);
5262         if ((prot & VM_PROT_EXECUTE) == 0)
5263                 pa |= pg_nx;
5264
5265         /*
5266          * Now validate mapping with RO protection
5267          */
5268         if ((m->oflags & VPO_UNMANAGED) != 0)
5269                 pte_store(pte, pa | PG_V | PG_U);
5270         else
5271                 pte_store(pte, pa | PG_V | PG_U | PG_MANAGED);
5272         return (mpte);
5273 }
5274
5275 /*
5276  * Make a temporary mapping for a physical address.  This is only intended
5277  * to be used for panic dumps.
5278  */
5279 void *
5280 pmap_kenter_temporary(vm_paddr_t pa, int i)
5281 {
5282         vm_offset_t va;
5283
5284         va = (vm_offset_t)crashdumpmap + (i * PAGE_SIZE);
5285         pmap_kenter(va, pa);
5286         invlpg(va);
5287         return ((void *)crashdumpmap);
5288 }
5289
5290 /*
5291  * This code maps large physical mmap regions into the
5292  * processor address space.  Note that some shortcuts
5293  * are taken, but the code works.
5294  */
5295 void
5296 pmap_object_init_pt(pmap_t pmap, vm_offset_t addr, vm_object_t object,
5297     vm_pindex_t pindex, vm_size_t size)
5298 {
5299         pd_entry_t *pde;
5300         pt_entry_t PG_A, PG_M, PG_RW, PG_V;
5301         vm_paddr_t pa, ptepa;
5302         vm_page_t p, pdpg;
5303         int pat_mode;
5304
5305         PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
5306         PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
5307         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
5308         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
5309
5310         VM_OBJECT_ASSERT_WLOCKED(object);
5311         KASSERT(object->type == OBJT_DEVICE || object->type == OBJT_SG,
5312             ("pmap_object_init_pt: non-device object"));
5313         if ((addr & (NBPDR - 1)) == 0 && (size & (NBPDR - 1)) == 0) {
5314                 if (!pmap_ps_enabled(pmap))
5315                         return;
5316                 if (!vm_object_populate(object, pindex, pindex + atop(size)))
5317                         return;
5318                 p = vm_page_lookup(object, pindex);
5319                 KASSERT(p->valid == VM_PAGE_BITS_ALL,
5320                     ("pmap_object_init_pt: invalid page %p", p));
5321                 pat_mode = p->md.pat_mode;
5322
5323                 /*
5324                  * Abort the mapping if the first page is not physically
5325                  * aligned to a 2MB page boundary.
5326                  */
5327                 ptepa = VM_PAGE_TO_PHYS(p);
5328                 if (ptepa & (NBPDR - 1))
5329                         return;
5330
5331                 /*
5332                  * Skip the first page.  Abort the mapping if the rest of
5333                  * the pages are not physically contiguous or have differing
5334                  * memory attributes.
5335                  */
5336                 p = TAILQ_NEXT(p, listq);
5337                 for (pa = ptepa + PAGE_SIZE; pa < ptepa + size;
5338                     pa += PAGE_SIZE) {
5339                         KASSERT(p->valid == VM_PAGE_BITS_ALL,
5340                             ("pmap_object_init_pt: invalid page %p", p));
5341                         if (pa != VM_PAGE_TO_PHYS(p) ||
5342                             pat_mode != p->md.pat_mode)
5343                                 return;
5344                         p = TAILQ_NEXT(p, listq);
5345                 }
5346
5347                 /*
5348                  * Map using 2MB pages.  Since "ptepa" is 2M aligned and
5349                  * "size" is a multiple of 2M, adding the PAT setting to "pa"
5350                  * will not affect the termination of this loop.
5351                  */ 
5352                 PMAP_LOCK(pmap);
5353                 for (pa = ptepa | pmap_cache_bits(pmap, pat_mode, 1);
5354                     pa < ptepa + size; pa += NBPDR) {
5355                         pdpg = pmap_allocpde(pmap, addr, NULL);
5356                         if (pdpg == NULL) {
5357                                 /*
5358                                  * The creation of mappings below is only an
5359                                  * optimization.  If a page directory page
5360                                  * cannot be allocated without blocking,
5361                                  * continue on to the next mapping rather than
5362                                  * blocking.
5363                                  */
5364                                 addr += NBPDR;
5365                                 continue;
5366                         }
5367                         pde = (pd_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(pdpg));
5368                         pde = &pde[pmap_pde_index(addr)];
5369                         if ((*pde & PG_V) == 0) {
5370                                 pde_store(pde, pa | PG_PS | PG_M | PG_A |
5371                                     PG_U | PG_RW | PG_V);
5372                                 pmap_resident_count_inc(pmap, NBPDR / PAGE_SIZE);
5373                                 atomic_add_long(&pmap_pde_mappings, 1);
5374                         } else {
5375                                 /* Continue on if the PDE is already valid. */
5376                                 pdpg->wire_count--;
5377                                 KASSERT(pdpg->wire_count > 0,
5378                                     ("pmap_object_init_pt: missing reference "
5379                                     "to page directory page, va: 0x%lx", addr));
5380                         }
5381                         addr += NBPDR;
5382                 }
5383                 PMAP_UNLOCK(pmap);
5384         }
5385 }
5386
5387 /*
5388  *      Clear the wired attribute from the mappings for the specified range of
5389  *      addresses in the given pmap.  Every valid mapping within that range
5390  *      must have the wired attribute set.  In contrast, invalid mappings
5391  *      cannot have the wired attribute set, so they are ignored.
5392  *
5393  *      The wired attribute of the page table entry is not a hardware
5394  *      feature, so there is no need to invalidate any TLB entries.
5395  *      Since pmap_demote_pde() for the wired entry must never fail,
5396  *      pmap_delayed_invl_started()/finished() calls around the
5397  *      function are not needed.
5398  */
5399 void
5400 pmap_unwire(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
5401 {
5402         vm_offset_t va_next;
5403         pml4_entry_t *pml4e;
5404         pdp_entry_t *pdpe;
5405         pd_entry_t *pde;
5406         pt_entry_t *pte, PG_V;
5407
5408         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
5409         PMAP_LOCK(pmap);
5410         for (; sva < eva; sva = va_next) {
5411                 pml4e = pmap_pml4e(pmap, sva);
5412                 if ((*pml4e & PG_V) == 0) {
5413                         va_next = (sva + NBPML4) & ~PML4MASK;
5414                         if (va_next < sva)
5415                                 va_next = eva;
5416                         continue;
5417                 }
5418                 pdpe = pmap_pml4e_to_pdpe(pml4e, sva);
5419                 if ((*pdpe & PG_V) == 0) {
5420                         va_next = (sva + NBPDP) & ~PDPMASK;
5421                         if (va_next < sva)
5422                                 va_next = eva;
5423                         continue;
5424                 }
5425                 va_next = (sva + NBPDR) & ~PDRMASK;
5426                 if (va_next < sva)
5427                         va_next = eva;
5428                 pde = pmap_pdpe_to_pde(pdpe, sva);
5429                 if ((*pde & PG_V) == 0)
5430                         continue;
5431                 if ((*pde & PG_PS) != 0) {
5432                         if ((*pde & PG_W) == 0)
5433                                 panic("pmap_unwire: pde %#jx is missing PG_W",
5434                                     (uintmax_t)*pde);
5435
5436                         /*
5437                          * Are we unwiring the entire large page?  If not,
5438                          * demote the mapping and fall through.
5439                          */
5440                         if (sva + NBPDR == va_next && eva >= va_next) {
5441                                 atomic_clear_long(pde, PG_W);
5442                                 pmap->pm_stats.wired_count -= NBPDR /
5443                                     PAGE_SIZE;
5444                                 continue;
5445                         } else if (!pmap_demote_pde(pmap, pde, sva))
5446                                 panic("pmap_unwire: demotion failed");
5447                 }
5448                 if (va_next > eva)
5449                         va_next = eva;
5450                 for (pte = pmap_pde_to_pte(pde, sva); sva != va_next; pte++,
5451                     sva += PAGE_SIZE) {
5452                         if ((*pte & PG_V) == 0)
5453                                 continue;
5454                         if ((*pte & PG_W) == 0)
5455                                 panic("pmap_unwire: pte %#jx is missing PG_W",
5456                                     (uintmax_t)*pte);
5457
5458                         /*
5459                          * PG_W must be cleared atomically.  Although the pmap
5460                          * lock synchronizes access to PG_W, another processor
5461                          * could be setting PG_M and/or PG_A concurrently.
5462                          */
5463                         atomic_clear_long(pte, PG_W);
5464                         pmap->pm_stats.wired_count--;
5465                 }
5466         }
5467         PMAP_UNLOCK(pmap);
5468 }
5469
5470 /*
5471  *      Copy the range specified by src_addr/len
5472  *      from the source map to the range dst_addr/len
5473  *      in the destination map.
5474  *
5475  *      This routine is only advisory and need not do anything.
5476  */
5477
5478 void
5479 pmap_copy(pmap_t dst_pmap, pmap_t src_pmap, vm_offset_t dst_addr, vm_size_t len,
5480     vm_offset_t src_addr)
5481 {
5482         struct rwlock *lock;
5483         struct spglist free;
5484         vm_offset_t addr;
5485         vm_offset_t end_addr = src_addr + len;
5486         vm_offset_t va_next;
5487         vm_page_t dst_pdpg, dstmpte, srcmpte;
5488         pt_entry_t PG_A, PG_M, PG_V;
5489
5490         if (dst_addr != src_addr)
5491                 return;
5492
5493         if (dst_pmap->pm_type != src_pmap->pm_type)
5494                 return;
5495
5496         /*
5497          * EPT page table entries that require emulation of A/D bits are
5498          * sensitive to clearing the PG_A bit (aka EPT_PG_READ). Although
5499          * we clear PG_M (aka EPT_PG_WRITE) concomitantly, the PG_U bit
5500          * (aka EPT_PG_EXECUTE) could still be set. Since some EPT
5501          * implementations flag an EPT misconfiguration for exec-only
5502          * mappings we skip this function entirely for emulated pmaps.
5503          */
5504         if (pmap_emulate_ad_bits(dst_pmap))
5505                 return;
5506
5507         lock = NULL;
5508         if (dst_pmap < src_pmap) {
5509                 PMAP_LOCK(dst_pmap);
5510                 PMAP_LOCK(src_pmap);
5511         } else {
5512                 PMAP_LOCK(src_pmap);
5513                 PMAP_LOCK(dst_pmap);
5514         }
5515
5516         PG_A = pmap_accessed_bit(dst_pmap);
5517         PG_M = pmap_modified_bit(dst_pmap);
5518         PG_V = pmap_valid_bit(dst_pmap);
5519
5520         for (addr = src_addr; addr < end_addr; addr = va_next) {
5521                 pt_entry_t *src_pte, *dst_pte;
5522                 pml4_entry_t *pml4e;
5523                 pdp_entry_t *pdpe;
5524                 pd_entry_t srcptepaddr, *pde;
5525
5526                 KASSERT(addr < UPT_MIN_ADDRESS,
5527                     ("pmap_copy: invalid to pmap_copy page tables"));
5528
5529                 pml4e = pmap_pml4e(src_pmap, addr);
5530                 if ((*pml4e & PG_V) == 0) {
5531                         va_next = (addr + NBPML4) & ~PML4MASK;
5532                         if (va_next < addr)
5533                                 va_next = end_addr;
5534                         continue;
5535                 }
5536
5537                 pdpe = pmap_pml4e_to_pdpe(pml4e, addr);
5538                 if ((*pdpe & PG_V) == 0) {
5539                         va_next = (addr + NBPDP) & ~PDPMASK;
5540                         if (va_next < addr)
5541                                 va_next = end_addr;
5542                         continue;
5543                 }
5544
5545                 va_next = (addr + NBPDR) & ~PDRMASK;
5546                 if (va_next < addr)
5547                         va_next = end_addr;
5548
5549                 pde = pmap_pdpe_to_pde(pdpe, addr);
5550                 srcptepaddr = *pde;
5551                 if (srcptepaddr == 0)
5552                         continue;
5553                         
5554                 if (srcptepaddr & PG_PS) {
5555                         if ((addr & PDRMASK) != 0 || addr + NBPDR > end_addr)
5556                                 continue;
5557                         dst_pdpg = pmap_allocpde(dst_pmap, addr, NULL);
5558                         if (dst_pdpg == NULL)
5559                                 break;
5560                         pde = (pd_entry_t *)
5561                             PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(dst_pdpg));
5562                         pde = &pde[pmap_pde_index(addr)];
5563                         if (*pde == 0 && ((srcptepaddr & PG_MANAGED) == 0 ||
5564                             pmap_pv_insert_pde(dst_pmap, addr, srcptepaddr,
5565                             PMAP_ENTER_NORECLAIM, &lock))) {
5566                                 *pde = srcptepaddr & ~PG_W;
5567                                 pmap_resident_count_inc(dst_pmap, NBPDR / PAGE_SIZE);
5568                                 atomic_add_long(&pmap_pde_mappings, 1);
5569                         } else
5570                                 dst_pdpg->wire_count--;
5571                         continue;
5572                 }
5573
5574                 srcptepaddr &= PG_FRAME;
5575                 srcmpte = PHYS_TO_VM_PAGE(srcptepaddr);
5576                 KASSERT(srcmpte->wire_count > 0,
5577                     ("pmap_copy: source page table page is unused"));
5578
5579                 if (va_next > end_addr)
5580                         va_next = end_addr;
5581
5582                 src_pte = (pt_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(srcptepaddr);
5583                 src_pte = &src_pte[pmap_pte_index(addr)];
5584                 dstmpte = NULL;
5585                 while (addr < va_next) {
5586                         pt_entry_t ptetemp;
5587                         ptetemp = *src_pte;
5588                         /*
5589                          * we only virtual copy managed pages
5590                          */
5591                         if ((ptetemp & PG_MANAGED) != 0) {
5592                                 if (dstmpte != NULL &&
5593                                     dstmpte->pindex == pmap_pde_pindex(addr))
5594                                         dstmpte->wire_count++;
5595                                 else if ((dstmpte = pmap_allocpte(dst_pmap,
5596                                     addr, NULL)) == NULL)
5597                                         goto out;
5598                                 dst_pte = (pt_entry_t *)
5599                                     PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(dstmpte));
5600                                 dst_pte = &dst_pte[pmap_pte_index(addr)];
5601                                 if (*dst_pte == 0 &&
5602                                     pmap_try_insert_pv_entry(dst_pmap, addr,
5603                                     PHYS_TO_VM_PAGE(ptetemp & PG_FRAME),
5604                                     &lock)) {
5605                                         /*
5606                                          * Clear the wired, modified, and
5607                                          * accessed (referenced) bits
5608                                          * during the copy.
5609                                          */
5610                                         *dst_pte = ptetemp & ~(PG_W | PG_M |
5611                                             PG_A);
5612                                         pmap_resident_count_inc(dst_pmap, 1);
5613                                 } else {
5614                                         SLIST_INIT(&free);
5615                                         if (pmap_unwire_ptp(dst_pmap, addr,
5616                                             dstmpte, &free)) {
5617                                                 /*
5618                                                  * Although "addr" is not
5619                                                  * mapped, paging-structure
5620                                                  * caches could nonetheless
5621                                                  * have entries that refer to
5622                                                  * the freed page table pages.
5623                                                  * Invalidate those entries.
5624                                                  */
5625                                                 pmap_invalidate_page(dst_pmap,
5626                                                     addr);
5627                                                 pmap_free_zero_pages(&free);
5628                                         }
5629                                         goto out;
5630                                 }
5631                                 if (dstmpte->wire_count >= srcmpte->wire_count)
5632                                         break;
5633                         }
5634                         addr += PAGE_SIZE;
5635                         src_pte++;
5636                 }
5637         }
5638 out:
5639         if (lock != NULL)
5640                 rw_wunlock(lock);
5641         PMAP_UNLOCK(src_pmap);
5642         PMAP_UNLOCK(dst_pmap);
5643 }
5644
5645 /*
5646  *      pmap_zero_page zeros the specified hardware page by mapping
5647  *      the page into KVM and using bzero to clear its contents.
5648  */
5649 void
5650 pmap_zero_page(vm_page_t m)
5651 {
5652         vm_offset_t va = PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
5653
5654         pagezero((void *)va);
5655 }
5656
5657 /*
5658  *      pmap_zero_page_area zeros the specified hardware page by mapping 
5659  *      the page into KVM and using bzero to clear its contents.
5660  *
5661  *      off and size may not cover an area beyond a single hardware page.
5662  */
5663 void
5664 pmap_zero_page_area(vm_page_t m, int off, int size)
5665 {
5666         vm_offset_t va = PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
5667
5668         if (off == 0 && size == PAGE_SIZE)
5669                 pagezero((void *)va);
5670         else
5671                 bzero((char *)va + off, size);
5672 }
5673
5674 /*
5675  *      pmap_zero_page_idle zeros the specified hardware page by mapping 
5676  *      the page into KVM and using bzero to clear its contents.  This
5677  *      is intended to be called from the vm_pagezero process only and
5678  *      outside of Giant.
5679  */
5680 void
5681 pmap_zero_page_idle(vm_page_t m)
5682 {
5683         vm_offset_t va = PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
5684
5685         pagezero((void *)va);
5686 }
5687
5688 /*
5689  *      pmap_copy_page copies the specified (machine independent)
5690  *      page by mapping the page into virtual memory and using
5691  *      bcopy to copy the page, one machine dependent page at a
5692  *      time.
5693  */
5694 void
5695 pmap_copy_page(vm_page_t msrc, vm_page_t mdst)
5696 {
5697         vm_offset_t src = PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(msrc));
5698         vm_offset_t dst = PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(mdst));
5699
5700         pagecopy((void *)src, (void *)dst);
5701 }
5702
5703 int unmapped_buf_allowed = 1;
5704
5705 void
5706 pmap_copy_pages(vm_page_t ma[], vm_offset_t a_offset, vm_page_t mb[],
5707     vm_offset_t b_offset, int xfersize)
5708 {
5709         void *a_cp, *b_cp;
5710         vm_page_t pages[2];
5711         vm_offset_t vaddr[2], a_pg_offset, b_pg_offset;
5712         int cnt;
5713         boolean_t mapped;
5714
5715         while (xfersize > 0) {
5716                 a_pg_offset = a_offset & PAGE_MASK;
5717                 pages[0] = ma[a_offset >> PAGE_SHIFT];
5718                 b_pg_offset = b_offset & PAGE_MASK;
5719                 pages[1] = mb[b_offset >> PAGE_SHIFT];
5720                 cnt = min(xfersize, PAGE_SIZE - a_pg_offset);
5721                 cnt = min(cnt, PAGE_SIZE - b_pg_offset);
5722                 mapped = pmap_map_io_transient(pages, vaddr, 2, FALSE);
5723                 a_cp = (char *)vaddr[0] + a_pg_offset;
5724                 b_cp = (char *)vaddr[1] + b_pg_offset;
5725                 bcopy(a_cp, b_cp, cnt);
5726                 if (__predict_false(mapped))
5727                         pmap_unmap_io_transient(pages, vaddr, 2, FALSE);
5728                 a_offset += cnt;
5729                 b_offset += cnt;
5730                 xfersize -= cnt;
5731         }
5732 }
5733
5734 /*
5735  * Returns true if the pmap's pv is one of the first
5736  * 16 pvs linked to from this page.  This count may
5737  * be changed upwards or downwards in the future; it
5738  * is only necessary that true be returned for a small
5739  * subset of pmaps for proper page aging.
5740  */
5741 boolean_t
5742 pmap_page_exists_quick(pmap_t pmap, vm_page_t m)
5743 {
5744         struct md_page *pvh;
5745         struct rwlock *lock;
5746         pv_entry_t pv;
5747         int loops = 0;
5748         boolean_t rv;
5749
5750         KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
5751             ("pmap_page_exists_quick: page %p is not managed", m));
5752         rv = FALSE;
5753         lock = VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m);
5754         rw_rlock(lock);
5755         TAILQ_FOREACH(pv, &m->md.pv_list, pv_next) {
5756                 if (PV_PMAP(pv) == pmap) {
5757                         rv = TRUE;
5758                         break;
5759                 }
5760                 loops++;
5761                 if (loops >= 16)
5762                         break;
5763         }
5764         if (!rv && loops < 16 && (m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0) {
5765                 pvh = pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
5766                 TAILQ_FOREACH(pv, &pvh->pv_list, pv_next) {
5767                         if (PV_PMAP(pv) == pmap) {
5768                                 rv = TRUE;
5769                                 break;
5770                         }
5771                         loops++;
5772                         if (loops >= 16)
5773                                 break;
5774                 }
5775         }
5776         rw_runlock(lock);
5777         return (rv);
5778 }
5779
5780 /*
5781  *      pmap_page_wired_mappings:
5782  *
5783  *      Return the number of managed mappings to the given physical page
5784  *      that are wired.
5785  */
5786 int
5787 pmap_page_wired_mappings(vm_page_t m)
5788 {
5789         struct rwlock *lock;
5790         struct md_page *pvh;
5791         pmap_t pmap;
5792         pt_entry_t *pte;
5793         pv_entry_t pv;
5794         int count, md_gen, pvh_gen;
5795
5796         if ((m->oflags & VPO_UNMANAGED) != 0)
5797                 return (0);
5798         lock = VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m);
5799         rw_rlock(lock);
5800 restart:
5801         count = 0;
5802         TAILQ_FOREACH(pv, &m->md.pv_list, pv_next) {
5803                 pmap = PV_PMAP(pv);
5804                 if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
5805                         md_gen = m->md.pv_gen;
5806                         rw_runlock(lock);
5807                         PMAP_LOCK(pmap);
5808                         rw_rlock(lock);
5809                         if (md_gen != m->md.pv_gen) {
5810                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
5811                                 goto restart;
5812                         }
5813                 }
5814                 pte = pmap_pte(pmap, pv->pv_va);
5815                 if ((*pte & PG_W) != 0)
5816                         count++;
5817                 PMAP_UNLOCK(pmap);
5818         }
5819         if ((m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0) {
5820                 pvh = pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
5821                 TAILQ_FOREACH(pv, &pvh->pv_list, pv_next) {
5822                         pmap = PV_PMAP(pv);
5823                         if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
5824                                 md_gen = m->md.pv_gen;
5825                                 pvh_gen = pvh->pv_gen;
5826                                 rw_runlock(lock);
5827                                 PMAP_LOCK(pmap);
5828                                 rw_rlock(lock);
5829                                 if (md_gen != m->md.pv_gen ||
5830                                     pvh_gen != pvh->pv_gen) {
5831                                         PMAP_UNLOCK(pmap);
5832                                         goto restart;
5833                                 }
5834                         }
5835                         pte = pmap_pde(pmap, pv->pv_va);
5836                         if ((*pte & PG_W) != 0)
5837                                 count++;
5838                         PMAP_UNLOCK(pmap);
5839                 }
5840         }
5841         rw_runlock(lock);
5842         return (count);
5843 }
5844
5845 /*
5846  * Returns TRUE if the given page is mapped individually or as part of
5847  * a 2mpage.  Otherwise, returns FALSE.
5848  */
5849 boolean_t
5850 pmap_page_is_mapped(vm_page_t m)
5851 {
5852         struct rwlock *lock;
5853         boolean_t rv;
5854
5855         if ((m->oflags & VPO_UNMANAGED) != 0)
5856                 return (FALSE);
5857         lock = VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m);
5858         rw_rlock(lock);
5859         rv = !TAILQ_EMPTY(&m->md.pv_list) ||
5860             ((m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0 &&
5861             !TAILQ_EMPTY(&pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m))->pv_list));
5862         rw_runlock(lock);
5863         return (rv);
5864 }
5865
5866 /*
5867  * Destroy all managed, non-wired mappings in the given user-space
5868  * pmap.  This pmap cannot be active on any processor besides the
5869  * caller.
5870  *
5871  * This function cannot be applied to the kernel pmap.  Moreover, it
5872  * is not intended for general use.  It is only to be used during
5873  * process termination.  Consequently, it can be implemented in ways
5874  * that make it faster than pmap_remove().  First, it can more quickly
5875  * destroy mappings by iterating over the pmap's collection of PV
5876  * entries, rather than searching the page table.  Second, it doesn't
5877  * have to test and clear the page table entries atomically, because
5878  * no processor is currently accessing the user address space.  In
5879  * particular, a page table entry's dirty bit won't change state once
5880  * this function starts.
5881  *
5882  * Although this function destroys all of the pmap's managed,
5883  * non-wired mappings, it can delay and batch the invalidation of TLB
5884  * entries without calling pmap_delayed_invl_started() and
5885  * pmap_delayed_invl_finished().  Because the pmap is not active on
5886  * any other processor, none of these TLB entries will ever be used
5887  * before their eventual invalidation.  Consequently, there is no need
5888  * for either pmap_remove_all() or pmap_remove_write() to wait for
5889  * that eventual TLB invalidation.
5890  */
5891 void
5892 pmap_remove_pages(pmap_t pmap)
5893 {
5894         pd_entry_t ptepde;
5895         pt_entry_t *pte, tpte;
5896         pt_entry_t PG_M, PG_RW, PG_V;
5897         struct spglist free;
5898         vm_page_t m, mpte, mt;
5899         pv_entry_t pv;
5900         struct md_page *pvh;
5901         struct pv_chunk *pc, *npc;
5902         struct rwlock *lock;
5903         int64_t bit;
5904         uint64_t inuse, bitmask;
5905         int allfree, field, freed, idx;
5906         boolean_t superpage;
5907         vm_paddr_t pa;
5908
5909         /*
5910          * Assert that the given pmap is only active on the current
5911          * CPU.  Unfortunately, we cannot block another CPU from
5912          * activating the pmap while this function is executing.
5913          */
5914         KASSERT(pmap == PCPU_GET(curpmap), ("non-current pmap %p", pmap));
5915 #ifdef INVARIANTS
5916         {
5917                 cpuset_t other_cpus;
5918
5919                 other_cpus = all_cpus;
5920                 critical_enter();
5921                 CPU_CLR(PCPU_GET(cpuid), &other_cpus);
5922                 CPU_AND(&other_cpus, &pmap->pm_active);
5923                 critical_exit();
5924                 KASSERT(CPU_EMPTY(&other_cpus), ("pmap active %p", pmap));
5925         }
5926 #endif
5927
5928         lock = NULL;
5929         PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
5930         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
5931         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
5932
5933         SLIST_INIT(&free);
5934         PMAP_LOCK(pmap);
5935         TAILQ_FOREACH_SAFE(pc, &pmap->pm_pvchunk, pc_list, npc) {
5936                 allfree = 1;
5937                 freed = 0;
5938                 for (field = 0; field < _NPCM; field++) {
5939                         inuse = ~pc->pc_map[field] & pc_freemask[field];
5940                         while (inuse != 0) {
5941                                 bit = bsfq(inuse);
5942                                 bitmask = 1UL << bit;
5943                                 idx = field * 64 + bit;
5944                                 pv = &pc->pc_pventry[idx];
5945                                 inuse &= ~bitmask;
5946
5947                                 pte = pmap_pdpe(pmap, pv->pv_va);
5948                                 ptepde = *pte;
5949                                 pte = pmap_pdpe_to_pde(pte, pv->pv_va);
5950                                 tpte = *pte;
5951                                 if ((tpte & (PG_PS | PG_V)) == PG_V) {
5952                                         superpage = FALSE;
5953                                         ptepde = tpte;
5954                                         pte = (pt_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(tpte &
5955                                             PG_FRAME);
5956                                         pte = &pte[pmap_pte_index(pv->pv_va)];
5957                                         tpte = *pte;
5958                                 } else {
5959                                         /*
5960                                          * Keep track whether 'tpte' is a
5961                                          * superpage explicitly instead of
5962                                          * relying on PG_PS being set.
5963                                          *
5964                                          * This is because PG_PS is numerically
5965                                          * identical to PG_PTE_PAT and thus a
5966                                          * regular page could be mistaken for
5967                                          * a superpage.
5968                                          */
5969                                         superpage = TRUE;
5970                                 }
5971
5972                                 if ((tpte & PG_V) == 0) {
5973                                         panic("bad pte va %lx pte %lx",
5974                                             pv->pv_va, tpte);
5975                                 }
5976
5977 /*
5978  * We cannot remove wired pages from a process' mapping at this time
5979  */
5980                                 if (tpte & PG_W) {
5981                                         allfree = 0;
5982                                         continue;
5983                                 }
5984
5985                                 if (superpage)
5986                                         pa = tpte & PG_PS_FRAME;
5987                                 else
5988                                         pa = tpte & PG_FRAME;
5989
5990                                 m = PHYS_TO_VM_PAGE(pa);
5991                                 KASSERT(m->phys_addr == pa,
5992                                     ("vm_page_t %p phys_addr mismatch %016jx %016jx",
5993                                     m, (uintmax_t)m->phys_addr,
5994                                     (uintmax_t)tpte));
5995
5996                                 KASSERT((m->flags & PG_FICTITIOUS) != 0 ||
5997                                     m < &vm_page_array[vm_page_array_size],
5998                                     ("pmap_remove_pages: bad tpte %#jx",
5999                                     (uintmax_t)tpte));
6000
6001                                 pte_clear(pte);
6002
6003                                 /*
6004                                  * Update the vm_page_t clean/reference bits.
6005                                  */
6006                                 if ((tpte & (PG_M | PG_RW)) == (PG_M | PG_RW)) {
6007                                         if (superpage) {
6008                                                 for (mt = m; mt < &m[NBPDR / PAGE_SIZE]; mt++)
6009                                                         vm_page_dirty(mt);
6010                                         } else
6011                                                 vm_page_dirty(m);
6012                                 }
6013
6014                                 CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_VM_PAGE(&lock, m);
6015
6016                                 /* Mark free */
6017                                 pc->pc_map[field] |= bitmask;
6018                                 if (superpage) {
6019                                         pmap_resident_count_dec(pmap, NBPDR / PAGE_SIZE);
6020                                         pvh = pa_to_pvh(tpte & PG_PS_FRAME);
6021                                         TAILQ_REMOVE(&pvh->pv_list, pv, pv_next);
6022                                         pvh->pv_gen++;
6023                                         if (TAILQ_EMPTY(&pvh->pv_list)) {
6024                                                 for (mt = m; mt < &m[NBPDR / PAGE_SIZE]; mt++)
6025                                                         if ((mt->aflags & PGA_WRITEABLE) != 0 &&
6026                                                             TAILQ_EMPTY(&mt->md.pv_list))
6027                                                                 vm_page_aflag_clear(mt, PGA_WRITEABLE);
6028                                         }
6029                                         mpte = pmap_remove_pt_page(pmap, pv->pv_va);
6030                                         if (mpte != NULL) {
6031                                                 pmap_resident_count_dec(pmap, 1);
6032                                                 KASSERT(mpte->wire_count == NPTEPG,
6033                                                     ("pmap_remove_pages: pte page wire count error"));
6034                                                 mpte->wire_count = 0;
6035                                                 pmap_add_delayed_free_list(mpte, &free, FALSE);
6036                                         }
6037                                 } else {
6038                                         pmap_resident_count_dec(pmap, 1);
6039                                         TAILQ_REMOVE(&m->md.pv_list, pv, pv_next);
6040                                         m->md.pv_gen++;
6041                                         if ((m->aflags & PGA_WRITEABLE) != 0 &&
6042                                             TAILQ_EMPTY(&m->md.pv_list) &&
6043                                             (m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0) {
6044                                                 pvh = pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
6045                                                 if (TAILQ_EMPTY(&pvh->pv_list))
6046                                                         vm_page_aflag_clear(m, PGA_WRITEABLE);
6047                                         }
6048                                 }
6049                                 pmap_unuse_pt(pmap, pv->pv_va, ptepde, &free);
6050                                 freed++;
6051                         }
6052                 }
6053                 PV_STAT(atomic_add_long(&pv_entry_frees, freed));
6054                 PV_STAT(atomic_add_int(&pv_entry_spare, freed));
6055                 PV_STAT(atomic_subtract_long(&pv_entry_count, freed));
6056                 if (allfree) {
6057                         TAILQ_REMOVE(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
6058                         free_pv_chunk(pc);
6059                 }
6060         }
6061         if (lock != NULL)
6062                 rw_wunlock(lock);
6063         pmap_invalidate_all(pmap);
6064         PMAP_UNLOCK(pmap);
6065         pmap_free_zero_pages(&free);
6066 }
6067
6068 static boolean_t
6069 pmap_page_test_mappings(vm_page_t m, boolean_t accessed, boolean_t modified)
6070 {
6071         struct rwlock *lock;
6072         pv_entry_t pv;
6073         struct md_page *pvh;
6074         pt_entry_t *pte, mask;
6075         pt_entry_t PG_A, PG_M, PG_RW, PG_V;
6076         pmap_t pmap;
6077         int md_gen, pvh_gen;
6078         boolean_t rv;
6079
6080         rv = FALSE;
6081         lock = VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m);
6082         rw_rlock(lock);
6083 restart:
6084         TAILQ_FOREACH(pv, &m->md.pv_list, pv_next) {
6085                 pmap = PV_PMAP(pv);
6086                 if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
6087                         md_gen = m->md.pv_gen;
6088                         rw_runlock(lock);
6089                         PMAP_LOCK(pmap);
6090                         rw_rlock(lock);
6091                         if (md_gen != m->md.pv_gen) {
6092                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
6093                                 goto restart;
6094                         }
6095                 }
6096                 pte = pmap_pte(pmap, pv->pv_va);
6097                 mask = 0;
6098                 if (modified) {
6099                         PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
6100                         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
6101                         mask |= PG_RW | PG_M;
6102                 }
6103                 if (accessed) {
6104                         PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
6105                         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
6106                         mask |= PG_V | PG_A;
6107                 }
6108                 rv = (*pte & mask) == mask;
6109                 PMAP_UNLOCK(pmap);
6110                 if (rv)
6111                         goto out;
6112         }
6113         if ((m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0) {
6114                 pvh = pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
6115                 TAILQ_FOREACH(pv, &pvh->pv_list, pv_next) {
6116                         pmap = PV_PMAP(pv);
6117                         if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
6118                                 md_gen = m->md.pv_gen;
6119                                 pvh_gen = pvh->pv_gen;
6120                                 rw_runlock(lock);
6121                                 PMAP_LOCK(pmap);
6122                                 rw_rlock(lock);
6123                                 if (md_gen != m->md.pv_gen ||
6124                                     pvh_gen != pvh->pv_gen) {
6125                                         PMAP_UNLOCK(pmap);
6126                                         goto restart;
6127                                 }
6128                         }
6129                         pte = pmap_pde(pmap, pv->pv_va);
6130                         mask = 0;
6131                         if (modified) {
6132                                 PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
6133                                 PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
6134                                 mask |= PG_RW | PG_M;
6135                         }
6136                         if (accessed) {
6137                                 PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
6138                                 PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
6139                                 mask |= PG_V | PG_A;
6140                         }
6141                         rv = (*pte & mask) == mask;
6142                         PMAP_UNLOCK(pmap);
6143                         if (rv)
6144                                 goto out;
6145                 }
6146         }
6147 out:
6148         rw_runlock(lock);
6149         return (rv);
6150 }
6151
6152 /*
6153  *      pmap_is_modified:
6154  *
6155  *      Return whether or not the specified physical page was modified
6156  *      in any physical maps.
6157  */
6158 boolean_t
6159 pmap_is_modified(vm_page_t m)
6160 {
6161
6162         KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
6163             ("pmap_is_modified: page %p is not managed", m));
6164
6165         /*
6166          * If the page is not exclusive busied, then PGA_WRITEABLE cannot be
6167          * concurrently set while the object is locked.  Thus, if PGA_WRITEABLE
6168          * is clear, no PTEs can have PG_M set.
6169          */
6170         VM_OBJECT_ASSERT_WLOCKED(m->object);
6171         if (!vm_page_xbusied(m) && (m->aflags & PGA_WRITEABLE) == 0)
6172                 return (FALSE);
6173         return (pmap_page_test_mappings(m, FALSE, TRUE));
6174 }
6175
6176 /*
6177  *      pmap_is_prefaultable:
6178  *
6179  *      Return whether or not the specified virtual address is eligible
6180  *      for prefault.
6181  */
6182 boolean_t
6183 pmap_is_prefaultable(pmap_t pmap, vm_offset_t addr)
6184 {
6185         pd_entry_t *pde;
6186         pt_entry_t *pte, PG_V;
6187         boolean_t rv;
6188
6189         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
6190         rv = FALSE;
6191         PMAP_LOCK(pmap);
6192         pde = pmap_pde(pmap, addr);
6193         if (pde != NULL && (*pde & (PG_PS | PG_V)) == PG_V) {
6194                 pte = pmap_pde_to_pte(pde, addr);
6195                 rv = (*pte & PG_V) == 0;
6196         }
6197         PMAP_UNLOCK(pmap);
6198         return (rv);
6199 }
6200
6201 /*
6202  *      pmap_is_referenced:
6203  *
6204  *      Return whether or not the specified physical page was referenced
6205  *      in any physical maps.
6206  */
6207 boolean_t
6208 pmap_is_referenced(vm_page_t m)
6209 {
6210
6211         KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
6212             ("pmap_is_referenced: page %p is not managed", m));
6213         return (pmap_page_test_mappings(m, TRUE, FALSE));
6214 }
6215
6216 /*
6217  * Clear the write and modified bits in each of the given page's mappings.
6218  */
6219 void
6220 pmap_remove_write(vm_page_t m)
6221 {
6222         struct md_page *pvh;
6223         pmap_t pmap;
6224         struct rwlock *lock;
6225         pv_entry_t next_pv, pv;
6226         pd_entry_t *pde;
6227         pt_entry_t oldpte, *pte, PG_M, PG_RW;
6228         vm_offset_t va;
6229         int pvh_gen, md_gen;
6230
6231         KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
6232             ("pmap_remove_write: page %p is not managed", m));
6233
6234         /*
6235          * If the page is not exclusive busied, then PGA_WRITEABLE cannot be
6236          * set by another thread while the object is locked.  Thus,
6237          * if PGA_WRITEABLE is clear, no page table entries need updating.
6238          */
6239         VM_OBJECT_ASSERT_WLOCKED(m->object);
6240         if (!vm_page_xbusied(m) && (m->aflags & PGA_WRITEABLE) == 0)
6241                 return;
6242         lock = VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m);
6243         pvh = (m->flags & PG_FICTITIOUS) != 0 ? &pv_dummy :
6244             pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
6245 retry_pv_loop:
6246         rw_wlock(lock);
6247         TAILQ_FOREACH_SAFE(pv, &pvh->pv_list, pv_next, next_pv) {
6248                 pmap = PV_PMAP(pv);
6249                 if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
6250                         pvh_gen = pvh->pv_gen;
6251                         rw_wunlock(lock);
6252                         PMAP_LOCK(pmap);
6253                         rw_wlock(lock);
6254                         if (pvh_gen != pvh->pv_gen) {
6255                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
6256                                 rw_wunlock(lock);
6257                                 goto retry_pv_loop;
6258                         }
6259                 }
6260                 PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
6261                 va = pv->pv_va;
6262                 pde = pmap_pde(pmap, va);
6263                 if ((*pde & PG_RW) != 0)
6264                         (void)pmap_demote_pde_locked(pmap, pde, va, &lock);
6265                 KASSERT(lock == VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m),
6266                     ("inconsistent pv lock %p %p for page %p",
6267                     lock, VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m), m));
6268                 PMAP_UNLOCK(pmap);
6269         }
6270         TAILQ_FOREACH(pv, &m->md.pv_list, pv_next) {
6271                 pmap = PV_PMAP(pv);
6272                 if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
6273                         pvh_gen = pvh->pv_gen;
6274                         md_gen = m->md.pv_gen;
6275                         rw_wunlock(lock);
6276                         PMAP_LOCK(pmap);
6277                         rw_wlock(lock);
6278                         if (pvh_gen != pvh->pv_gen ||
6279                             md_gen != m->md.pv_gen) {
6280                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
6281                                 rw_wunlock(lock);
6282                                 goto retry_pv_loop;
6283                         }
6284                 }
6285                 PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
6286                 PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
6287                 pde = pmap_pde(pmap, pv->pv_va);
6288                 KASSERT((*pde & PG_PS) == 0,
6289                     ("pmap_remove_write: found a 2mpage in page %p's pv list",
6290                     m));
6291                 pte = pmap_pde_to_pte(pde, pv->pv_va);
6292 retry:
6293                 oldpte = *pte;
6294                 if (oldpte & PG_RW) {
6295                         if (!atomic_cmpset_long(pte, oldpte, oldpte &
6296                             ~(PG_RW | PG_M)))
6297                                 goto retry;
6298                         if ((oldpte & PG_M) != 0)
6299                                 vm_page_dirty(m);
6300                         pmap_invalidate_page(pmap, pv->pv_va);
6301                 }
6302                 PMAP_UNLOCK(pmap);
6303         }
6304         rw_wunlock(lock);
6305         vm_page_aflag_clear(m, PGA_WRITEABLE);
6306         pmap_delayed_invl_wait(m);
6307 }
6308
6309 static __inline boolean_t
6310 safe_to_clear_referenced(pmap_t pmap, pt_entry_t pte)
6311 {
6312
6313         if (!pmap_emulate_ad_bits(pmap))
6314                 return (TRUE);
6315
6316         KASSERT(pmap->pm_type == PT_EPT, ("invalid pm_type %d", pmap->pm_type));
6317
6318         /*
6319          * XWR = 010 or 110 will cause an unconditional EPT misconfiguration
6320          * so we don't let the referenced (aka EPT_PG_READ) bit to be cleared
6321          * if the EPT_PG_WRITE bit is set.
6322          */
6323         if ((pte & EPT_PG_WRITE) != 0)
6324                 return (FALSE);
6325
6326         /*
6327          * XWR = 100 is allowed only if the PMAP_SUPPORTS_EXEC_ONLY is set.
6328          */
6329         if ((pte & EPT_PG_EXECUTE) == 0 ||
6330             ((pmap->pm_flags & PMAP_SUPPORTS_EXEC_ONLY) != 0))
6331                 return (TRUE);
6332         else
6333                 return (FALSE);
6334 }
6335
6336 /*
6337  *      pmap_ts_referenced:
6338  *
6339  *      Return a count of reference bits for a page, clearing those bits.
6340  *      It is not necessary for every reference bit to be cleared, but it
6341  *      is necessary that 0 only be returned when there are truly no
6342  *      reference bits set.
6343  *
6344  *      As an optimization, update the page's dirty field if a modified bit is
6345  *      found while counting reference bits.  This opportunistic update can be
6346  *      performed at low cost and can eliminate the need for some future calls
6347  *      to pmap_is_modified().  However, since this function stops after
6348  *      finding PMAP_TS_REFERENCED_MAX reference bits, it may not detect some
6349  *      dirty pages.  Those dirty pages will only be detected by a future call
6350  *      to pmap_is_modified().
6351  *
6352  *      A DI block is not needed within this function, because
6353  *      invalidations are performed before the PV list lock is
6354  *      released.
6355  */
6356 int
6357 pmap_ts_referenced(vm_page_t m)
6358 {
6359         struct md_page *pvh;
6360         pv_entry_t pv, pvf;
6361         pmap_t pmap;
6362         struct rwlock *lock;
6363         pd_entry_t oldpde, *pde;
6364         pt_entry_t *pte, PG_A, PG_M, PG_RW;
6365         vm_offset_t va;
6366         vm_paddr_t pa;
6367         int cleared, md_gen, not_cleared, pvh_gen;
6368         struct spglist free;
6369         boolean_t demoted;
6370
6371         KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
6372             ("pmap_ts_referenced: page %p is not managed", m));
6373         SLIST_INIT(&free);
6374         cleared = 0;
6375         pa = VM_PAGE_TO_PHYS(m);
6376         lock = PHYS_TO_PV_LIST_LOCK(pa);
6377         pvh = (m->flags & PG_FICTITIOUS) != 0 ? &pv_dummy : pa_to_pvh(pa);
6378         rw_wlock(lock);
6379 retry:
6380         not_cleared = 0;
6381         if ((pvf = TAILQ_FIRST(&pvh->pv_list)) == NULL)
6382                 goto small_mappings;
6383         pv = pvf;
6384         do {
6385                 if (pvf == NULL)
6386                         pvf = pv;
6387                 pmap = PV_PMAP(pv);
6388                 if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
6389                         pvh_gen = pvh->pv_gen;
6390                         rw_wunlock(lock);
6391                         PMAP_LOCK(pmap);
6392                         rw_wlock(lock);
6393                         if (pvh_gen != pvh->pv_gen) {
6394                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
6395                                 goto retry;
6396                         }
6397                 }
6398                 PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
6399                 PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
6400                 PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
6401                 va = pv->pv_va;
6402                 pde = pmap_pde(pmap, pv->pv_va);
6403                 oldpde = *pde;
6404                 if ((oldpde & (PG_M | PG_RW)) == (PG_M | PG_RW)) {
6405                         /*
6406                          * Although "oldpde" is mapping a 2MB page, because
6407                          * this function is called at a 4KB page granularity,
6408                          * we only update the 4KB page under test.
6409                          */
6410                         vm_page_dirty(m);
6411                 }
6412                 if ((oldpde & PG_A) != 0) {
6413                         /*
6414                          * Since this reference bit is shared by 512 4KB
6415                          * pages, it should not be cleared every time it is
6416                          * tested.  Apply a simple "hash" function on the
6417                          * physical page number, the virtual superpage number,
6418                          * and the pmap address to select one 4KB page out of
6419                          * the 512 on which testing the reference bit will
6420                          * result in clearing that reference bit.  This
6421                          * function is designed to avoid the selection of the
6422                          * same 4KB page for every 2MB page mapping.
6423                          *
6424                          * On demotion, a mapping that hasn't been referenced
6425                          * is simply destroyed.  To avoid the possibility of a
6426                          * subsequent page fault on a demoted wired mapping,
6427                          * always leave its reference bit set.  Moreover,
6428                          * since the superpage is wired, the current state of
6429                          * its reference bit won't affect page replacement.
6430                          */
6431                         if ((((pa >> PAGE_SHIFT) ^ (pv->pv_va >> PDRSHIFT) ^
6432                             (uintptr_t)pmap) & (NPTEPG - 1)) == 0 &&
6433                             (oldpde & PG_W) == 0) {
6434                                 if (safe_to_clear_referenced(pmap, oldpde)) {
6435                                         atomic_clear_long(pde, PG_A);
6436                                         pmap_invalidate_page(pmap, pv->pv_va);
6437                                         demoted = FALSE;
6438                                 } else if (pmap_demote_pde_locked(pmap, pde,
6439                                     pv->pv_va, &lock)) {
6440                                         /*
6441                                          * Remove the mapping to a single page
6442                                          * so that a subsequent access may
6443                                          * repromote.  Since the underlying
6444                                          * page table page is fully populated,
6445                                          * this removal never frees a page
6446                                          * table page.
6447                                          */
6448                                         demoted = TRUE;
6449                                         va += VM_PAGE_TO_PHYS(m) - (oldpde &
6450                                             PG_PS_FRAME);
6451                                         pte = pmap_pde_to_pte(pde, va);
6452                                         pmap_remove_pte(pmap, pte, va, *pde,
6453                                             NULL, &lock);
6454                                         pmap_invalidate_page(pmap, va);
6455                                 } else
6456                                         demoted = TRUE;
6457
6458                                 if (demoted) {
6459                                         /*
6460                                          * The superpage mapping was removed
6461                                          * entirely and therefore 'pv' is no
6462                                          * longer valid.
6463                                          */
6464                                         if (pvf == pv)
6465                                                 pvf = NULL;
6466                                         pv = NULL;
6467                                 }
6468                                 cleared++;
6469                                 KASSERT(lock == VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m),
6470                                     ("inconsistent pv lock %p %p for page %p",
6471                                     lock, VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m), m));
6472                         } else
6473                                 not_cleared++;
6474                 }
6475                 PMAP_UNLOCK(pmap);
6476                 /* Rotate the PV list if it has more than one entry. */
6477                 if (pv != NULL && TAILQ_NEXT(pv, pv_next) != NULL) {
6478                         TAILQ_REMOVE(&pvh->pv_list, pv, pv_next);
6479                         TAILQ_INSERT_TAIL(&pvh->pv_list, pv, pv_next);
6480                         pvh->pv_gen++;
6481                 }
6482                 if (cleared + not_cleared >= PMAP_TS_REFERENCED_MAX)
6483                         goto out;
6484         } while ((pv = TAILQ_FIRST(&pvh->pv_list)) != pvf);
6485 small_mappings:
6486         if ((pvf = TAILQ_FIRST(&m->md.pv_list)) == NULL)
6487                 goto out;
6488         pv = pvf;
6489         do {
6490                 if (pvf == NULL)
6491                         pvf = pv;
6492                 pmap = PV_PMAP(pv);
6493                 if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
6494                         pvh_gen = pvh->pv_gen;
6495                         md_gen = m->md.pv_gen;
6496                         rw_wunlock(lock);
6497                         PMAP_LOCK(pmap);
6498                         rw_wlock(lock);
6499                         if (pvh_gen != pvh->pv_gen || md_gen != m->md.pv_gen) {
6500                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
6501                                 goto retry;
6502                         }
6503                 }
6504                 PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
6505                 PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
6506                 PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
6507                 pde = pmap_pde(pmap, pv->pv_va);
6508                 KASSERT((*pde & PG_PS) == 0,
6509                     ("pmap_ts_referenced: found a 2mpage in page %p's pv list",
6510                     m));
6511                 pte = pmap_pde_to_pte(pde, pv->pv_va);
6512                 if ((*pte & (PG_M | PG_RW)) == (PG_M | PG_RW))
6513                         vm_page_dirty(m);
6514                 if ((*pte & PG_A) != 0) {
6515                         if (safe_to_clear_referenced(pmap, *pte)) {
6516                                 atomic_clear_long(pte, PG_A);
6517                                 pmap_invalidate_page(pmap, pv->pv_va);
6518                                 cleared++;
6519                         } else if ((*pte & PG_W) == 0) {
6520                                 /*
6521                                  * Wired pages cannot be paged out so
6522                                  * doing accessed bit emulation for
6523                                  * them is wasted effort. We do the
6524                                  * hard work for unwired pages only.
6525                                  */
6526                                 pmap_remove_pte(pmap, pte, pv->pv_va,
6527                                     *pde, &free, &lock);
6528                                 pmap_invalidate_page(pmap, pv->pv_va);
6529                                 cleared++;
6530                                 if (pvf == pv)
6531                                         pvf = NULL;
6532                                 pv = NULL;
6533                                 KASSERT(lock == VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m),
6534                                     ("inconsistent pv lock %p %p for page %p",
6535                                     lock, VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m), m));
6536                         } else
6537                                 not_cleared++;
6538                 }
6539                 PMAP_UNLOCK(pmap);
6540                 /* Rotate the PV list if it has more than one entry. */
6541                 if (pv != NULL && TAILQ_NEXT(pv, pv_next) != NULL) {
6542                         TAILQ_REMOVE(&m->md.pv_list, pv, pv_next);
6543                         TAILQ_INSERT_TAIL(&m->md.pv_list, pv, pv_next);
6544                         m->md.pv_gen++;
6545                 }
6546         } while ((pv = TAILQ_FIRST(&m->md.pv_list)) != pvf && cleared +
6547             not_cleared < PMAP_TS_REFERENCED_MAX);
6548 out:
6549         rw_wunlock(lock);
6550         pmap_free_zero_pages(&free);
6551         return (cleared + not_cleared);
6552 }
6553
6554 /*
6555  *      Apply the given advice to the specified range of addresses within the
6556  *      given pmap.  Depending on the advice, clear the referenced and/or
6557  *      modified flags in each mapping and set the mapped page's dirty field.
6558  */
6559 void
6560 pmap_advise(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva, int advice)
6561 {
6562         struct rwlock *lock;
6563         pml4_entry_t *pml4e;
6564         pdp_entry_t *pdpe;
6565         pd_entry_t oldpde, *pde;
6566         pt_entry_t *pte, PG_A, PG_G, PG_M, PG_RW, PG_V;
6567         vm_offset_t va, va_next;
6568         vm_page_t m;
6569         boolean_t anychanged;
6570
6571         if (advice != MADV_DONTNEED && advice != MADV_FREE)
6572                 return;
6573
6574         /*
6575          * A/D bit emulation requires an alternate code path when clearing
6576          * the modified and accessed bits below. Since this function is
6577          * advisory in nature we skip it entirely for pmaps that require
6578          * A/D bit emulation.
6579          */
6580         if (pmap_emulate_ad_bits(pmap))
6581                 return;
6582
6583         PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
6584         PG_G = pmap_global_bit(pmap);
6585         PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
6586         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
6587         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
6588         anychanged = FALSE;
6589         pmap_delayed_invl_started();
6590         PMAP_LOCK(pmap);
6591         for (; sva < eva; sva = va_next) {
6592                 pml4e = pmap_pml4e(pmap, sva);
6593                 if ((*pml4e & PG_V) == 0) {
6594                         va_next = (sva + NBPML4) & ~PML4MASK;
6595                         if (va_next < sva)
6596                                 va_next = eva;
6597                         continue;
6598                 }
6599                 pdpe = pmap_pml4e_to_pdpe(pml4e, sva);
6600                 if ((*pdpe & PG_V) == 0) {
6601                         va_next = (sva + NBPDP) & ~PDPMASK;
6602                         if (va_next < sva)
6603                                 va_next = eva;
6604                         continue;
6605                 }
6606                 va_next = (sva + NBPDR) & ~PDRMASK;
6607                 if (va_next < sva)
6608                         va_next = eva;
6609                 pde = pmap_pdpe_to_pde(pdpe, sva);
6610                 oldpde = *pde;
6611                 if ((oldpde & PG_V) == 0)
6612                         continue;
6613                 else if ((oldpde & PG_PS) != 0) {
6614                         if ((oldpde & PG_MANAGED) == 0)
6615                                 continue;
6616                         lock = NULL;
6617                         if (!pmap_demote_pde_locked(pmap, pde, sva, &lock)) {
6618                                 if (lock != NULL)
6619                                         rw_wunlock(lock);
6620
6621                                 /*
6622                                  * The large page mapping was destroyed.
6623                                  */
6624                                 continue;
6625                         }
6626
6627                         /*
6628                          * Unless the page mappings are wired, remove the
6629                          * mapping to a single page so that a subsequent
6630                          * access may repromote.  Since the underlying page
6631                          * table page is fully populated, this removal never
6632                          * frees a page table page.
6633                          */
6634                         if ((oldpde & PG_W) == 0) {
6635                                 pte = pmap_pde_to_pte(pde, sva);
6636                                 KASSERT((*pte & PG_V) != 0,
6637                                     ("pmap_advise: invalid PTE"));
6638                                 pmap_remove_pte(pmap, pte, sva, *pde, NULL,
6639                                     &lock);
6640                                 anychanged = TRUE;
6641                         }
6642                         if (lock != NULL)
6643                                 rw_wunlock(lock);
6644                 }
6645                 if (va_next > eva)
6646                         va_next = eva;
6647                 va = va_next;
6648                 for (pte = pmap_pde_to_pte(pde, sva); sva != va_next; pte++,
6649                     sva += PAGE_SIZE) {
6650                         if ((*pte & (PG_MANAGED | PG_V)) != (PG_MANAGED | PG_V))
6651                                 goto maybe_invlrng;
6652                         else if ((*pte & (PG_M | PG_RW)) == (PG_M | PG_RW)) {
6653                                 if (advice == MADV_DONTNEED) {
6654                                         /*
6655                                          * Future calls to pmap_is_modified()
6656                                          * can be avoided by making the page
6657                                          * dirty now.
6658                                          */
6659                                         m = PHYS_TO_VM_PAGE(*pte & PG_FRAME);
6660                                         vm_page_dirty(m);
6661                                 }
6662                                 atomic_clear_long(pte, PG_M | PG_A);
6663                         } else if ((*pte & PG_A) != 0)
6664                                 atomic_clear_long(pte, PG_A);
6665                         else
6666                                 goto maybe_invlrng;
6667
6668                         if ((*pte & PG_G) != 0) {
6669                                 if (va == va_next)
6670                                         va = sva;
6671                         } else
6672                                 anychanged = TRUE;
6673                         continue;
6674 maybe_invlrng:
6675                         if (va != va_next) {
6676                                 pmap_invalidate_range(pmap, va, sva);
6677                                 va = va_next;
6678                         }
6679                 }
6680                 if (va != va_next)
6681                         pmap_invalidate_range(pmap, va, sva);
6682         }
6683         if (anychanged)
6684                 pmap_invalidate_all(pmap);
6685         PMAP_UNLOCK(pmap);
6686         pmap_delayed_invl_finished();
6687 }
6688
6689 /*
6690  *      Clear the modify bits on the specified physical page.
6691  */
6692 void
6693 pmap_clear_modify(vm_page_t m)
6694 {
6695         struct md_page *pvh;
6696         pmap_t pmap;
6697         pv_entry_t next_pv, pv;
6698         pd_entry_t oldpde, *pde;
6699         pt_entry_t oldpte, *pte, PG_M, PG_RW, PG_V;
6700         struct rwlock *lock;
6701         vm_offset_t va;
6702         int md_gen, pvh_gen;
6703
6704         KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
6705             ("pmap_clear_modify: page %p is not managed", m));
6706         VM_OBJECT_ASSERT_WLOCKED(m->object);
6707         KASSERT(!vm_page_xbusied(m),
6708             ("pmap_clear_modify: page %p is exclusive busied", m));
6709
6710         /*
6711          * If the page is not PGA_WRITEABLE, then no PTEs can have PG_M set.
6712          * If the object containing the page is locked and the page is not
6713          * exclusive busied, then PGA_WRITEABLE cannot be concurrently set.
6714          */
6715         if ((m->aflags & PGA_WRITEABLE) == 0)
6716                 return;
6717         pvh = (m->flags & PG_FICTITIOUS) != 0 ? &pv_dummy :
6718             pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
6719         lock = VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m);
6720         rw_wlock(lock);
6721 restart:
6722         TAILQ_FOREACH_SAFE(pv, &pvh->pv_list, pv_next, next_pv) {
6723                 pmap = PV_PMAP(pv);
6724                 if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
6725                         pvh_gen = pvh->pv_gen;
6726                         rw_wunlock(lock);
6727                         PMAP_LOCK(pmap);
6728                         rw_wlock(lock);
6729                         if (pvh_gen != pvh->pv_gen) {
6730                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
6731                                 goto restart;
6732                         }
6733                 }
6734                 PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
6735                 PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
6736                 PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
6737                 va = pv->pv_va;
6738                 pde = pmap_pde(pmap, va);
6739                 oldpde = *pde;
6740                 if ((oldpde & PG_RW) != 0) {
6741                         if (pmap_demote_pde_locked(pmap, pde, va, &lock)) {
6742                                 if ((oldpde & PG_W) == 0) {
6743                                         /*
6744                                          * Write protect the mapping to a
6745                                          * single page so that a subsequent
6746                                          * write access may repromote.
6747                                          */
6748                                         va += VM_PAGE_TO_PHYS(m) - (oldpde &
6749                                             PG_PS_FRAME);
6750                                         pte = pmap_pde_to_pte(pde, va);
6751                                         oldpte = *pte;
6752                                         if ((oldpte & PG_V) != 0) {
6753                                                 while (!atomic_cmpset_long(pte,
6754                                                     oldpte,
6755                                                     oldpte & ~(PG_M | PG_RW)))
6756                                                         oldpte = *pte;
6757                                                 vm_page_dirty(m);
6758                                                 pmap_invalidate_page(pmap, va);
6759                                         }
6760                                 }
6761                         }
6762                 }
6763                 PMAP_UNLOCK(pmap);
6764         }
6765         TAILQ_FOREACH(pv, &m->md.pv_list, pv_next) {
6766                 pmap = PV_PMAP(pv);
6767                 if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
6768                         md_gen = m->md.pv_gen;
6769                         pvh_gen = pvh->pv_gen;
6770                         rw_wunlock(lock);
6771                         PMAP_LOCK(pmap);
6772                         rw_wlock(lock);
6773                         if (pvh_gen != pvh->pv_gen || md_gen != m->md.pv_gen) {
6774                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
6775                                 goto restart;
6776                         }
6777                 }
6778                 PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
6779                 PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
6780                 pde = pmap_pde(pmap, pv->pv_va);
6781                 KASSERT((*pde & PG_PS) == 0, ("pmap_clear_modify: found"
6782                     " a 2mpage in page %p's pv list", m));
6783                 pte = pmap_pde_to_pte(pde, pv->pv_va);
6784                 if ((*pte & (PG_M | PG_RW)) == (PG_M | PG_RW)) {
6785                         atomic_clear_long(pte, PG_M);
6786                         pmap_invalidate_page(pmap, pv->pv_va);
6787                 }
6788                 PMAP_UNLOCK(pmap);
6789         }
6790         rw_wunlock(lock);
6791 }
6792
6793 /*
6794  * Miscellaneous support routines follow
6795  */
6796
6797 /* Adjust the cache mode for a 4KB page mapped via a PTE. */
6798 static __inline void
6799 pmap_pte_attr(pt_entry_t *pte, int cache_bits, int mask)
6800 {
6801         u_int opte, npte;
6802
6803         /*
6804          * The cache mode bits are all in the low 32-bits of the
6805          * PTE, so we can just spin on updating the low 32-bits.
6806          */
6807         do {
6808                 opte = *(u_int *)pte;
6809                 npte = opte & ~mask;
6810                 npte |= cache_bits;
6811         } while (npte != opte && !atomic_cmpset_int((u_int *)pte, opte, npte));
6812 }
6813
6814 /* Adjust the cache mode for a 2MB page mapped via a PDE. */
6815 static __inline void
6816 pmap_pde_attr(pd_entry_t *pde, int cache_bits, int mask)
6817 {
6818         u_int opde, npde;
6819
6820         /*
6821          * The cache mode bits are all in the low 32-bits of the
6822          * PDE, so we can just spin on updating the low 32-bits.
6823          */
6824         do {
6825                 opde = *(u_int *)pde;
6826                 npde = opde & ~mask;
6827                 npde |= cache_bits;
6828         } while (npde != opde && !atomic_cmpset_int((u_int *)pde, opde, npde));
6829 }
6830
6831 /*
6832  * Map a set of physical memory pages into the kernel virtual
6833  * address space. Return a pointer to where it is mapped. This
6834  * routine is intended to be used for mapping device memory,
6835  * NOT real memory.
6836  */
6837 void *
6838 pmap_mapdev_attr(vm_paddr_t pa, vm_size_t size, int mode)
6839 {
6840         struct pmap_preinit_mapping *ppim;
6841         vm_offset_t va, offset;
6842         vm_size_t tmpsize;
6843         int i;
6844
6845         offset = pa & PAGE_MASK;
6846         size = round_page(offset + size);
6847         pa = trunc_page(pa);
6848
6849         if (!pmap_initialized) {
6850                 va = 0;
6851                 for (i = 0; i < PMAP_PREINIT_MAPPING_COUNT; i++) {
6852                         ppim = pmap_preinit_mapping + i;
6853                         if (ppim->va == 0) {
6854                                 ppim->pa = pa;
6855                                 ppim->sz = size;
6856                                 ppim->mode = mode;
6857                                 ppim->va = virtual_avail;
6858                                 virtual_avail += size;
6859                                 va = ppim->va;
6860                                 break;
6861                         }
6862                 }
6863                 if (va == 0)
6864                         panic("%s: too many preinit mappings", __func__);
6865         } else {
6866                 /*
6867                  * If we have a preinit mapping, re-use it.
6868                  */
6869                 for (i = 0; i < PMAP_PREINIT_MAPPING_COUNT; i++) {
6870                         ppim = pmap_preinit_mapping + i;
6871                         if (ppim->pa == pa && ppim->sz == size &&
6872                             ppim->mode == mode)
6873                                 return ((void *)(ppim->va + offset));
6874                 }
6875                 /*
6876                  * If the specified range of physical addresses fits within
6877                  * the direct map window, use the direct map.
6878                  */
6879                 if (pa < dmaplimit && pa + size < dmaplimit) {
6880                         va = PHYS_TO_DMAP(pa);
6881                         if (!pmap_change_attr(va, size, mode))
6882                                 return ((void *)(va + offset));
6883                 }
6884                 va = kva_alloc(size);
6885                 if (va == 0)
6886                         panic("%s: Couldn't allocate KVA", __func__);
6887         }
6888         for (tmpsize = 0; tmpsize < size; tmpsize += PAGE_SIZE)
6889                 pmap_kenter_attr(va + tmpsize, pa + tmpsize, mode);
6890         pmap_invalidate_range(kernel_pmap, va, va + tmpsize);
6891         pmap_invalidate_cache_range(va, va + tmpsize, FALSE);
6892         return ((void *)(va + offset));
6893 }
6894
6895 void *
6896 pmap_mapdev(vm_paddr_t pa, vm_size_t size)
6897 {
6898
6899         return (pmap_mapdev_attr(pa, size, PAT_UNCACHEABLE));
6900 }
6901
6902 void *
6903 pmap_mapbios(vm_paddr_t pa, vm_size_t size)
6904 {
6905
6906         return (pmap_mapdev_attr(pa, size, PAT_WRITE_BACK));
6907 }
6908
6909 void
6910 pmap_unmapdev(vm_offset_t va, vm_size_t size)
6911 {
6912         struct pmap_preinit_mapping *ppim;
6913         vm_offset_t offset;
6914         int i;
6915
6916         /* If we gave a direct map region in pmap_mapdev, do nothing */
6917         if (va >= DMAP_MIN_ADDRESS && va < DMAP_MAX_ADDRESS)
6918                 return;
6919         offset = va & PAGE_MASK;
6920         size = round_page(offset + size);
6921         va = trunc_page(va);
6922         for (i = 0; i < PMAP_PREINIT_MAPPING_COUNT; i++) {
6923                 ppim = pmap_preinit_mapping + i;
6924                 if (ppim->va == va && ppim->sz == size) {
6925                         if (pmap_initialized)
6926                                 return;
6927                         ppim->pa = 0;
6928                         ppim->va = 0;
6929                         ppim->sz = 0;
6930                         ppim->mode = 0;
6931                         if (va + size == virtual_avail)
6932                                 virtual_avail = va;
6933                         return;
6934                 }
6935         }
6936         if (pmap_initialized)
6937                 kva_free(va, size);
6938 }
6939
6940 /*
6941  * Tries to demote a 1GB page mapping.
6942  */
6943 static boolean_t
6944 pmap_demote_pdpe(pmap_t pmap, pdp_entry_t *pdpe, vm_offset_t va)
6945 {
6946         pdp_entry_t newpdpe, oldpdpe;
6947         pd_entry_t *firstpde, newpde, *pde;
6948         pt_entry_t PG_A, PG_M, PG_RW, PG_V;
6949         vm_paddr_t pdpgpa;
6950         vm_page_t pdpg;
6951
6952         PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
6953         PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
6954         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
6955         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
6956
6957         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
6958         oldpdpe = *pdpe;
6959         KASSERT((oldpdpe & (PG_PS | PG_V)) == (PG_PS | PG_V),
6960             ("pmap_demote_pdpe: oldpdpe is missing PG_PS and/or PG_V"));
6961         if ((pdpg = vm_page_alloc(NULL, va >> PDPSHIFT, VM_ALLOC_INTERRUPT |
6962             VM_ALLOC_NOOBJ | VM_ALLOC_WIRED)) == NULL) {
6963                 CTR2(KTR_PMAP, "pmap_demote_pdpe: failure for va %#lx"
6964                     " in pmap %p", va, pmap);
6965                 return (FALSE);
6966         }
6967         pdpgpa = VM_PAGE_TO_PHYS(pdpg);
6968         firstpde = (pd_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(pdpgpa);
6969         newpdpe = pdpgpa | PG_M | PG_A | (oldpdpe & PG_U) | PG_RW | PG_V;
6970         KASSERT((oldpdpe & PG_A) != 0,
6971             ("pmap_demote_pdpe: oldpdpe is missing PG_A"));
6972         KASSERT((oldpdpe & (PG_M | PG_RW)) != PG_RW,
6973             ("pmap_demote_pdpe: oldpdpe is missing PG_M"));
6974         newpde = oldpdpe;
6975
6976         /*
6977          * Initialize the page directory page.
6978          */
6979         for (pde = firstpde; pde < firstpde + NPDEPG; pde++) {
6980                 *pde = newpde;
6981                 newpde += NBPDR;
6982         }
6983
6984         /*
6985          * Demote the mapping.
6986          */
6987         *pdpe = newpdpe;
6988
6989         /*
6990          * Invalidate a stale recursive mapping of the page directory page.
6991          */
6992         pmap_invalidate_page(pmap, (vm_offset_t)vtopde(va));
6993
6994         pmap_pdpe_demotions++;
6995         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_demote_pdpe: success for va %#lx"
6996             " in pmap %p", va, pmap);
6997         return (TRUE);
6998 }
6999
7000 /*
7001  * Sets the memory attribute for the specified page.
7002  */
7003 void
7004 pmap_page_set_memattr(vm_page_t m, vm_memattr_t ma)
7005 {
7006
7007         m->md.pat_mode = ma;
7008
7009         /*
7010          * If "m" is a normal page, update its direct mapping.  This update
7011          * can be relied upon to perform any cache operations that are
7012          * required for data coherence.
7013          */
7014         if ((m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0 &&
7015             pmap_change_attr(PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(m)), PAGE_SIZE,
7016             m->md.pat_mode))
7017                 panic("memory attribute change on the direct map failed");
7018 }
7019
7020 /*
7021  * Changes the specified virtual address range's memory type to that given by
7022  * the parameter "mode".  The specified virtual address range must be
7023  * completely contained within either the direct map or the kernel map.  If
7024  * the virtual address range is contained within the kernel map, then the
7025  * memory type for each of the corresponding ranges of the direct map is also
7026  * changed.  (The corresponding ranges of the direct map are those ranges that
7027  * map the same physical pages as the specified virtual address range.)  These
7028  * changes to the direct map are necessary because Intel describes the
7029  * behavior of their processors as "undefined" if two or more mappings to the
7030  * same physical page have different memory types.
7031  *
7032  * Returns zero if the change completed successfully, and either EINVAL or
7033  * ENOMEM if the change failed.  Specifically, EINVAL is returned if some part
7034  * of the virtual address range was not mapped, and ENOMEM is returned if
7035  * there was insufficient memory available to complete the change.  In the
7036  * latter case, the memory type may have been changed on some part of the
7037  * virtual address range or the direct map.
7038  */
7039 int
7040 pmap_change_attr(vm_offset_t va, vm_size_t size, int mode)
7041 {
7042         int error;
7043
7044         PMAP_LOCK(kernel_pmap);
7045         error = pmap_change_attr_locked(va, size, mode);
7046         PMAP_UNLOCK(kernel_pmap);
7047         return (error);
7048 }
7049
7050 static int
7051 pmap_change_attr_locked(vm_offset_t va, vm_size_t size, int mode)
7052 {
7053         vm_offset_t base, offset, tmpva;
7054         vm_paddr_t pa_start, pa_end, pa_end1;
7055         pdp_entry_t *pdpe;
7056         pd_entry_t *pde;
7057         pt_entry_t *pte;
7058         int cache_bits_pte, cache_bits_pde, error;
7059         boolean_t changed;
7060
7061         PMAP_LOCK_ASSERT(kernel_pmap, MA_OWNED);
7062         base = trunc_page(va);
7063         offset = va & PAGE_MASK;
7064         size = round_page(offset + size);
7065
7066         /*
7067          * Only supported on kernel virtual addresses, including the direct
7068          * map but excluding the recursive map.
7069          */
7070         if (base < DMAP_MIN_ADDRESS)
7071                 return (EINVAL);
7072
7073         cache_bits_pde = pmap_cache_bits(kernel_pmap, mode, 1);
7074         cache_bits_pte = pmap_cache_bits(kernel_pmap, mode, 0);
7075         changed = FALSE;
7076
7077         /*
7078          * Pages that aren't mapped aren't supported.  Also break down 2MB pages
7079          * into 4KB pages if required.
7080          */
7081         for (tmpva = base; tmpva < base + size; ) {
7082                 pdpe = pmap_pdpe(kernel_pmap, tmpva);
7083                 if (pdpe == NULL || *pdpe == 0)
7084                         return (EINVAL);
7085                 if (*pdpe & PG_PS) {
7086                         /*
7087                          * If the current 1GB page already has the required
7088                          * memory type, then we need not demote this page. Just
7089                          * increment tmpva to the next 1GB page frame.
7090                          */
7091                         if ((*pdpe & X86_PG_PDE_CACHE) == cache_bits_pde) {
7092                                 tmpva = trunc_1gpage(tmpva) + NBPDP;
7093                                 continue;
7094                         }
7095
7096                         /*
7097                          * If the current offset aligns with a 1GB page frame
7098                          * and there is at least 1GB left within the range, then
7099                          * we need not break down this page into 2MB pages.
7100                          */
7101                         if ((tmpva & PDPMASK) == 0 &&
7102                             tmpva + PDPMASK < base + size) {
7103                                 tmpva += NBPDP;
7104                                 continue;
7105                         }
7106                         if (!pmap_demote_pdpe(kernel_pmap, pdpe, tmpva))
7107                                 return (ENOMEM);
7108                 }
7109                 pde = pmap_pdpe_to_pde(pdpe, tmpva);
7110                 if (*pde == 0)
7111                         return (EINVAL);
7112                 if (*pde & PG_PS) {
7113                         /*
7114                          * If the current 2MB page already has the required
7115                          * memory type, then we need not demote this page. Just
7116                          * increment tmpva to the next 2MB page frame.
7117                          */
7118                         if ((*pde & X86_PG_PDE_CACHE) == cache_bits_pde) {
7119                                 tmpva = trunc_2mpage(tmpva) + NBPDR;
7120                                 continue;
7121                         }
7122
7123                         /*
7124                          * If the current offset aligns with a 2MB page frame
7125                          * and there is at least 2MB left within the range, then
7126                          * we need not break down this page into 4KB pages.
7127                          */
7128                         if ((tmpva & PDRMASK) == 0 &&
7129                             tmpva + PDRMASK < base + size) {
7130                                 tmpva += NBPDR;
7131                                 continue;
7132                         }
7133                         if (!pmap_demote_pde(kernel_pmap, pde, tmpva))
7134                                 return (ENOMEM);
7135                 }
7136                 pte = pmap_pde_to_pte(pde, tmpva);
7137                 if (*pte == 0)
7138                         return (EINVAL);
7139                 tmpva += PAGE_SIZE;
7140         }
7141         error = 0;
7142
7143         /*
7144          * Ok, all the pages exist, so run through them updating their
7145          * cache mode if required.
7146          */
7147         pa_start = pa_end = 0;
7148         for (tmpva = base; tmpva < base + size; ) {
7149                 pdpe = pmap_pdpe(kernel_pmap, tmpva);
7150                 if (*pdpe & PG_PS) {
7151                         if ((*pdpe & X86_PG_PDE_CACHE) != cache_bits_pde) {
7152                                 pmap_pde_attr(pdpe, cache_bits_pde,
7153                                     X86_PG_PDE_CACHE);
7154                                 changed = TRUE;
7155                         }
7156                         if (tmpva >= VM_MIN_KERNEL_ADDRESS &&
7157                             (*pdpe & PG_PS_FRAME) < dmaplimit) {
7158                                 if (pa_start == pa_end) {
7159                                         /* Start physical address run. */
7160                                         pa_start = *pdpe & PG_PS_FRAME;
7161                                         pa_end = pa_start + NBPDP;
7162                                 } else if (pa_end == (*pdpe & PG_PS_FRAME))
7163                                         pa_end += NBPDP;
7164                                 else {
7165                                         /* Run ended, update direct map. */
7166                                         error = pmap_change_attr_locked(
7167                                             PHYS_TO_DMAP(pa_start),
7168                                             pa_end - pa_start, mode);
7169                                         if (error != 0)
7170                                                 break;
7171                                         /* Start physical address run. */
7172                                         pa_start = *pdpe & PG_PS_FRAME;
7173                                         pa_end = pa_start + NBPDP;
7174                                 }
7175                         }
7176                         tmpva = trunc_1gpage(tmpva) + NBPDP;
7177                         continue;
7178                 }
7179                 pde = pmap_pdpe_to_pde(pdpe, tmpva);
7180                 if (*pde & PG_PS) {
7181                         if ((*pde & X86_PG_PDE_CACHE) != cache_bits_pde) {
7182                                 pmap_pde_attr(pde, cache_bits_pde,
7183                                     X86_PG_PDE_CACHE);
7184                                 changed = TRUE;
7185                         }
7186                         if (tmpva >= VM_MIN_KERNEL_ADDRESS &&
7187                             (*pde & PG_PS_FRAME) < dmaplimit) {
7188                                 if (pa_start == pa_end) {
7189                                         /* Start physical address run. */
7190                                         pa_start = *pde & PG_PS_FRAME;
7191                                         pa_end = pa_start + NBPDR;
7192                                 } else if (pa_end == (*pde & PG_PS_FRAME))
7193                                         pa_end += NBPDR;
7194                                 else {
7195                                         /* Run ended, update direct map. */
7196                                         error = pmap_change_attr_locked(
7197                                             PHYS_TO_DMAP(pa_start),
7198                                             pa_end - pa_start, mode);
7199                                         if (error != 0)
7200                                                 break;
7201                                         /* Start physical address run. */
7202                                         pa_start = *pde & PG_PS_FRAME;
7203                                         pa_end = pa_start + NBPDR;
7204                                 }
7205                         }
7206                         tmpva = trunc_2mpage(tmpva) + NBPDR;
7207                 } else {
7208                         pte = pmap_pde_to_pte(pde, tmpva);
7209                         if ((*pte & X86_PG_PTE_CACHE) != cache_bits_pte) {
7210                                 pmap_pte_attr(pte, cache_bits_pte,
7211                                     X86_PG_PTE_CACHE);
7212                                 changed = TRUE;
7213                         }
7214                         if (tmpva >= VM_MIN_KERNEL_ADDRESS &&
7215                             (*pte & PG_FRAME) < dmaplimit) {
7216                                 if (pa_start == pa_end) {
7217                                         /* Start physical address run. */
7218                                         pa_start = *pte & PG_FRAME;
7219                                         pa_end = pa_start + PAGE_SIZE;
7220                                 } else if (pa_end == (*pte & PG_FRAME))
7221                                         pa_end += PAGE_SIZE;
7222                                 else {
7223                                         /* Run ended, update direct map. */
7224                                         error = pmap_change_attr_locked(
7225                                             PHYS_TO_DMAP(pa_start),
7226                                             pa_end - pa_start, mode);
7227                                         if (error != 0)
7228                                                 break;
7229                                         /* Start physical address run. */
7230                                         pa_start = *pte & PG_FRAME;
7231                                         pa_end = pa_start + PAGE_SIZE;
7232                                 }
7233                         }
7234                         tmpva += PAGE_SIZE;
7235                 }
7236         }
7237         if (error == 0 && pa_start != pa_end && pa_start < dmaplimit) {
7238                 pa_end1 = MIN(pa_end, dmaplimit);
7239                 if (pa_start != pa_end1)
7240                         error = pmap_change_attr_locked(PHYS_TO_DMAP(pa_start),
7241                             pa_end1 - pa_start, mode);
7242         }
7243
7244         /*
7245          * Flush CPU caches if required to make sure any data isn't cached that
7246          * shouldn't be, etc.
7247          */
7248         if (changed) {
7249                 pmap_invalidate_range(kernel_pmap, base, tmpva);
7250                 pmap_invalidate_cache_range(base, tmpva, FALSE);
7251         }
7252         return (error);
7253 }
7254
7255 /*
7256  * Demotes any mapping within the direct map region that covers more than the
7257  * specified range of physical addresses.  This range's size must be a power
7258  * of two and its starting address must be a multiple of its size.  Since the
7259  * demotion does not change any attributes of the mapping, a TLB invalidation
7260  * is not mandatory.  The caller may, however, request a TLB invalidation.
7261  */
7262 void
7263 pmap_demote_DMAP(vm_paddr_t base, vm_size_t len, boolean_t invalidate)
7264 {
7265         pdp_entry_t *pdpe;
7266         pd_entry_t *pde;
7267         vm_offset_t va;
7268         boolean_t changed;
7269
7270         if (len == 0)
7271                 return;
7272         KASSERT(powerof2(len), ("pmap_demote_DMAP: len is not a power of 2"));
7273         KASSERT((base & (len - 1)) == 0,
7274             ("pmap_demote_DMAP: base is not a multiple of len"));
7275         if (len < NBPDP && base < dmaplimit) {
7276                 va = PHYS_TO_DMAP(base);
7277                 changed = FALSE;
7278                 PMAP_LOCK(kernel_pmap);
7279                 pdpe = pmap_pdpe(kernel_pmap, va);
7280                 if ((*pdpe & X86_PG_V) == 0)
7281                         panic("pmap_demote_DMAP: invalid PDPE");
7282                 if ((*pdpe & PG_PS) != 0) {
7283                         if (!pmap_demote_pdpe(kernel_pmap, pdpe, va))
7284                                 panic("pmap_demote_DMAP: PDPE failed");
7285                         changed = TRUE;
7286                 }
7287                 if (len < NBPDR) {
7288                         pde = pmap_pdpe_to_pde(pdpe, va);
7289                         if ((*pde & X86_PG_V) == 0)
7290                                 panic("pmap_demote_DMAP: invalid PDE");
7291                         if ((*pde & PG_PS) != 0) {
7292                                 if (!pmap_demote_pde(kernel_pmap, pde, va))
7293                                         panic("pmap_demote_DMAP: PDE failed");
7294                                 changed = TRUE;
7295                         }
7296                 }
7297                 if (changed && invalidate)
7298                         pmap_invalidate_page(kernel_pmap, va);
7299                 PMAP_UNLOCK(kernel_pmap);
7300         }
7301 }
7302
7303 /*
7304  * perform the pmap work for mincore
7305  */
7306 int
7307 pmap_mincore(pmap_t pmap, vm_offset_t addr, vm_paddr_t *locked_pa)
7308 {
7309         pd_entry_t *pdep;
7310         pt_entry_t pte, PG_A, PG_M, PG_RW, PG_V;
7311         vm_paddr_t pa;
7312         int val;
7313
7314         PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
7315         PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
7316         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
7317         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
7318
7319         PMAP_LOCK(pmap);
7320 retry:
7321         pdep = pmap_pde(pmap, addr);
7322         if (pdep != NULL && (*pdep & PG_V)) {
7323                 if (*pdep & PG_PS) {
7324                         pte = *pdep;
7325                         /* Compute the physical address of the 4KB page. */
7326                         pa = ((*pdep & PG_PS_FRAME) | (addr & PDRMASK)) &
7327                             PG_FRAME;
7328                         val = MINCORE_SUPER;
7329                 } else {
7330                         pte = *pmap_pde_to_pte(pdep, addr);
7331                         pa = pte & PG_FRAME;
7332                         val = 0;
7333                 }
7334         } else {
7335                 pte = 0;
7336                 pa = 0;
7337                 val = 0;
7338         }
7339         if ((pte & PG_V) != 0) {
7340                 val |= MINCORE_INCORE;
7341                 if ((pte & (PG_M | PG_RW)) == (PG_M | PG_RW))
7342                         val |= MINCORE_MODIFIED | MINCORE_MODIFIED_OTHER;
7343                 if ((pte & PG_A) != 0)
7344                         val |= MINCORE_REFERENCED | MINCORE_REFERENCED_OTHER;
7345         }
7346         if ((val & (MINCORE_MODIFIED_OTHER | MINCORE_REFERENCED_OTHER)) !=
7347             (MINCORE_MODIFIED_OTHER | MINCORE_REFERENCED_OTHER) &&
7348             (pte & (PG_MANAGED | PG_V)) == (PG_MANAGED | PG_V)) {
7349                 /* Ensure that "PHYS_TO_VM_PAGE(pa)->object" doesn't change. */
7350                 if (vm_page_pa_tryrelock(pmap, pa, locked_pa))
7351                         goto retry;
7352         } else
7353                 PA_UNLOCK_COND(*locked_pa);
7354         PMAP_UNLOCK(pmap);
7355         return (val);
7356 }
7357
7358 static uint64_t
7359 pmap_pcid_alloc(pmap_t pmap, u_int cpuid)
7360 {
7361         uint32_t gen, new_gen, pcid_next;
7362
7363         CRITICAL_ASSERT(curthread);
7364         gen = PCPU_GET(pcid_gen);
7365         if (pmap->pm_pcids[cpuid].pm_pcid == PMAP_PCID_KERN)
7366                 return (pti ? 0 : CR3_PCID_SAVE);
7367         if (pmap->pm_pcids[cpuid].pm_gen == gen)
7368                 return (CR3_PCID_SAVE);
7369         pcid_next = PCPU_GET(pcid_next);
7370         KASSERT((!pti && pcid_next <= PMAP_PCID_OVERMAX) ||
7371             (pti && pcid_next <= PMAP_PCID_OVERMAX_KERN),
7372             ("cpu %d pcid_next %#x", cpuid, pcid_next));
7373         if ((!pti && pcid_next == PMAP_PCID_OVERMAX) ||
7374             (pti && pcid_next == PMAP_PCID_OVERMAX_KERN)) {
7375                 new_gen = gen + 1;
7376                 if (new_gen == 0)
7377                         new_gen = 1;
7378                 PCPU_SET(pcid_gen, new_gen);
7379                 pcid_next = PMAP_PCID_KERN + 1;
7380         } else {
7381                 new_gen = gen;
7382         }
7383         pmap->pm_pcids[cpuid].pm_pcid = pcid_next;
7384         pmap->pm_pcids[cpuid].pm_gen = new_gen;
7385         PCPU_SET(pcid_next, pcid_next + 1);
7386         return (0);
7387 }
7388
7389 void
7390 pmap_activate_sw(struct thread *td)
7391 {
7392         pmap_t oldpmap, pmap;
7393         struct invpcid_descr d;
7394         uint64_t cached, cr3, kcr3, kern_pti_cached, rsp0, ucr3;
7395         register_t rflags;
7396         u_int cpuid;
7397         struct amd64tss *tssp;
7398
7399         oldpmap = PCPU_GET(curpmap);
7400         pmap = vmspace_pmap(td->td_proc->p_vmspace);
7401         if (oldpmap == pmap)
7402                 return;
7403         cpuid = PCPU_GET(cpuid);
7404 #ifdef SMP
7405         CPU_SET_ATOMIC(cpuid, &pmap->pm_active);
7406 #else
7407         CPU_SET(cpuid, &pmap->pm_active);
7408 #endif
7409         cr3 = rcr3();
7410         if (pmap_pcid_enabled) {
7411                 cached = pmap_pcid_alloc(pmap, cpuid);
7412                 KASSERT(pmap->pm_pcids[cpuid].pm_pcid >= 0 &&
7413                     pmap->pm_pcids[cpuid].pm_pcid < PMAP_PCID_OVERMAX,
7414                     ("pmap %p cpu %d pcid %#x", pmap, cpuid,
7415                     pmap->pm_pcids[cpuid].pm_pcid));
7416                 KASSERT(pmap->pm_pcids[cpuid].pm_pcid != PMAP_PCID_KERN ||
7417                     pmap == kernel_pmap,
7418                     ("non-kernel pmap thread %p pmap %p cpu %d pcid %#x",
7419                     td, pmap, cpuid, pmap->pm_pcids[cpuid].pm_pcid));
7420
7421                 /*
7422                  * If the INVPCID instruction is not available,
7423                  * invltlb_pcid_handler() is used for handle
7424                  * invalidate_all IPI, which checks for curpmap ==
7425                  * smp_tlb_pmap.  Below operations sequence has a
7426                  * window where %CR3 is loaded with the new pmap's
7427                  * PML4 address, but curpmap value is not yet updated.
7428                  * This causes invltlb IPI handler, called between the
7429                  * updates, to execute as NOP, which leaves stale TLB
7430                  * entries.
7431                  *
7432                  * Note that the most typical use of
7433                  * pmap_activate_sw(), from the context switch, is
7434                  * immune to this race, because interrupts are
7435                  * disabled (while the thread lock is owned), and IPI
7436                  * happens after curpmap is updated.  Protect other
7437                  * callers in a similar way, by disabling interrupts
7438                  * around the %cr3 register reload and curpmap
7439                  * assignment.
7440                  */
7441                 if (!invpcid_works)
7442                         rflags = intr_disable();
7443
7444                 kern_pti_cached = pti ? 0 : cached;
7445                 if (!kern_pti_cached || (cr3 & ~CR3_PCID_MASK) != pmap->pm_cr3) {
7446                         load_cr3(pmap->pm_cr3 | pmap->pm_pcids[cpuid].pm_pcid |
7447                             kern_pti_cached);
7448                 }
7449                 PCPU_SET(curpmap, pmap);
7450                 if (pti) {
7451                         kcr3 = pmap->pm_cr3 | pmap->pm_pcids[cpuid].pm_pcid;
7452                         ucr3 = pmap->pm_ucr3 | pmap->pm_pcids[cpuid].pm_pcid |
7453                             PMAP_PCID_USER_PT;
7454
7455                         if (!cached && pmap->pm_ucr3 != PMAP_NO_CR3) {
7456                                 /*
7457                                  * Manually invalidate translations cached
7458                                  * from the user page table.  They are not
7459                                  * flushed by reload of cr3 with the kernel
7460                                  * page table pointer above.
7461                                  */
7462                                 if (invpcid_works) {
7463                                         d.pcid = PMAP_PCID_USER_PT |
7464                                             pmap->pm_pcids[cpuid].pm_pcid;
7465                                         d.pad = 0;
7466                                         d.addr = 0;
7467                                         invpcid(&d, INVPCID_CTX);
7468                                 } else {
7469                                         pmap_pti_pcid_invalidate(ucr3, kcr3);
7470                                 }
7471                         }
7472
7473                         PCPU_SET(kcr3, kcr3 | CR3_PCID_SAVE);
7474                         PCPU_SET(ucr3, ucr3 | CR3_PCID_SAVE);
7475                 }
7476                 if (!invpcid_works)
7477                         intr_restore(rflags);
7478                 if (cached)
7479                         PCPU_INC(pm_save_cnt);
7480         } else {
7481                 load_cr3(pmap->pm_cr3);
7482                 PCPU_SET(curpmap, pmap);
7483                 if (pti) {
7484                         PCPU_SET(kcr3, pmap->pm_cr3);
7485                         PCPU_SET(ucr3, pmap->pm_ucr3);
7486                 }
7487         }
7488         if (pmap->pm_ucr3 != PMAP_NO_CR3) {
7489                 rsp0 = ((vm_offset_t)PCPU_PTR(pti_stack) +
7490                     PC_PTI_STACK_SZ * sizeof(uint64_t)) & ~0xful;
7491                 tssp = PCPU_GET(tssp);
7492                 tssp->tss_rsp0 = rsp0;
7493         }
7494 #ifdef SMP
7495         CPU_CLR_ATOMIC(cpuid, &oldpmap->pm_active);
7496 #else
7497         CPU_CLR(cpuid, &oldpmap->pm_active);
7498 #endif
7499 }
7500
7501 void
7502 pmap_activate(struct thread *td)
7503 {
7504
7505         critical_enter();
7506         pmap_activate_sw(td);
7507         critical_exit();
7508 }
7509
7510 void
7511 pmap_activate_boot(pmap_t pmap)
7512 {
7513         uint64_t kcr3;
7514         u_int cpuid;
7515
7516         /*
7517          * kernel_pmap must be never deactivated, and we ensure that
7518          * by never activating it at all.
7519          */
7520         MPASS(pmap != kernel_pmap);
7521
7522         cpuid = PCPU_GET(cpuid);
7523 #ifdef SMP
7524         CPU_SET_ATOMIC(cpuid, &pmap->pm_active);
7525 #else
7526         CPU_SET(cpuid, &pmap->pm_active);
7527 #endif
7528         PCPU_SET(curpmap, pmap);
7529         if (pti) {
7530                 kcr3 = pmap->pm_cr3;
7531                 if (pmap_pcid_enabled)
7532                         kcr3 |= pmap->pm_pcids[cpuid].pm_pcid | CR3_PCID_SAVE;
7533         } else {
7534                 kcr3 = PMAP_NO_CR3;
7535         }
7536         PCPU_SET(kcr3, kcr3);
7537         PCPU_SET(ucr3, PMAP_NO_CR3);
7538 }
7539
7540 void
7541 pmap_sync_icache(pmap_t pm, vm_offset_t va, vm_size_t sz)
7542 {
7543 }
7544
7545 /*
7546  *      Increase the starting virtual address of the given mapping if a
7547  *      different alignment might result in more superpage mappings.
7548  */
7549 void
7550 pmap_align_superpage(vm_object_t object, vm_ooffset_t offset,
7551     vm_offset_t *addr, vm_size_t size)
7552 {
7553         vm_offset_t superpage_offset;
7554
7555         if (size < NBPDR)
7556                 return;
7557         if (object != NULL && (object->flags & OBJ_COLORED) != 0)
7558                 offset += ptoa(object->pg_color);
7559         superpage_offset = offset & PDRMASK;
7560         if (size - ((NBPDR - superpage_offset) & PDRMASK) < NBPDR ||
7561             (*addr & PDRMASK) == superpage_offset)
7562                 return;
7563         if ((*addr & PDRMASK) < superpage_offset)
7564                 *addr = (*addr & ~PDRMASK) + superpage_offset;
7565         else
7566                 *addr = ((*addr + PDRMASK) & ~PDRMASK) + superpage_offset;
7567 }
7568
7569 #ifdef INVARIANTS
7570 static unsigned long num_dirty_emulations;
7571 SYSCTL_ULONG(_vm_pmap, OID_AUTO, num_dirty_emulations, CTLFLAG_RW,
7572              &num_dirty_emulations, 0, NULL);
7573
7574 static unsigned long num_accessed_emulations;
7575 SYSCTL_ULONG(_vm_pmap, OID_AUTO, num_accessed_emulations, CTLFLAG_RW,
7576              &num_accessed_emulations, 0, NULL);
7577
7578 static unsigned long num_superpage_accessed_emulations;
7579 SYSCTL_ULONG(_vm_pmap, OID_AUTO, num_superpage_accessed_emulations, CTLFLAG_RW,
7580              &num_superpage_accessed_emulations, 0, NULL);
7581
7582 static unsigned long ad_emulation_superpage_promotions;
7583 SYSCTL_ULONG(_vm_pmap, OID_AUTO, ad_emulation_superpage_promotions, CTLFLAG_RW,
7584              &ad_emulation_superpage_promotions, 0, NULL);
7585 #endif  /* INVARIANTS */
7586
7587 int
7588 pmap_emulate_accessed_dirty(pmap_t pmap, vm_offset_t va, int ftype)
7589 {
7590         int rv;
7591         struct rwlock *lock;
7592 #if VM_NRESERVLEVEL > 0
7593         vm_page_t m, mpte;
7594 #endif
7595         pd_entry_t *pde;
7596         pt_entry_t *pte, PG_A, PG_M, PG_RW, PG_V;
7597
7598         KASSERT(ftype == VM_PROT_READ || ftype == VM_PROT_WRITE,
7599             ("pmap_emulate_accessed_dirty: invalid fault type %d", ftype));
7600
7601         if (!pmap_emulate_ad_bits(pmap))
7602                 return (-1);
7603
7604         PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
7605         PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
7606         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
7607         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
7608
7609         rv = -1;
7610         lock = NULL;
7611         PMAP_LOCK(pmap);
7612
7613         pde = pmap_pde(pmap, va);
7614         if (pde == NULL || (*pde & PG_V) == 0)
7615                 goto done;
7616
7617         if ((*pde & PG_PS) != 0) {
7618                 if (ftype == VM_PROT_READ) {
7619 #ifdef INVARIANTS
7620                         atomic_add_long(&num_superpage_accessed_emulations, 1);
7621 #endif
7622                         *pde |= PG_A;
7623                         rv = 0;
7624                 }
7625                 goto done;
7626         }
7627
7628         pte = pmap_pde_to_pte(pde, va);
7629         if ((*pte & PG_V) == 0)
7630                 goto done;
7631
7632         if (ftype == VM_PROT_WRITE) {
7633                 if ((*pte & PG_RW) == 0)
7634                         goto done;
7635                 /*
7636                  * Set the modified and accessed bits simultaneously.
7637                  *
7638                  * Intel EPT PTEs that do software emulation of A/D bits map
7639                  * PG_A and PG_M to EPT_PG_READ and EPT_PG_WRITE respectively.
7640                  * An EPT misconfiguration is triggered if the PTE is writable
7641                  * but not readable (WR=10). This is avoided by setting PG_A
7642                  * and PG_M simultaneously.
7643                  */
7644                 *pte |= PG_M | PG_A;
7645         } else {
7646                 *pte |= PG_A;
7647         }
7648
7649 #if VM_NRESERVLEVEL > 0
7650         /* try to promote the mapping */
7651         if (va < VM_MAXUSER_ADDRESS)
7652                 mpte = PHYS_TO_VM_PAGE(*pde & PG_FRAME);
7653         else
7654                 mpte = NULL;
7655
7656         m = PHYS_TO_VM_PAGE(*pte & PG_FRAME);
7657
7658         if ((mpte == NULL || mpte->wire_count == NPTEPG) &&
7659             pmap_ps_enabled(pmap) &&
7660             (m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0 &&
7661             vm_reserv_level_iffullpop(m) == 0) {
7662                 pmap_promote_pde(pmap, pde, va, &lock);
7663 #ifdef INVARIANTS
7664                 atomic_add_long(&ad_emulation_superpage_promotions, 1);
7665 #endif
7666         }
7667 #endif
7668
7669 #ifdef INVARIANTS
7670         if (ftype == VM_PROT_WRITE)
7671                 atomic_add_long(&num_dirty_emulations, 1);
7672         else
7673                 atomic_add_long(&num_accessed_emulations, 1);
7674 #endif
7675         rv = 0;         /* success */
7676 done:
7677         if (lock != NULL)
7678                 rw_wunlock(lock);
7679         PMAP_UNLOCK(pmap);
7680         return (rv);
7681 }
7682
7683 void
7684 pmap_get_mapping(pmap_t pmap, vm_offset_t va, uint64_t *ptr, int *num)
7685 {
7686         pml4_entry_t *pml4;
7687         pdp_entry_t *pdp;
7688         pd_entry_t *pde;
7689         pt_entry_t *pte, PG_V;
7690         int idx;
7691
7692         idx = 0;
7693         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
7694         PMAP_LOCK(pmap);
7695
7696         pml4 = pmap_pml4e(pmap, va);
7697         ptr[idx++] = *pml4;
7698         if ((*pml4 & PG_V) == 0)
7699                 goto done;
7700
7701         pdp = pmap_pml4e_to_pdpe(pml4, va);
7702         ptr[idx++] = *pdp;
7703         if ((*pdp & PG_V) == 0 || (*pdp & PG_PS) != 0)
7704                 goto done;
7705
7706         pde = pmap_pdpe_to_pde(pdp, va);
7707         ptr[idx++] = *pde;
7708         if ((*pde & PG_V) == 0 || (*pde & PG_PS) != 0)
7709                 goto done;
7710
7711         pte = pmap_pde_to_pte(pde, va);
7712         ptr[idx++] = *pte;
7713
7714 done:
7715         PMAP_UNLOCK(pmap);
7716         *num = idx;
7717 }
7718
7719 /**
7720  * Get the kernel virtual address of a set of physical pages. If there are
7721  * physical addresses not covered by the DMAP perform a transient mapping
7722  * that will be removed when calling pmap_unmap_io_transient.
7723  *
7724  * \param page        The pages the caller wishes to obtain the virtual
7725  *                    address on the kernel memory map.
7726  * \param vaddr       On return contains the kernel virtual memory address
7727  *                    of the pages passed in the page parameter.
7728  * \param count       Number of pages passed in.
7729  * \param can_fault   TRUE if the thread using the mapped pages can take
7730  *                    page faults, FALSE otherwise.
7731  *
7732  * \returns TRUE if the caller must call pmap_unmap_io_transient when
7733  *          finished or FALSE otherwise.
7734  *
7735  */
7736 boolean_t
7737 pmap_map_io_transient(vm_page_t page[], vm_offset_t vaddr[], int count,
7738     boolean_t can_fault)
7739 {
7740         vm_paddr_t paddr;
7741         boolean_t needs_mapping;
7742         pt_entry_t *pte;
7743         int cache_bits, error, i;
7744
7745         /*
7746          * Allocate any KVA space that we need, this is done in a separate
7747          * loop to prevent calling vmem_alloc while pinned.
7748          */
7749         needs_mapping = FALSE;
7750         for (i = 0; i < count; i++) {
7751                 paddr = VM_PAGE_TO_PHYS(page[i]);
7752                 if (__predict_false(paddr >= dmaplimit)) {
7753                         error = vmem_alloc(kernel_arena, PAGE_SIZE,
7754                             M_BESTFIT | M_WAITOK, &vaddr[i]);
7755                         KASSERT(error == 0, ("vmem_alloc failed: %d", error));
7756                         needs_mapping = TRUE;
7757                 } else {
7758                         vaddr[i] = PHYS_TO_DMAP(paddr);
7759                 }
7760         }
7761
7762         /* Exit early if everything is covered by the DMAP */
7763         if (!needs_mapping)
7764                 return (FALSE);
7765
7766         /*
7767          * NB:  The sequence of updating a page table followed by accesses
7768          * to the corresponding pages used in the !DMAP case is subject to
7769          * the situation described in the "AMD64 Architecture Programmer's
7770          * Manual Volume 2: System Programming" rev. 3.23, "7.3.1 Special
7771          * Coherency Considerations".  Therefore, issuing the INVLPG right
7772          * after modifying the PTE bits is crucial.
7773          */
7774         if (!can_fault)
7775                 sched_pin();
7776         for (i = 0; i < count; i++) {
7777                 paddr = VM_PAGE_TO_PHYS(page[i]);
7778                 if (paddr >= dmaplimit) {
7779                         if (can_fault) {
7780                                 /*
7781                                  * Slow path, since we can get page faults
7782                                  * while mappings are active don't pin the
7783                                  * thread to the CPU and instead add a global
7784                                  * mapping visible to all CPUs.
7785                                  */
7786                                 pmap_qenter(vaddr[i], &page[i], 1);
7787                         } else {
7788                                 pte = vtopte(vaddr[i]);
7789                                 cache_bits = pmap_cache_bits(kernel_pmap,
7790                                     page[i]->md.pat_mode, 0);
7791                                 pte_store(pte, paddr | X86_PG_RW | X86_PG_V |
7792                                     cache_bits);
7793                                 invlpg(vaddr[i]);
7794                         }
7795                 }
7796         }
7797
7798         return (needs_mapping);
7799 }
7800
7801 void
7802 pmap_unmap_io_transient(vm_page_t page[], vm_offset_t vaddr[], int count,
7803     boolean_t can_fault)
7804 {
7805         vm_paddr_t paddr;
7806         int i;
7807
7808         if (!can_fault)
7809                 sched_unpin();
7810         for (i = 0; i < count; i++) {
7811                 paddr = VM_PAGE_TO_PHYS(page[i]);
7812                 if (paddr >= dmaplimit) {
7813                         if (can_fault)
7814                                 pmap_qremove(vaddr[i], 1);
7815                         vmem_free(kernel_arena, vaddr[i], PAGE_SIZE);
7816                 }
7817         }
7818 }
7819
7820 vm_offset_t
7821 pmap_quick_enter_page(vm_page_t m)
7822 {
7823         vm_paddr_t paddr;
7824
7825         paddr = VM_PAGE_TO_PHYS(m);
7826         if (paddr < dmaplimit)
7827                 return (PHYS_TO_DMAP(paddr));
7828         mtx_lock_spin(&qframe_mtx);
7829         KASSERT(*vtopte(qframe) == 0, ("qframe busy"));
7830         pte_store(vtopte(qframe), paddr | X86_PG_RW | X86_PG_V | X86_PG_A |
7831             X86_PG_M | pmap_cache_bits(kernel_pmap, m->md.pat_mode, 0));
7832         return (qframe);
7833 }
7834
7835 void
7836 pmap_quick_remove_page(vm_offset_t addr)
7837 {
7838
7839         if (addr != qframe)
7840                 return;
7841         pte_store(vtopte(qframe), 0);
7842         invlpg(qframe);
7843         mtx_unlock_spin(&qframe_mtx);
7844 }
7845
7846 static vm_page_t
7847 pmap_pti_alloc_page(void)
7848 {
7849         vm_page_t m;
7850
7851         VM_OBJECT_ASSERT_WLOCKED(pti_obj);
7852         m = vm_page_grab(pti_obj, pti_pg_idx++, VM_ALLOC_NOBUSY |
7853             VM_ALLOC_WIRED | VM_ALLOC_ZERO);
7854         return (m);
7855 }
7856
7857 static bool
7858 pmap_pti_free_page(vm_page_t m)
7859 {
7860
7861         KASSERT(m->wire_count > 0, ("page %p not wired", m));
7862         m->wire_count--;
7863         if (m->wire_count != 0)
7864                 return (false);
7865         atomic_subtract_int(&vm_cnt.v_wire_count, 1);
7866         vm_page_free_zero(m);
7867         return (true);
7868 }
7869
7870 static void
7871 pmap_pti_init(void)
7872 {
7873         vm_page_t pml4_pg;
7874         pdp_entry_t *pdpe;
7875         vm_offset_t va;
7876         int i;
7877
7878         if (!pti)
7879                 return;
7880         pti_obj = vm_pager_allocate(OBJT_PHYS, NULL, 0, VM_PROT_ALL, 0, NULL);
7881         VM_OBJECT_WLOCK(pti_obj);
7882         pml4_pg = pmap_pti_alloc_page();
7883         pti_pml4 = (pml4_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(pml4_pg));
7884         for (va = VM_MIN_KERNEL_ADDRESS; va <= VM_MAX_KERNEL_ADDRESS &&
7885             va >= VM_MIN_KERNEL_ADDRESS && va > NBPML4; va += NBPML4) {
7886                 pdpe = pmap_pti_pdpe(va);
7887                 pmap_pti_wire_pte(pdpe);
7888         }
7889         pmap_pti_add_kva_locked((vm_offset_t)&__pcpu[0],
7890             (vm_offset_t)&__pcpu[0] + sizeof(__pcpu[0]) * MAXCPU, false);
7891         pmap_pti_add_kva_locked((vm_offset_t)gdt, (vm_offset_t)gdt +
7892             sizeof(struct user_segment_descriptor) * NGDT * MAXCPU, false);
7893         pmap_pti_add_kva_locked((vm_offset_t)idt, (vm_offset_t)idt +
7894             sizeof(struct gate_descriptor) * NIDT, false);
7895         pmap_pti_add_kva_locked((vm_offset_t)common_tss,
7896             (vm_offset_t)common_tss + sizeof(struct amd64tss) * MAXCPU, false);
7897         CPU_FOREACH(i) {
7898                 /* Doublefault stack IST 1 */
7899                 va = common_tss[i].tss_ist1;
7900                 pmap_pti_add_kva_locked(va - PAGE_SIZE, va, false);
7901                 /* NMI stack IST 2 */
7902                 va = common_tss[i].tss_ist2 + sizeof(struct nmi_pcpu);
7903                 pmap_pti_add_kva_locked(va - PAGE_SIZE, va, false);
7904                 /* MC# stack IST 3 */
7905                 va = common_tss[i].tss_ist3 + sizeof(struct nmi_pcpu);
7906                 pmap_pti_add_kva_locked(va - PAGE_SIZE, va, false);
7907                 /* DB# stack IST 4 */
7908                 va = common_tss[i].tss_ist4 + sizeof(struct nmi_pcpu);
7909                 pmap_pti_add_kva_locked(va - PAGE_SIZE, va, false);
7910         }
7911         pmap_pti_add_kva_locked((vm_offset_t)kernphys + KERNBASE,
7912             (vm_offset_t)etext, true);
7913         pti_finalized = true;
7914         VM_OBJECT_WUNLOCK(pti_obj);
7915 }
7916 SYSINIT(pmap_pti, SI_SUB_CPU + 1, SI_ORDER_ANY, pmap_pti_init, NULL);
7917
7918 static pdp_entry_t *
7919 pmap_pti_pdpe(vm_offset_t va)
7920 {
7921         pml4_entry_t *pml4e;
7922         pdp_entry_t *pdpe;
7923         vm_page_t m;
7924         vm_pindex_t pml4_idx;
7925         vm_paddr_t mphys;
7926
7927         VM_OBJECT_ASSERT_WLOCKED(pti_obj);
7928
7929         pml4_idx = pmap_pml4e_index(va);
7930         pml4e = &pti_pml4[pml4_idx];
7931         m = NULL;
7932         if (*pml4e == 0) {
7933                 if (pti_finalized)
7934                         panic("pml4 alloc after finalization\n");
7935                 m = pmap_pti_alloc_page();
7936                 if (*pml4e != 0) {
7937                         pmap_pti_free_page(m);
7938                         mphys = *pml4e & ~PAGE_MASK;
7939                 } else {
7940                         mphys = VM_PAGE_TO_PHYS(m);
7941                         *pml4e = mphys | X86_PG_RW | X86_PG_V;
7942                 }
7943         } else {
7944                 mphys = *pml4e & ~PAGE_MASK;
7945         }
7946         pdpe = (pdp_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(mphys) + pmap_pdpe_index(va);
7947         return (pdpe);
7948 }
7949
7950 static void
7951 pmap_pti_wire_pte(void *pte)
7952 {
7953         vm_page_t m;
7954
7955         VM_OBJECT_ASSERT_WLOCKED(pti_obj);
7956         m = PHYS_TO_VM_PAGE(DMAP_TO_PHYS((uintptr_t)pte));
7957         m->wire_count++;
7958 }
7959
7960 static void
7961 pmap_pti_unwire_pde(void *pde, bool only_ref)
7962 {
7963         vm_page_t m;
7964
7965         VM_OBJECT_ASSERT_WLOCKED(pti_obj);
7966         m = PHYS_TO_VM_PAGE(DMAP_TO_PHYS((uintptr_t)pde));
7967         MPASS(m->wire_count > 0);
7968         MPASS(only_ref || m->wire_count > 1);
7969         pmap_pti_free_page(m);
7970 }
7971
7972 static void
7973 pmap_pti_unwire_pte(void *pte, vm_offset_t va)
7974 {
7975         vm_page_t m;
7976         pd_entry_t *pde;
7977
7978         VM_OBJECT_ASSERT_WLOCKED(pti_obj);
7979         m = PHYS_TO_VM_PAGE(DMAP_TO_PHYS((uintptr_t)pte));
7980         MPASS(m->wire_count > 0);
7981         if (pmap_pti_free_page(m)) {
7982                 pde = pmap_pti_pde(va);
7983                 MPASS((*pde & (X86_PG_PS | X86_PG_V)) == X86_PG_V);
7984                 *pde = 0;
7985                 pmap_pti_unwire_pde(pde, false);
7986         }
7987 }
7988
7989 static pd_entry_t *
7990 pmap_pti_pde(vm_offset_t va)
7991 {
7992         pdp_entry_t *pdpe;
7993         pd_entry_t *pde;
7994         vm_page_t m;
7995         vm_pindex_t pd_idx;
7996         vm_paddr_t mphys;
7997
7998         VM_OBJECT_ASSERT_WLOCKED(pti_obj);
7999
8000         pdpe = pmap_pti_pdpe(va);
8001         if (*pdpe == 0) {
8002                 m = pmap_pti_alloc_page();
8003                 if (*pdpe != 0) {
8004                         pmap_pti_free_page(m);
8005                         MPASS((*pdpe & X86_PG_PS) == 0);
8006                         mphys = *pdpe & ~PAGE_MASK;
8007                 } else {
8008                         mphys =  VM_PAGE_TO_PHYS(m);
8009                         *pdpe = mphys | X86_PG_RW | X86_PG_V;
8010                 }
8011         } else {
8012                 MPASS((*pdpe & X86_PG_PS) == 0);
8013                 mphys = *pdpe & ~PAGE_MASK;
8014         }
8015
8016         pde = (pd_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(mphys);
8017         pd_idx = pmap_pde_index(va);
8018         pde += pd_idx;
8019         return (pde);
8020 }
8021
8022 static pt_entry_t *
8023 pmap_pti_pte(vm_offset_t va, bool *unwire_pde)
8024 {
8025         pd_entry_t *pde;
8026         pt_entry_t *pte;
8027         vm_page_t m;
8028         vm_paddr_t mphys;
8029
8030         VM_OBJECT_ASSERT_WLOCKED(pti_obj);
8031
8032         pde = pmap_pti_pde(va);
8033         if (unwire_pde != NULL) {
8034                 *unwire_pde = true;
8035                 pmap_pti_wire_pte(pde);
8036         }
8037         if (*pde == 0) {
8038                 m = pmap_pti_alloc_page();
8039                 if (*pde != 0) {
8040                         pmap_pti_free_page(m);
8041                         MPASS((*pde & X86_PG_PS) == 0);
8042                         mphys = *pde & ~(PAGE_MASK | pg_nx);
8043                 } else {
8044                         mphys = VM_PAGE_TO_PHYS(m);
8045                         *pde = mphys | X86_PG_RW | X86_PG_V;
8046                         if (unwire_pde != NULL)
8047                                 *unwire_pde = false;
8048                 }
8049         } else {
8050                 MPASS((*pde & X86_PG_PS) == 0);
8051                 mphys = *pde & ~(PAGE_MASK | pg_nx);
8052         }
8053
8054         pte = (pt_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(mphys);
8055         pte += pmap_pte_index(va);
8056
8057         return (pte);
8058 }
8059
8060 static void
8061 pmap_pti_add_kva_locked(vm_offset_t sva, vm_offset_t eva, bool exec)
8062 {
8063         vm_paddr_t pa;
8064         pd_entry_t *pde;
8065         pt_entry_t *pte, ptev;
8066         bool unwire_pde;
8067
8068         VM_OBJECT_ASSERT_WLOCKED(pti_obj);
8069
8070         sva = trunc_page(sva);
8071         MPASS(sva > VM_MAXUSER_ADDRESS);
8072         eva = round_page(eva);
8073         MPASS(sva < eva);
8074         for (; sva < eva; sva += PAGE_SIZE) {
8075                 pte = pmap_pti_pte(sva, &unwire_pde);
8076                 pa = pmap_kextract(sva);
8077                 ptev = pa | X86_PG_RW | X86_PG_V | X86_PG_A | X86_PG_G |
8078                     (exec ? 0 : pg_nx) | pmap_cache_bits(kernel_pmap,
8079                     VM_MEMATTR_DEFAULT, FALSE);
8080                 if (*pte == 0) {
8081                         pte_store(pte, ptev);
8082                         pmap_pti_wire_pte(pte);
8083                 } else {
8084                         KASSERT(!pti_finalized,
8085                             ("pti overlap after fin %#lx %#lx %#lx",
8086                             sva, *pte, ptev));
8087                         KASSERT(*pte == ptev,
8088                             ("pti non-identical pte after fin %#lx %#lx %#lx",
8089                             sva, *pte, ptev));
8090                 }
8091                 if (unwire_pde) {
8092                         pde = pmap_pti_pde(sva);
8093                         pmap_pti_unwire_pde(pde, true);
8094                 }
8095         }
8096 }
8097
8098 void
8099 pmap_pti_add_kva(vm_offset_t sva, vm_offset_t eva, bool exec)
8100 {
8101
8102         if (!pti)
8103                 return;
8104         VM_OBJECT_WLOCK(pti_obj);
8105         pmap_pti_add_kva_locked(sva, eva, exec);
8106         VM_OBJECT_WUNLOCK(pti_obj);
8107 }
8108
8109 void
8110 pmap_pti_remove_kva(vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
8111 {
8112         pt_entry_t *pte;
8113         vm_offset_t va;
8114
8115         if (!pti)
8116                 return;
8117         sva = rounddown2(sva, PAGE_SIZE);
8118         MPASS(sva > VM_MAXUSER_ADDRESS);
8119         eva = roundup2(eva, PAGE_SIZE);
8120         MPASS(sva < eva);
8121         VM_OBJECT_WLOCK(pti_obj);
8122         for (va = sva; va < eva; va += PAGE_SIZE) {
8123                 pte = pmap_pti_pte(va, NULL);
8124                 KASSERT((*pte & X86_PG_V) != 0,
8125                     ("invalid pte va %#lx pte %#lx pt %#lx", va,
8126                     (u_long)pte, *pte));
8127                 pte_clear(pte);
8128                 pmap_pti_unwire_pte(pte, va);
8129         }
8130         pmap_invalidate_range(kernel_pmap, sva, eva);
8131         VM_OBJECT_WUNLOCK(pti_obj);
8132 }
8133
8134 #include "opt_ddb.h"
8135 #ifdef DDB
8136 #include <ddb/ddb.h>
8137
8138 DB_SHOW_COMMAND(pte, pmap_print_pte)
8139 {
8140         pmap_t pmap;
8141         pml4_entry_t *pml4;
8142         pdp_entry_t *pdp;
8143         pd_entry_t *pde;
8144         pt_entry_t *pte, PG_V;
8145         vm_offset_t va;
8146
8147         if (have_addr) {
8148                 va = (vm_offset_t)addr;
8149                 pmap = PCPU_GET(curpmap); /* XXX */
8150         } else {
8151                 db_printf("show pte addr\n");
8152                 return;
8153         }
8154         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
8155         pml4 = pmap_pml4e(pmap, va);
8156         db_printf("VA %#016lx pml4e %#016lx", va, *pml4);
8157         if ((*pml4 & PG_V) == 0) {
8158                 db_printf("\n");
8159                 return;
8160         }
8161         pdp = pmap_pml4e_to_pdpe(pml4, va);
8162         db_printf(" pdpe %#016lx", *pdp);
8163         if ((*pdp & PG_V) == 0 || (*pdp & PG_PS) != 0) {
8164                 db_printf("\n");
8165                 return;
8166         }
8167         pde = pmap_pdpe_to_pde(pdp, va);
8168         db_printf(" pde %#016lx", *pde);
8169         if ((*pde & PG_V) == 0 || (*pde & PG_PS) != 0) {
8170                 db_printf("\n");
8171                 return;
8172         }
8173         pte = pmap_pde_to_pte(pde, va);
8174         db_printf(" pte %#016lx\n", *pte);
8175 }
8176
8177 DB_SHOW_COMMAND(phys2dmap, pmap_phys2dmap)
8178 {
8179         vm_paddr_t a;
8180
8181         if (have_addr) {
8182                 a = (vm_paddr_t)addr;
8183                 db_printf("0x%jx\n", (uintmax_t)PHYS_TO_DMAP(a));
8184         } else {
8185                 db_printf("show phys2dmap addr\n");
8186         }
8187 }
8188 #endif