]> CyberLeo.Net >> Repos - FreeBSD/FreeBSD.git/blob - sys/amd64/amd64/pmap.c
MFC r313933, r313939, r313966:
[FreeBSD/FreeBSD.git] / sys / amd64 / amd64 / pmap.c
1 /*-
2  * Copyright (c) 1991 Regents of the University of California.
3  * All rights reserved.
4  * Copyright (c) 1994 John S. Dyson
5  * All rights reserved.
6  * Copyright (c) 1994 David Greenman
7  * All rights reserved.
8  * Copyright (c) 2003 Peter Wemm
9  * All rights reserved.
10  * Copyright (c) 2005-2010 Alan L. Cox <alc@cs.rice.edu>
11  * All rights reserved.
12  *
13  * This code is derived from software contributed to Berkeley by
14  * the Systems Programming Group of the University of Utah Computer
15  * Science Department and William Jolitz of UUNET Technologies Inc.
16  *
17  * Redistribution and use in source and binary forms, with or without
18  * modification, are permitted provided that the following conditions
19  * are met:
20  * 1. Redistributions of source code must retain the above copyright
21  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer.
22  * 2. Redistributions in binary form must reproduce the above copyright
23  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer in the
24  *    documentation and/or other materials provided with the distribution.
25  * 3. All advertising materials mentioning features or use of this software
26  *    must display the following acknowledgement:
27  *      This product includes software developed by the University of
28  *      California, Berkeley and its contributors.
29  * 4. Neither the name of the University nor the names of its contributors
30  *    may be used to endorse or promote products derived from this software
31  *    without specific prior written permission.
32  *
33  * THIS SOFTWARE IS PROVIDED BY THE REGENTS AND CONTRIBUTORS ``AS IS'' AND
34  * ANY EXPRESS OR IMPLIED WARRANTIES, INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, THE
35  * IMPLIED WARRANTIES OF MERCHANTABILITY AND FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE
36  * ARE DISCLAIMED.  IN NO EVENT SHALL THE REGENTS OR CONTRIBUTORS BE LIABLE
37  * FOR ANY DIRECT, INDIRECT, INCIDENTAL, SPECIAL, EXEMPLARY, OR CONSEQUENTIAL
38  * DAMAGES (INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, PROCUREMENT OF SUBSTITUTE GOODS
39  * OR SERVICES; LOSS OF USE, DATA, OR PROFITS; OR BUSINESS INTERRUPTION)
40  * HOWEVER CAUSED AND ON ANY THEORY OF LIABILITY, WHETHER IN CONTRACT, STRICT
41  * LIABILITY, OR TORT (INCLUDING NEGLIGENCE OR OTHERWISE) ARISING IN ANY WAY
42  * OUT OF THE USE OF THIS SOFTWARE, EVEN IF ADVISED OF THE POSSIBILITY OF
43  * SUCH DAMAGE.
44  *
45  *      from:   @(#)pmap.c      7.7 (Berkeley)  5/12/91
46  */
47 /*-
48  * Copyright (c) 2003 Networks Associates Technology, Inc.
49  * All rights reserved.
50  *
51  * This software was developed for the FreeBSD Project by Jake Burkholder,
52  * Safeport Network Services, and Network Associates Laboratories, the
53  * Security Research Division of Network Associates, Inc. under
54  * DARPA/SPAWAR contract N66001-01-C-8035 ("CBOSS"), as part of the DARPA
55  * CHATS research program.
56  *
57  * Redistribution and use in source and binary forms, with or without
58  * modification, are permitted provided that the following conditions
59  * are met:
60  * 1. Redistributions of source code must retain the above copyright
61  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer.
62  * 2. Redistributions in binary form must reproduce the above copyright
63  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer in the
64  *    documentation and/or other materials provided with the distribution.
65  *
66  * THIS SOFTWARE IS PROVIDED BY THE AUTHOR AND CONTRIBUTORS ``AS IS'' AND
67  * ANY EXPRESS OR IMPLIED WARRANTIES, INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, THE
68  * IMPLIED WARRANTIES OF MERCHANTABILITY AND FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE
69  * ARE DISCLAIMED.  IN NO EVENT SHALL THE AUTHOR OR CONTRIBUTORS BE LIABLE
70  * FOR ANY DIRECT, INDIRECT, INCIDENTAL, SPECIAL, EXEMPLARY, OR CONSEQUENTIAL
71  * DAMAGES (INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, PROCUREMENT OF SUBSTITUTE GOODS
72  * OR SERVICES; LOSS OF USE, DATA, OR PROFITS; OR BUSINESS INTERRUPTION)
73  * HOWEVER CAUSED AND ON ANY THEORY OF LIABILITY, WHETHER IN CONTRACT, STRICT
74  * LIABILITY, OR TORT (INCLUDING NEGLIGENCE OR OTHERWISE) ARISING IN ANY WAY
75  * OUT OF THE USE OF THIS SOFTWARE, EVEN IF ADVISED OF THE POSSIBILITY OF
76  * SUCH DAMAGE.
77  */
78
79 #define AMD64_NPT_AWARE
80
81 #include <sys/cdefs.h>
82 __FBSDID("$FreeBSD$");
83
84 /*
85  *      Manages physical address maps.
86  *
87  *      Since the information managed by this module is
88  *      also stored by the logical address mapping module,
89  *      this module may throw away valid virtual-to-physical
90  *      mappings at almost any time.  However, invalidations
91  *      of virtual-to-physical mappings must be done as
92  *      requested.
93  *
94  *      In order to cope with hardware architectures which
95  *      make virtual-to-physical map invalidates expensive,
96  *      this module may delay invalidate or reduced protection
97  *      operations until such time as they are actually
98  *      necessary.  This module is given full information as
99  *      to which processors are currently using which maps,
100  *      and to when physical maps must be made correct.
101  */
102
103 #include "opt_pmap.h"
104 #include "opt_vm.h"
105
106 #include <sys/param.h>
107 #include <sys/bitstring.h>
108 #include <sys/bus.h>
109 #include <sys/systm.h>
110 #include <sys/kernel.h>
111 #include <sys/ktr.h>
112 #include <sys/lock.h>
113 #include <sys/malloc.h>
114 #include <sys/mman.h>
115 #include <sys/mutex.h>
116 #include <sys/proc.h>
117 #include <sys/rwlock.h>
118 #include <sys/sx.h>
119 #include <sys/turnstile.h>
120 #include <sys/vmem.h>
121 #include <sys/vmmeter.h>
122 #include <sys/sched.h>
123 #include <sys/sysctl.h>
124 #include <sys/smp.h>
125
126 #include <vm/vm.h>
127 #include <vm/vm_param.h>
128 #include <vm/vm_kern.h>
129 #include <vm/vm_page.h>
130 #include <vm/vm_map.h>
131 #include <vm/vm_object.h>
132 #include <vm/vm_extern.h>
133 #include <vm/vm_pageout.h>
134 #include <vm/vm_pager.h>
135 #include <vm/vm_phys.h>
136 #include <vm/vm_radix.h>
137 #include <vm/vm_reserv.h>
138 #include <vm/uma.h>
139
140 #include <machine/intr_machdep.h>
141 #include <x86/apicvar.h>
142 #include <machine/cpu.h>
143 #include <machine/cputypes.h>
144 #include <machine/md_var.h>
145 #include <machine/pcb.h>
146 #include <machine/specialreg.h>
147 #ifdef SMP
148 #include <machine/smp.h>
149 #endif
150
151 static __inline boolean_t
152 pmap_type_guest(pmap_t pmap)
153 {
154
155         return ((pmap->pm_type == PT_EPT) || (pmap->pm_type == PT_RVI));
156 }
157
158 static __inline boolean_t
159 pmap_emulate_ad_bits(pmap_t pmap)
160 {
161
162         return ((pmap->pm_flags & PMAP_EMULATE_AD_BITS) != 0);
163 }
164
165 static __inline pt_entry_t
166 pmap_valid_bit(pmap_t pmap)
167 {
168         pt_entry_t mask;
169
170         switch (pmap->pm_type) {
171         case PT_X86:
172         case PT_RVI:
173                 mask = X86_PG_V;
174                 break;
175         case PT_EPT:
176                 if (pmap_emulate_ad_bits(pmap))
177                         mask = EPT_PG_EMUL_V;
178                 else
179                         mask = EPT_PG_READ;
180                 break;
181         default:
182                 panic("pmap_valid_bit: invalid pm_type %d", pmap->pm_type);
183         }
184
185         return (mask);
186 }
187
188 static __inline pt_entry_t
189 pmap_rw_bit(pmap_t pmap)
190 {
191         pt_entry_t mask;
192
193         switch (pmap->pm_type) {
194         case PT_X86:
195         case PT_RVI:
196                 mask = X86_PG_RW;
197                 break;
198         case PT_EPT:
199                 if (pmap_emulate_ad_bits(pmap))
200                         mask = EPT_PG_EMUL_RW;
201                 else
202                         mask = EPT_PG_WRITE;
203                 break;
204         default:
205                 panic("pmap_rw_bit: invalid pm_type %d", pmap->pm_type);
206         }
207
208         return (mask);
209 }
210
211 static __inline pt_entry_t
212 pmap_global_bit(pmap_t pmap)
213 {
214         pt_entry_t mask;
215
216         switch (pmap->pm_type) {
217         case PT_X86:
218                 mask = X86_PG_G;
219                 break;
220         case PT_RVI:
221         case PT_EPT:
222                 mask = 0;
223                 break;
224         default:
225                 panic("pmap_global_bit: invalid pm_type %d", pmap->pm_type);
226         }
227
228         return (mask);
229 }
230
231 static __inline pt_entry_t
232 pmap_accessed_bit(pmap_t pmap)
233 {
234         pt_entry_t mask;
235
236         switch (pmap->pm_type) {
237         case PT_X86:
238         case PT_RVI:
239                 mask = X86_PG_A;
240                 break;
241         case PT_EPT:
242                 if (pmap_emulate_ad_bits(pmap))
243                         mask = EPT_PG_READ;
244                 else
245                         mask = EPT_PG_A;
246                 break;
247         default:
248                 panic("pmap_accessed_bit: invalid pm_type %d", pmap->pm_type);
249         }
250
251         return (mask);
252 }
253
254 static __inline pt_entry_t
255 pmap_modified_bit(pmap_t pmap)
256 {
257         pt_entry_t mask;
258
259         switch (pmap->pm_type) {
260         case PT_X86:
261         case PT_RVI:
262                 mask = X86_PG_M;
263                 break;
264         case PT_EPT:
265                 if (pmap_emulate_ad_bits(pmap))
266                         mask = EPT_PG_WRITE;
267                 else
268                         mask = EPT_PG_M;
269                 break;
270         default:
271                 panic("pmap_modified_bit: invalid pm_type %d", pmap->pm_type);
272         }
273
274         return (mask);
275 }
276
277 extern  struct pcpu __pcpu[];
278
279 #if !defined(DIAGNOSTIC)
280 #ifdef __GNUC_GNU_INLINE__
281 #define PMAP_INLINE     __attribute__((__gnu_inline__)) inline
282 #else
283 #define PMAP_INLINE     extern inline
284 #endif
285 #else
286 #define PMAP_INLINE
287 #endif
288
289 #ifdef PV_STATS
290 #define PV_STAT(x)      do { x ; } while (0)
291 #else
292 #define PV_STAT(x)      do { } while (0)
293 #endif
294
295 #define pa_index(pa)    ((pa) >> PDRSHIFT)
296 #define pa_to_pvh(pa)   (&pv_table[pa_index(pa)])
297
298 #define NPV_LIST_LOCKS  MAXCPU
299
300 #define PHYS_TO_PV_LIST_LOCK(pa)        \
301                         (&pv_list_locks[pa_index(pa) % NPV_LIST_LOCKS])
302
303 #define CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_PHYS(lockp, pa)  do {    \
304         struct rwlock **_lockp = (lockp);               \
305         struct rwlock *_new_lock;                       \
306                                                         \
307         _new_lock = PHYS_TO_PV_LIST_LOCK(pa);           \
308         if (_new_lock != *_lockp) {                     \
309                 if (*_lockp != NULL)                    \
310                         rw_wunlock(*_lockp);            \
311                 *_lockp = _new_lock;                    \
312                 rw_wlock(*_lockp);                      \
313         }                                               \
314 } while (0)
315
316 #define CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_VM_PAGE(lockp, m)        \
317                         CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_PHYS(lockp, VM_PAGE_TO_PHYS(m))
318
319 #define RELEASE_PV_LIST_LOCK(lockp)             do {    \
320         struct rwlock **_lockp = (lockp);               \
321                                                         \
322         if (*_lockp != NULL) {                          \
323                 rw_wunlock(*_lockp);                    \
324                 *_lockp = NULL;                         \
325         }                                               \
326 } while (0)
327
328 #define VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m)      \
329                         PHYS_TO_PV_LIST_LOCK(VM_PAGE_TO_PHYS(m))
330
331 struct pmap kernel_pmap_store;
332
333 vm_offset_t virtual_avail;      /* VA of first avail page (after kernel bss) */
334 vm_offset_t virtual_end;        /* VA of last avail page (end of kernel AS) */
335
336 int nkpt;
337 SYSCTL_INT(_machdep, OID_AUTO, nkpt, CTLFLAG_RD, &nkpt, 0,
338     "Number of kernel page table pages allocated on bootup");
339
340 static int ndmpdp;
341 vm_paddr_t dmaplimit;
342 vm_offset_t kernel_vm_end = VM_MIN_KERNEL_ADDRESS;
343 pt_entry_t pg_nx;
344
345 static SYSCTL_NODE(_vm, OID_AUTO, pmap, CTLFLAG_RD, 0, "VM/pmap parameters");
346
347 static int pat_works = 1;
348 SYSCTL_INT(_vm_pmap, OID_AUTO, pat_works, CTLFLAG_RD, &pat_works, 1,
349     "Is page attribute table fully functional?");
350
351 static int pg_ps_enabled = 1;
352 SYSCTL_INT(_vm_pmap, OID_AUTO, pg_ps_enabled, CTLFLAG_RDTUN | CTLFLAG_NOFETCH,
353     &pg_ps_enabled, 0, "Are large page mappings enabled?");
354
355 #define PAT_INDEX_SIZE  8
356 static int pat_index[PAT_INDEX_SIZE];   /* cache mode to PAT index conversion */
357
358 static u_int64_t        KPTphys;        /* phys addr of kernel level 1 */
359 static u_int64_t        KPDphys;        /* phys addr of kernel level 2 */
360 u_int64_t               KPDPphys;       /* phys addr of kernel level 3 */
361 u_int64_t               KPML4phys;      /* phys addr of kernel level 4 */
362
363 static u_int64_t        DMPDphys;       /* phys addr of direct mapped level 2 */
364 static u_int64_t        DMPDPphys;      /* phys addr of direct mapped level 3 */
365 static int              ndmpdpphys;     /* number of DMPDPphys pages */
366
367 /*
368  * pmap_mapdev support pre initialization (i.e. console)
369  */
370 #define PMAP_PREINIT_MAPPING_COUNT      8
371 static struct pmap_preinit_mapping {
372         vm_paddr_t      pa;
373         vm_offset_t     va;
374         vm_size_t       sz;
375         int             mode;
376 } pmap_preinit_mapping[PMAP_PREINIT_MAPPING_COUNT];
377 static int pmap_initialized;
378
379 /*
380  * Data for the pv entry allocation mechanism.
381  * Updates to pv_invl_gen are protected by the pv_list_locks[]
382  * elements, but reads are not.
383  */
384 static TAILQ_HEAD(pch, pv_chunk) pv_chunks = TAILQ_HEAD_INITIALIZER(pv_chunks);
385 static struct mtx pv_chunks_mutex;
386 static struct rwlock pv_list_locks[NPV_LIST_LOCKS];
387 static u_long pv_invl_gen[NPV_LIST_LOCKS];
388 static struct md_page *pv_table;
389 static struct md_page pv_dummy;
390
391 /*
392  * All those kernel PT submaps that BSD is so fond of
393  */
394 pt_entry_t *CMAP1 = 0;
395 caddr_t CADDR1 = 0;
396 static vm_offset_t qframe = 0;
397 static struct mtx qframe_mtx;
398
399 static int pmap_flags = PMAP_PDE_SUPERPAGE;     /* flags for x86 pmaps */
400
401 int pmap_pcid_enabled = 1;
402 SYSCTL_INT(_vm_pmap, OID_AUTO, pcid_enabled, CTLFLAG_RDTUN | CTLFLAG_NOFETCH,
403     &pmap_pcid_enabled, 0, "Is TLB Context ID enabled ?");
404 int invpcid_works = 0;
405 SYSCTL_INT(_vm_pmap, OID_AUTO, invpcid_works, CTLFLAG_RD, &invpcid_works, 0,
406     "Is the invpcid instruction available ?");
407
408 static int
409 pmap_pcid_save_cnt_proc(SYSCTL_HANDLER_ARGS)
410 {
411         int i;
412         uint64_t res;
413
414         res = 0;
415         CPU_FOREACH(i) {
416                 res += cpuid_to_pcpu[i]->pc_pm_save_cnt;
417         }
418         return (sysctl_handle_64(oidp, &res, 0, req));
419 }
420 SYSCTL_PROC(_vm_pmap, OID_AUTO, pcid_save_cnt, CTLTYPE_U64 | CTLFLAG_RW |
421     CTLFLAG_MPSAFE, NULL, 0, pmap_pcid_save_cnt_proc, "QU",
422     "Count of saved TLB context on switch");
423
424 static LIST_HEAD(, pmap_invl_gen) pmap_invl_gen_tracker =
425     LIST_HEAD_INITIALIZER(&pmap_invl_gen_tracker);
426 static struct mtx invl_gen_mtx;
427 static u_long pmap_invl_gen = 0;
428 /* Fake lock object to satisfy turnstiles interface. */
429 static struct lock_object invl_gen_ts = {
430         .lo_name = "invlts",
431 };
432
433 #define PMAP_ASSERT_NOT_IN_DI() \
434     KASSERT(curthread->td_md.md_invl_gen.gen == 0, ("DI already started"))
435
436 /*
437  * Start a new Delayed Invalidation (DI) block of code, executed by
438  * the current thread.  Within a DI block, the current thread may
439  * destroy both the page table and PV list entries for a mapping and
440  * then release the corresponding PV list lock before ensuring that
441  * the mapping is flushed from the TLBs of any processors with the
442  * pmap active.
443  */
444 static void
445 pmap_delayed_invl_started(void)
446 {
447         struct pmap_invl_gen *invl_gen;
448         u_long currgen;
449
450         invl_gen = &curthread->td_md.md_invl_gen;
451         PMAP_ASSERT_NOT_IN_DI();
452         mtx_lock(&invl_gen_mtx);
453         if (LIST_EMPTY(&pmap_invl_gen_tracker))
454                 currgen = pmap_invl_gen;
455         else
456                 currgen = LIST_FIRST(&pmap_invl_gen_tracker)->gen;
457         invl_gen->gen = currgen + 1;
458         LIST_INSERT_HEAD(&pmap_invl_gen_tracker, invl_gen, link);
459         mtx_unlock(&invl_gen_mtx);
460 }
461
462 /*
463  * Finish the DI block, previously started by the current thread.  All
464  * required TLB flushes for the pages marked by
465  * pmap_delayed_invl_page() must be finished before this function is
466  * called.
467  *
468  * This function works by bumping the global DI generation number to
469  * the generation number of the current thread's DI, unless there is a
470  * pending DI that started earlier.  In the latter case, bumping the
471  * global DI generation number would incorrectly signal that the
472  * earlier DI had finished.  Instead, this function bumps the earlier
473  * DI's generation number to match the generation number of the
474  * current thread's DI.
475  */
476 static void
477 pmap_delayed_invl_finished(void)
478 {
479         struct pmap_invl_gen *invl_gen, *next;
480         struct turnstile *ts;
481
482         invl_gen = &curthread->td_md.md_invl_gen;
483         KASSERT(invl_gen->gen != 0, ("missed invl_started"));
484         mtx_lock(&invl_gen_mtx);
485         next = LIST_NEXT(invl_gen, link);
486         if (next == NULL) {
487                 turnstile_chain_lock(&invl_gen_ts);
488                 ts = turnstile_lookup(&invl_gen_ts);
489                 pmap_invl_gen = invl_gen->gen;
490                 if (ts != NULL) {
491                         turnstile_broadcast(ts, TS_SHARED_QUEUE);
492                         turnstile_unpend(ts, TS_SHARED_LOCK);
493                 }
494                 turnstile_chain_unlock(&invl_gen_ts);
495         } else {
496                 next->gen = invl_gen->gen;
497         }
498         LIST_REMOVE(invl_gen, link);
499         mtx_unlock(&invl_gen_mtx);
500         invl_gen->gen = 0;
501 }
502
503 #ifdef PV_STATS
504 static long invl_wait;
505 SYSCTL_LONG(_vm_pmap, OID_AUTO, invl_wait, CTLFLAG_RD, &invl_wait, 0,
506     "Number of times DI invalidation blocked pmap_remove_all/write");
507 #endif
508
509 static u_long *
510 pmap_delayed_invl_genp(vm_page_t m)
511 {
512
513         return (&pv_invl_gen[pa_index(VM_PAGE_TO_PHYS(m)) % NPV_LIST_LOCKS]);
514 }
515
516 /*
517  * Ensure that all currently executing DI blocks, that need to flush
518  * TLB for the given page m, actually flushed the TLB at the time the
519  * function returned.  If the page m has an empty PV list and we call
520  * pmap_delayed_invl_wait(), upon its return we know that no CPU has a
521  * valid mapping for the page m in either its page table or TLB.
522  *
523  * This function works by blocking until the global DI generation
524  * number catches up with the generation number associated with the
525  * given page m and its PV list.  Since this function's callers
526  * typically own an object lock and sometimes own a page lock, it
527  * cannot sleep.  Instead, it blocks on a turnstile to relinquish the
528  * processor.
529  */
530 static void
531 pmap_delayed_invl_wait(vm_page_t m)
532 {
533         struct thread *td;
534         struct turnstile *ts;
535         u_long *m_gen;
536 #ifdef PV_STATS
537         bool accounted = false;
538 #endif
539
540         td = curthread;
541         m_gen = pmap_delayed_invl_genp(m);
542         while (*m_gen > pmap_invl_gen) {
543 #ifdef PV_STATS
544                 if (!accounted) {
545                         atomic_add_long(&invl_wait, 1);
546                         accounted = true;
547                 }
548 #endif
549                 ts = turnstile_trywait(&invl_gen_ts);
550                 if (*m_gen > pmap_invl_gen)
551                         turnstile_wait(ts, NULL, TS_SHARED_QUEUE);
552                 else
553                         turnstile_cancel(ts);
554         }
555 }
556
557 /*
558  * Mark the page m's PV list as participating in the current thread's
559  * DI block.  Any threads concurrently using m's PV list to remove or
560  * restrict all mappings to m will wait for the current thread's DI
561  * block to complete before proceeding.
562  *
563  * The function works by setting the DI generation number for m's PV
564  * list to at least the DI generation number of the current thread.
565  * This forces a caller of pmap_delayed_invl_wait() to block until
566  * current thread calls pmap_delayed_invl_finished().
567  */
568 static void
569 pmap_delayed_invl_page(vm_page_t m)
570 {
571         u_long gen, *m_gen;
572
573         rw_assert(VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m), RA_WLOCKED);
574         gen = curthread->td_md.md_invl_gen.gen;
575         if (gen == 0)
576                 return;
577         m_gen = pmap_delayed_invl_genp(m);
578         if (*m_gen < gen)
579                 *m_gen = gen;
580 }
581
582 /*
583  * Crashdump maps.
584  */
585 static caddr_t crashdumpmap;
586
587 static void     free_pv_chunk(struct pv_chunk *pc);
588 static void     free_pv_entry(pmap_t pmap, pv_entry_t pv);
589 static pv_entry_t get_pv_entry(pmap_t pmap, struct rwlock **lockp);
590 static int      popcnt_pc_map_pq(uint64_t *map);
591 static vm_page_t reclaim_pv_chunk(pmap_t locked_pmap, struct rwlock **lockp);
592 static void     reserve_pv_entries(pmap_t pmap, int needed,
593                     struct rwlock **lockp);
594 static void     pmap_pv_demote_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_paddr_t pa,
595                     struct rwlock **lockp);
596 static boolean_t pmap_pv_insert_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_paddr_t pa,
597                     struct rwlock **lockp);
598 static void     pmap_pv_promote_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_paddr_t pa,
599                     struct rwlock **lockp);
600 static void     pmap_pvh_free(struct md_page *pvh, pmap_t pmap, vm_offset_t va);
601 static pv_entry_t pmap_pvh_remove(struct md_page *pvh, pmap_t pmap,
602                     vm_offset_t va);
603
604 static int pmap_change_attr_locked(vm_offset_t va, vm_size_t size, int mode);
605 static boolean_t pmap_demote_pde(pmap_t pmap, pd_entry_t *pde, vm_offset_t va);
606 static boolean_t pmap_demote_pde_locked(pmap_t pmap, pd_entry_t *pde,
607     vm_offset_t va, struct rwlock **lockp);
608 static boolean_t pmap_demote_pdpe(pmap_t pmap, pdp_entry_t *pdpe,
609     vm_offset_t va);
610 static boolean_t pmap_enter_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m,
611     vm_prot_t prot, struct rwlock **lockp);
612 static vm_page_t pmap_enter_quick_locked(pmap_t pmap, vm_offset_t va,
613     vm_page_t m, vm_prot_t prot, vm_page_t mpte, struct rwlock **lockp);
614 static void pmap_fill_ptp(pt_entry_t *firstpte, pt_entry_t newpte);
615 static int pmap_insert_pt_page(pmap_t pmap, vm_page_t mpte);
616 static void pmap_kenter_attr(vm_offset_t va, vm_paddr_t pa, int mode);
617 static vm_page_t pmap_lookup_pt_page(pmap_t pmap, vm_offset_t va);
618 static void pmap_pde_attr(pd_entry_t *pde, int cache_bits, int mask);
619 static void pmap_promote_pde(pmap_t pmap, pd_entry_t *pde, vm_offset_t va,
620     struct rwlock **lockp);
621 static boolean_t pmap_protect_pde(pmap_t pmap, pd_entry_t *pde, vm_offset_t sva,
622     vm_prot_t prot);
623 static void pmap_pte_attr(pt_entry_t *pte, int cache_bits, int mask);
624 static int pmap_remove_pde(pmap_t pmap, pd_entry_t *pdq, vm_offset_t sva,
625     struct spglist *free, struct rwlock **lockp);
626 static int pmap_remove_pte(pmap_t pmap, pt_entry_t *ptq, vm_offset_t sva,
627     pd_entry_t ptepde, struct spglist *free, struct rwlock **lockp);
628 static void pmap_remove_pt_page(pmap_t pmap, vm_page_t mpte);
629 static void pmap_remove_page(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t *pde,
630     struct spglist *free);
631 static boolean_t pmap_try_insert_pv_entry(pmap_t pmap, vm_offset_t va,
632     vm_page_t m, struct rwlock **lockp);
633 static void pmap_update_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t *pde,
634     pd_entry_t newpde);
635 static void pmap_update_pde_invalidate(pmap_t, vm_offset_t va, pd_entry_t pde);
636
637 static vm_page_t _pmap_allocpte(pmap_t pmap, vm_pindex_t ptepindex,
638                 struct rwlock **lockp);
639 static vm_page_t pmap_allocpde(pmap_t pmap, vm_offset_t va,
640                 struct rwlock **lockp);
641 static vm_page_t pmap_allocpte(pmap_t pmap, vm_offset_t va,
642                 struct rwlock **lockp);
643
644 static void _pmap_unwire_ptp(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m,
645     struct spglist *free);
646 static int pmap_unuse_pt(pmap_t, vm_offset_t, pd_entry_t, struct spglist *);
647 static vm_offset_t pmap_kmem_choose(vm_offset_t addr);
648
649 /*
650  * Move the kernel virtual free pointer to the next
651  * 2MB.  This is used to help improve performance
652  * by using a large (2MB) page for much of the kernel
653  * (.text, .data, .bss)
654  */
655 static vm_offset_t
656 pmap_kmem_choose(vm_offset_t addr)
657 {
658         vm_offset_t newaddr = addr;
659
660         newaddr = roundup2(addr, NBPDR);
661         return (newaddr);
662 }
663
664 /********************/
665 /* Inline functions */
666 /********************/
667
668 /* Return a non-clipped PD index for a given VA */
669 static __inline vm_pindex_t
670 pmap_pde_pindex(vm_offset_t va)
671 {
672         return (va >> PDRSHIFT);
673 }
674
675
676 /* Return a pointer to the PML4 slot that corresponds to a VA */
677 static __inline pml4_entry_t *
678 pmap_pml4e(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
679 {
680
681         return (&pmap->pm_pml4[pmap_pml4e_index(va)]);
682 }
683
684 /* Return a pointer to the PDP slot that corresponds to a VA */
685 static __inline pdp_entry_t *
686 pmap_pml4e_to_pdpe(pml4_entry_t *pml4e, vm_offset_t va)
687 {
688         pdp_entry_t *pdpe;
689
690         pdpe = (pdp_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(*pml4e & PG_FRAME);
691         return (&pdpe[pmap_pdpe_index(va)]);
692 }
693
694 /* Return a pointer to the PDP slot that corresponds to a VA */
695 static __inline pdp_entry_t *
696 pmap_pdpe(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
697 {
698         pml4_entry_t *pml4e;
699         pt_entry_t PG_V;
700
701         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
702         pml4e = pmap_pml4e(pmap, va);
703         if ((*pml4e & PG_V) == 0)
704                 return (NULL);
705         return (pmap_pml4e_to_pdpe(pml4e, va));
706 }
707
708 /* Return a pointer to the PD slot that corresponds to a VA */
709 static __inline pd_entry_t *
710 pmap_pdpe_to_pde(pdp_entry_t *pdpe, vm_offset_t va)
711 {
712         pd_entry_t *pde;
713
714         pde = (pd_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(*pdpe & PG_FRAME);
715         return (&pde[pmap_pde_index(va)]);
716 }
717
718 /* Return a pointer to the PD slot that corresponds to a VA */
719 static __inline pd_entry_t *
720 pmap_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
721 {
722         pdp_entry_t *pdpe;
723         pt_entry_t PG_V;
724
725         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
726         pdpe = pmap_pdpe(pmap, va);
727         if (pdpe == NULL || (*pdpe & PG_V) == 0)
728                 return (NULL);
729         return (pmap_pdpe_to_pde(pdpe, va));
730 }
731
732 /* Return a pointer to the PT slot that corresponds to a VA */
733 static __inline pt_entry_t *
734 pmap_pde_to_pte(pd_entry_t *pde, vm_offset_t va)
735 {
736         pt_entry_t *pte;
737
738         pte = (pt_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(*pde & PG_FRAME);
739         return (&pte[pmap_pte_index(va)]);
740 }
741
742 /* Return a pointer to the PT slot that corresponds to a VA */
743 static __inline pt_entry_t *
744 pmap_pte(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
745 {
746         pd_entry_t *pde;
747         pt_entry_t PG_V;
748
749         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
750         pde = pmap_pde(pmap, va);
751         if (pde == NULL || (*pde & PG_V) == 0)
752                 return (NULL);
753         if ((*pde & PG_PS) != 0)        /* compat with i386 pmap_pte() */
754                 return ((pt_entry_t *)pde);
755         return (pmap_pde_to_pte(pde, va));
756 }
757
758 static __inline void
759 pmap_resident_count_inc(pmap_t pmap, int count)
760 {
761
762         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
763         pmap->pm_stats.resident_count += count;
764 }
765
766 static __inline void
767 pmap_resident_count_dec(pmap_t pmap, int count)
768 {
769
770         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
771         KASSERT(pmap->pm_stats.resident_count >= count,
772             ("pmap %p resident count underflow %ld %d", pmap,
773             pmap->pm_stats.resident_count, count));
774         pmap->pm_stats.resident_count -= count;
775 }
776
777 PMAP_INLINE pt_entry_t *
778 vtopte(vm_offset_t va)
779 {
780         u_int64_t mask = ((1ul << (NPTEPGSHIFT + NPDEPGSHIFT + NPDPEPGSHIFT + NPML4EPGSHIFT)) - 1);
781
782         KASSERT(va >= VM_MAXUSER_ADDRESS, ("vtopte on a uva/gpa 0x%0lx", va));
783
784         return (PTmap + ((va >> PAGE_SHIFT) & mask));
785 }
786
787 static __inline pd_entry_t *
788 vtopde(vm_offset_t va)
789 {
790         u_int64_t mask = ((1ul << (NPDEPGSHIFT + NPDPEPGSHIFT + NPML4EPGSHIFT)) - 1);
791
792         KASSERT(va >= VM_MAXUSER_ADDRESS, ("vtopde on a uva/gpa 0x%0lx", va));
793
794         return (PDmap + ((va >> PDRSHIFT) & mask));
795 }
796
797 static u_int64_t
798 allocpages(vm_paddr_t *firstaddr, int n)
799 {
800         u_int64_t ret;
801
802         ret = *firstaddr;
803         bzero((void *)ret, n * PAGE_SIZE);
804         *firstaddr += n * PAGE_SIZE;
805         return (ret);
806 }
807
808 CTASSERT(powerof2(NDMPML4E));
809
810 /* number of kernel PDP slots */
811 #define NKPDPE(ptpgs)           howmany(ptpgs, NPDEPG)
812
813 static void
814 nkpt_init(vm_paddr_t addr)
815 {
816         int pt_pages;
817         
818 #ifdef NKPT
819         pt_pages = NKPT;
820 #else
821         pt_pages = howmany(addr, 1 << PDRSHIFT);
822         pt_pages += NKPDPE(pt_pages);
823
824         /*
825          * Add some slop beyond the bare minimum required for bootstrapping
826          * the kernel.
827          *
828          * This is quite important when allocating KVA for kernel modules.
829          * The modules are required to be linked in the negative 2GB of
830          * the address space.  If we run out of KVA in this region then
831          * pmap_growkernel() will need to allocate page table pages to map
832          * the entire 512GB of KVA space which is an unnecessary tax on
833          * physical memory.
834          *
835          * Secondly, device memory mapped as part of setting up the low-
836          * level console(s) is taken from KVA, starting at virtual_avail.
837          * This is because cninit() is called after pmap_bootstrap() but
838          * before vm_init() and pmap_init(). 20MB for a frame buffer is
839          * not uncommon.
840          */
841         pt_pages += 32;         /* 64MB additional slop. */
842 #endif
843         nkpt = pt_pages;
844 }
845
846 static void
847 create_pagetables(vm_paddr_t *firstaddr)
848 {
849         int i, j, ndm1g, nkpdpe;
850         pt_entry_t *pt_p;
851         pd_entry_t *pd_p;
852         pdp_entry_t *pdp_p;
853         pml4_entry_t *p4_p;
854
855         /* Allocate page table pages for the direct map */
856         ndmpdp = howmany(ptoa(Maxmem), NBPDP);
857         if (ndmpdp < 4)         /* Minimum 4GB of dirmap */
858                 ndmpdp = 4;
859         ndmpdpphys = howmany(ndmpdp, NPDPEPG);
860         if (ndmpdpphys > NDMPML4E) {
861                 /*
862                  * Each NDMPML4E allows 512 GB, so limit to that,
863                  * and then readjust ndmpdp and ndmpdpphys.
864                  */
865                 printf("NDMPML4E limits system to %d GB\n", NDMPML4E * 512);
866                 Maxmem = atop(NDMPML4E * NBPML4);
867                 ndmpdpphys = NDMPML4E;
868                 ndmpdp = NDMPML4E * NPDEPG;
869         }
870         DMPDPphys = allocpages(firstaddr, ndmpdpphys);
871         ndm1g = 0;
872         if ((amd_feature & AMDID_PAGE1GB) != 0)
873                 ndm1g = ptoa(Maxmem) >> PDPSHIFT;
874         if (ndm1g < ndmpdp)
875                 DMPDphys = allocpages(firstaddr, ndmpdp - ndm1g);
876         dmaplimit = (vm_paddr_t)ndmpdp << PDPSHIFT;
877
878         /* Allocate pages */
879         KPML4phys = allocpages(firstaddr, 1);
880         KPDPphys = allocpages(firstaddr, NKPML4E);
881
882         /*
883          * Allocate the initial number of kernel page table pages required to
884          * bootstrap.  We defer this until after all memory-size dependent
885          * allocations are done (e.g. direct map), so that we don't have to
886          * build in too much slop in our estimate.
887          *
888          * Note that when NKPML4E > 1, we have an empty page underneath
889          * all but the KPML4I'th one, so we need NKPML4E-1 extra (zeroed)
890          * pages.  (pmap_enter requires a PD page to exist for each KPML4E.)
891          */
892         nkpt_init(*firstaddr);
893         nkpdpe = NKPDPE(nkpt);
894
895         KPTphys = allocpages(firstaddr, nkpt);
896         KPDphys = allocpages(firstaddr, nkpdpe);
897
898         /* Fill in the underlying page table pages */
899         /* Nominally read-only (but really R/W) from zero to physfree */
900         /* XXX not fully used, underneath 2M pages */
901         pt_p = (pt_entry_t *)KPTphys;
902         for (i = 0; ptoa(i) < *firstaddr; i++)
903                 pt_p[i] = ptoa(i) | X86_PG_RW | X86_PG_V | X86_PG_G;
904
905         /* Now map the page tables at their location within PTmap */
906         pd_p = (pd_entry_t *)KPDphys;
907         for (i = 0; i < nkpt; i++)
908                 pd_p[i] = (KPTphys + ptoa(i)) | X86_PG_RW | X86_PG_V;
909
910         /* Map from zero to end of allocations under 2M pages */
911         /* This replaces some of the KPTphys entries above */
912         for (i = 0; (i << PDRSHIFT) < *firstaddr; i++)
913                 pd_p[i] = (i << PDRSHIFT) | X86_PG_RW | X86_PG_V | PG_PS |
914                     X86_PG_G;
915
916         /* And connect up the PD to the PDP (leaving room for L4 pages) */
917         pdp_p = (pdp_entry_t *)(KPDPphys + ptoa(KPML4I - KPML4BASE));
918         for (i = 0; i < nkpdpe; i++)
919                 pdp_p[i + KPDPI] = (KPDphys + ptoa(i)) | X86_PG_RW | X86_PG_V |
920                     PG_U;
921
922         /*
923          * Now, set up the direct map region using 2MB and/or 1GB pages.  If
924          * the end of physical memory is not aligned to a 1GB page boundary,
925          * then the residual physical memory is mapped with 2MB pages.  Later,
926          * if pmap_mapdev{_attr}() uses the direct map for non-write-back
927          * memory, pmap_change_attr() will demote any 2MB or 1GB page mappings
928          * that are partially used. 
929          */
930         pd_p = (pd_entry_t *)DMPDphys;
931         for (i = NPDEPG * ndm1g, j = 0; i < NPDEPG * ndmpdp; i++, j++) {
932                 pd_p[j] = (vm_paddr_t)i << PDRSHIFT;
933                 /* Preset PG_M and PG_A because demotion expects it. */
934                 pd_p[j] |= X86_PG_RW | X86_PG_V | PG_PS | X86_PG_G |
935                     X86_PG_M | X86_PG_A;
936         }
937         pdp_p = (pdp_entry_t *)DMPDPphys;
938         for (i = 0; i < ndm1g; i++) {
939                 pdp_p[i] = (vm_paddr_t)i << PDPSHIFT;
940                 /* Preset PG_M and PG_A because demotion expects it. */
941                 pdp_p[i] |= X86_PG_RW | X86_PG_V | PG_PS | X86_PG_G |
942                     X86_PG_M | X86_PG_A;
943         }
944         for (j = 0; i < ndmpdp; i++, j++) {
945                 pdp_p[i] = DMPDphys + ptoa(j);
946                 pdp_p[i] |= X86_PG_RW | X86_PG_V | PG_U;
947         }
948
949         /* And recursively map PML4 to itself in order to get PTmap */
950         p4_p = (pml4_entry_t *)KPML4phys;
951         p4_p[PML4PML4I] = KPML4phys;
952         p4_p[PML4PML4I] |= X86_PG_RW | X86_PG_V | PG_U;
953
954         /* Connect the Direct Map slot(s) up to the PML4. */
955         for (i = 0; i < ndmpdpphys; i++) {
956                 p4_p[DMPML4I + i] = DMPDPphys + ptoa(i);
957                 p4_p[DMPML4I + i] |= X86_PG_RW | X86_PG_V | PG_U;
958         }
959
960         /* Connect the KVA slots up to the PML4 */
961         for (i = 0; i < NKPML4E; i++) {
962                 p4_p[KPML4BASE + i] = KPDPphys + ptoa(i);
963                 p4_p[KPML4BASE + i] |= X86_PG_RW | X86_PG_V | PG_U;
964         }
965 }
966
967 /*
968  *      Bootstrap the system enough to run with virtual memory.
969  *
970  *      On amd64 this is called after mapping has already been enabled
971  *      and just syncs the pmap module with what has already been done.
972  *      [We can't call it easily with mapping off since the kernel is not
973  *      mapped with PA == VA, hence we would have to relocate every address
974  *      from the linked base (virtual) address "KERNBASE" to the actual
975  *      (physical) address starting relative to 0]
976  */
977 void
978 pmap_bootstrap(vm_paddr_t *firstaddr)
979 {
980         vm_offset_t va;
981         pt_entry_t *pte;
982         int i;
983
984         /*
985          * Create an initial set of page tables to run the kernel in.
986          */
987         create_pagetables(firstaddr);
988
989         /*
990          * Add a physical memory segment (vm_phys_seg) corresponding to the
991          * preallocated kernel page table pages so that vm_page structures
992          * representing these pages will be created.  The vm_page structures
993          * are required for promotion of the corresponding kernel virtual
994          * addresses to superpage mappings.
995          */
996         vm_phys_add_seg(KPTphys, KPTphys + ptoa(nkpt));
997
998         virtual_avail = (vm_offset_t) KERNBASE + *firstaddr;
999         virtual_avail = pmap_kmem_choose(virtual_avail);
1000
1001         virtual_end = VM_MAX_KERNEL_ADDRESS;
1002
1003
1004         /* XXX do %cr0 as well */
1005         load_cr4(rcr4() | CR4_PGE);
1006         load_cr3(KPML4phys);
1007         if (cpu_stdext_feature & CPUID_STDEXT_SMEP)
1008                 load_cr4(rcr4() | CR4_SMEP);
1009
1010         /*
1011          * Initialize the kernel pmap (which is statically allocated).
1012          */
1013         PMAP_LOCK_INIT(kernel_pmap);
1014         kernel_pmap->pm_pml4 = (pdp_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(KPML4phys);
1015         kernel_pmap->pm_cr3 = KPML4phys;
1016         CPU_FILL(&kernel_pmap->pm_active);      /* don't allow deactivation */
1017         TAILQ_INIT(&kernel_pmap->pm_pvchunk);
1018         kernel_pmap->pm_flags = pmap_flags;
1019
1020         /*
1021          * Initialize the TLB invalidations generation number lock.
1022          */
1023         mtx_init(&invl_gen_mtx, "invlgn", NULL, MTX_DEF);
1024
1025         /*
1026          * Reserve some special page table entries/VA space for temporary
1027          * mapping of pages.
1028          */
1029 #define SYSMAP(c, p, v, n)      \
1030         v = (c)va; va += ((n)*PAGE_SIZE); p = pte; pte += (n);
1031
1032         va = virtual_avail;
1033         pte = vtopte(va);
1034
1035         /*
1036          * Crashdump maps.  The first page is reused as CMAP1 for the
1037          * memory test.
1038          */
1039         SYSMAP(caddr_t, CMAP1, crashdumpmap, MAXDUMPPGS)
1040         CADDR1 = crashdumpmap;
1041
1042         virtual_avail = va;
1043
1044         /*
1045          * Initialize the PAT MSR.
1046          * pmap_init_pat() clears and sets CR4_PGE, which, as a
1047          * side-effect, invalidates stale PG_G TLB entries that might
1048          * have been created in our pre-boot environment.
1049          */
1050         pmap_init_pat();
1051
1052         /* Initialize TLB Context Id. */
1053         TUNABLE_INT_FETCH("vm.pmap.pcid_enabled", &pmap_pcid_enabled);
1054         if ((cpu_feature2 & CPUID2_PCID) != 0 && pmap_pcid_enabled) {
1055                 /* Check for INVPCID support */
1056                 invpcid_works = (cpu_stdext_feature & CPUID_STDEXT_INVPCID)
1057                     != 0;
1058                 for (i = 0; i < MAXCPU; i++) {
1059                         kernel_pmap->pm_pcids[i].pm_pcid = PMAP_PCID_KERN;
1060                         kernel_pmap->pm_pcids[i].pm_gen = 1;
1061                 }
1062                 __pcpu[0].pc_pcid_next = PMAP_PCID_KERN + 1;
1063                 __pcpu[0].pc_pcid_gen = 1;
1064                 /*
1065                  * pcpu area for APs is zeroed during AP startup.
1066                  * pc_pcid_next and pc_pcid_gen are initialized by AP
1067                  * during pcpu setup.
1068                  */
1069                 load_cr4(rcr4() | CR4_PCIDE);
1070         } else {
1071                 pmap_pcid_enabled = 0;
1072         }
1073 }
1074
1075 /*
1076  * Setup the PAT MSR.
1077  */
1078 void
1079 pmap_init_pat(void)
1080 {
1081         int pat_table[PAT_INDEX_SIZE];
1082         uint64_t pat_msr;
1083         u_long cr0, cr4;
1084         int i;
1085
1086         /* Bail if this CPU doesn't implement PAT. */
1087         if ((cpu_feature & CPUID_PAT) == 0)
1088                 panic("no PAT??");
1089
1090         /* Set default PAT index table. */
1091         for (i = 0; i < PAT_INDEX_SIZE; i++)
1092                 pat_table[i] = -1;
1093         pat_table[PAT_WRITE_BACK] = 0;
1094         pat_table[PAT_WRITE_THROUGH] = 1;
1095         pat_table[PAT_UNCACHEABLE] = 3;
1096         pat_table[PAT_WRITE_COMBINING] = 3;
1097         pat_table[PAT_WRITE_PROTECTED] = 3;
1098         pat_table[PAT_UNCACHED] = 3;
1099
1100         /* Initialize default PAT entries. */
1101         pat_msr = PAT_VALUE(0, PAT_WRITE_BACK) |
1102             PAT_VALUE(1, PAT_WRITE_THROUGH) |
1103             PAT_VALUE(2, PAT_UNCACHED) |
1104             PAT_VALUE(3, PAT_UNCACHEABLE) |
1105             PAT_VALUE(4, PAT_WRITE_BACK) |
1106             PAT_VALUE(5, PAT_WRITE_THROUGH) |
1107             PAT_VALUE(6, PAT_UNCACHED) |
1108             PAT_VALUE(7, PAT_UNCACHEABLE);
1109
1110         if (pat_works) {
1111                 /*
1112                  * Leave the indices 0-3 at the default of WB, WT, UC-, and UC.
1113                  * Program 5 and 6 as WP and WC.
1114                  * Leave 4 and 7 as WB and UC.
1115                  */
1116                 pat_msr &= ~(PAT_MASK(5) | PAT_MASK(6));
1117                 pat_msr |= PAT_VALUE(5, PAT_WRITE_PROTECTED) |
1118                     PAT_VALUE(6, PAT_WRITE_COMBINING);
1119                 pat_table[PAT_UNCACHED] = 2;
1120                 pat_table[PAT_WRITE_PROTECTED] = 5;
1121                 pat_table[PAT_WRITE_COMBINING] = 6;
1122         } else {
1123                 /*
1124                  * Just replace PAT Index 2 with WC instead of UC-.
1125                  */
1126                 pat_msr &= ~PAT_MASK(2);
1127                 pat_msr |= PAT_VALUE(2, PAT_WRITE_COMBINING);
1128                 pat_table[PAT_WRITE_COMBINING] = 2;
1129         }
1130
1131         /* Disable PGE. */
1132         cr4 = rcr4();
1133         load_cr4(cr4 & ~CR4_PGE);
1134
1135         /* Disable caches (CD = 1, NW = 0). */
1136         cr0 = rcr0();
1137         load_cr0((cr0 & ~CR0_NW) | CR0_CD);
1138
1139         /* Flushes caches and TLBs. */
1140         wbinvd();
1141         invltlb();
1142
1143         /* Update PAT and index table. */
1144         wrmsr(MSR_PAT, pat_msr);
1145         for (i = 0; i < PAT_INDEX_SIZE; i++)
1146                 pat_index[i] = pat_table[i];
1147
1148         /* Flush caches and TLBs again. */
1149         wbinvd();
1150         invltlb();
1151
1152         /* Restore caches and PGE. */
1153         load_cr0(cr0);
1154         load_cr4(cr4);
1155 }
1156
1157 /*
1158  *      Initialize a vm_page's machine-dependent fields.
1159  */
1160 void
1161 pmap_page_init(vm_page_t m)
1162 {
1163
1164         TAILQ_INIT(&m->md.pv_list);
1165         m->md.pat_mode = PAT_WRITE_BACK;
1166 }
1167
1168 /*
1169  *      Initialize the pmap module.
1170  *      Called by vm_init, to initialize any structures that the pmap
1171  *      system needs to map virtual memory.
1172  */
1173 void
1174 pmap_init(void)
1175 {
1176         struct pmap_preinit_mapping *ppim;
1177         vm_page_t mpte;
1178         vm_size_t s;
1179         int error, i, pv_npg;
1180
1181         /*
1182          * Initialize the vm page array entries for the kernel pmap's
1183          * page table pages.
1184          */ 
1185         for (i = 0; i < nkpt; i++) {
1186                 mpte = PHYS_TO_VM_PAGE(KPTphys + (i << PAGE_SHIFT));
1187                 KASSERT(mpte >= vm_page_array &&
1188                     mpte < &vm_page_array[vm_page_array_size],
1189                     ("pmap_init: page table page is out of range"));
1190                 mpte->pindex = pmap_pde_pindex(KERNBASE) + i;
1191                 mpte->phys_addr = KPTphys + (i << PAGE_SHIFT);
1192         }
1193
1194         /*
1195          * If the kernel is running on a virtual machine, then it must assume
1196          * that MCA is enabled by the hypervisor.  Moreover, the kernel must
1197          * be prepared for the hypervisor changing the vendor and family that
1198          * are reported by CPUID.  Consequently, the workaround for AMD Family
1199          * 10h Erratum 383 is enabled if the processor's feature set does not
1200          * include at least one feature that is only supported by older Intel
1201          * or newer AMD processors.
1202          */
1203         if (vm_guest != VM_GUEST_NO && (cpu_feature & CPUID_SS) == 0 &&
1204             (cpu_feature2 & (CPUID2_SSSE3 | CPUID2_SSE41 | CPUID2_AESNI |
1205             CPUID2_AVX | CPUID2_XSAVE)) == 0 && (amd_feature2 & (AMDID2_XOP |
1206             AMDID2_FMA4)) == 0)
1207                 workaround_erratum383 = 1;
1208
1209         /*
1210          * Are large page mappings enabled?
1211          */
1212         TUNABLE_INT_FETCH("vm.pmap.pg_ps_enabled", &pg_ps_enabled);
1213         if (pg_ps_enabled) {
1214                 KASSERT(MAXPAGESIZES > 1 && pagesizes[1] == 0,
1215                     ("pmap_init: can't assign to pagesizes[1]"));
1216                 pagesizes[1] = NBPDR;
1217         }
1218
1219         /*
1220          * Initialize the pv chunk list mutex.
1221          */
1222         mtx_init(&pv_chunks_mutex, "pmap pv chunk list", NULL, MTX_DEF);
1223
1224         /*
1225          * Initialize the pool of pv list locks.
1226          */
1227         for (i = 0; i < NPV_LIST_LOCKS; i++)
1228                 rw_init(&pv_list_locks[i], "pmap pv list");
1229
1230         /*
1231          * Calculate the size of the pv head table for superpages.
1232          */
1233         pv_npg = howmany(vm_phys_segs[vm_phys_nsegs - 1].end, NBPDR);
1234
1235         /*
1236          * Allocate memory for the pv head table for superpages.
1237          */
1238         s = (vm_size_t)(pv_npg * sizeof(struct md_page));
1239         s = round_page(s);
1240         pv_table = (struct md_page *)kmem_malloc(kernel_arena, s,
1241             M_WAITOK | M_ZERO);
1242         for (i = 0; i < pv_npg; i++)
1243                 TAILQ_INIT(&pv_table[i].pv_list);
1244         TAILQ_INIT(&pv_dummy.pv_list);
1245
1246         pmap_initialized = 1;
1247         for (i = 0; i < PMAP_PREINIT_MAPPING_COUNT; i++) {
1248                 ppim = pmap_preinit_mapping + i;
1249                 if (ppim->va == 0)
1250                         continue;
1251                 /* Make the direct map consistent */
1252                 if (ppim->pa < dmaplimit && ppim->pa + ppim->sz < dmaplimit) {
1253                         (void)pmap_change_attr(PHYS_TO_DMAP(ppim->pa),
1254                             ppim->sz, ppim->mode);
1255                 }
1256                 if (!bootverbose)
1257                         continue;
1258                 printf("PPIM %u: PA=%#lx, VA=%#lx, size=%#lx, mode=%#x\n", i,
1259                     ppim->pa, ppim->va, ppim->sz, ppim->mode);
1260         }
1261
1262         mtx_init(&qframe_mtx, "qfrmlk", NULL, MTX_SPIN);
1263         error = vmem_alloc(kernel_arena, PAGE_SIZE, M_BESTFIT | M_WAITOK,
1264             (vmem_addr_t *)&qframe);
1265         if (error != 0)
1266                 panic("qframe allocation failed");
1267 }
1268
1269 static SYSCTL_NODE(_vm_pmap, OID_AUTO, pde, CTLFLAG_RD, 0,
1270     "2MB page mapping counters");
1271
1272 static u_long pmap_pde_demotions;
1273 SYSCTL_ULONG(_vm_pmap_pde, OID_AUTO, demotions, CTLFLAG_RD,
1274     &pmap_pde_demotions, 0, "2MB page demotions");
1275
1276 static u_long pmap_pde_mappings;
1277 SYSCTL_ULONG(_vm_pmap_pde, OID_AUTO, mappings, CTLFLAG_RD,
1278     &pmap_pde_mappings, 0, "2MB page mappings");
1279
1280 static u_long pmap_pde_p_failures;
1281 SYSCTL_ULONG(_vm_pmap_pde, OID_AUTO, p_failures, CTLFLAG_RD,
1282     &pmap_pde_p_failures, 0, "2MB page promotion failures");
1283
1284 static u_long pmap_pde_promotions;
1285 SYSCTL_ULONG(_vm_pmap_pde, OID_AUTO, promotions, CTLFLAG_RD,
1286     &pmap_pde_promotions, 0, "2MB page promotions");
1287
1288 static SYSCTL_NODE(_vm_pmap, OID_AUTO, pdpe, CTLFLAG_RD, 0,
1289     "1GB page mapping counters");
1290
1291 static u_long pmap_pdpe_demotions;
1292 SYSCTL_ULONG(_vm_pmap_pdpe, OID_AUTO, demotions, CTLFLAG_RD,
1293     &pmap_pdpe_demotions, 0, "1GB page demotions");
1294
1295 /***************************************************
1296  * Low level helper routines.....
1297  ***************************************************/
1298
1299 static pt_entry_t
1300 pmap_swap_pat(pmap_t pmap, pt_entry_t entry)
1301 {
1302         int x86_pat_bits = X86_PG_PTE_PAT | X86_PG_PDE_PAT;
1303
1304         switch (pmap->pm_type) {
1305         case PT_X86:
1306         case PT_RVI:
1307                 /* Verify that both PAT bits are not set at the same time */
1308                 KASSERT((entry & x86_pat_bits) != x86_pat_bits,
1309                     ("Invalid PAT bits in entry %#lx", entry));
1310
1311                 /* Swap the PAT bits if one of them is set */
1312                 if ((entry & x86_pat_bits) != 0)
1313                         entry ^= x86_pat_bits;
1314                 break;
1315         case PT_EPT:
1316                 /*
1317                  * Nothing to do - the memory attributes are represented
1318                  * the same way for regular pages and superpages.
1319                  */
1320                 break;
1321         default:
1322                 panic("pmap_switch_pat_bits: bad pm_type %d", pmap->pm_type);
1323         }
1324
1325         return (entry);
1326 }
1327
1328 /*
1329  * Determine the appropriate bits to set in a PTE or PDE for a specified
1330  * caching mode.
1331  */
1332 int
1333 pmap_cache_bits(pmap_t pmap, int mode, boolean_t is_pde)
1334 {
1335         int cache_bits, pat_flag, pat_idx;
1336
1337         if (mode < 0 || mode >= PAT_INDEX_SIZE || pat_index[mode] < 0)
1338                 panic("Unknown caching mode %d\n", mode);
1339
1340         switch (pmap->pm_type) {
1341         case PT_X86:
1342         case PT_RVI:
1343                 /* The PAT bit is different for PTE's and PDE's. */
1344                 pat_flag = is_pde ? X86_PG_PDE_PAT : X86_PG_PTE_PAT;
1345
1346                 /* Map the caching mode to a PAT index. */
1347                 pat_idx = pat_index[mode];
1348
1349                 /* Map the 3-bit index value into the PAT, PCD, and PWT bits. */
1350                 cache_bits = 0;
1351                 if (pat_idx & 0x4)
1352                         cache_bits |= pat_flag;
1353                 if (pat_idx & 0x2)
1354                         cache_bits |= PG_NC_PCD;
1355                 if (pat_idx & 0x1)
1356                         cache_bits |= PG_NC_PWT;
1357                 break;
1358
1359         case PT_EPT:
1360                 cache_bits = EPT_PG_IGNORE_PAT | EPT_PG_MEMORY_TYPE(mode);
1361                 break;
1362
1363         default:
1364                 panic("unsupported pmap type %d", pmap->pm_type);
1365         }
1366
1367         return (cache_bits);
1368 }
1369
1370 static int
1371 pmap_cache_mask(pmap_t pmap, boolean_t is_pde)
1372 {
1373         int mask;
1374
1375         switch (pmap->pm_type) {
1376         case PT_X86:
1377         case PT_RVI:
1378                 mask = is_pde ? X86_PG_PDE_CACHE : X86_PG_PTE_CACHE;
1379                 break;
1380         case PT_EPT:
1381                 mask = EPT_PG_IGNORE_PAT | EPT_PG_MEMORY_TYPE(0x7);
1382                 break;
1383         default:
1384                 panic("pmap_cache_mask: invalid pm_type %d", pmap->pm_type);
1385         }
1386
1387         return (mask);
1388 }
1389
1390 static __inline boolean_t
1391 pmap_ps_enabled(pmap_t pmap)
1392 {
1393
1394         return (pg_ps_enabled && (pmap->pm_flags & PMAP_PDE_SUPERPAGE) != 0);
1395 }
1396
1397 static void
1398 pmap_update_pde_store(pmap_t pmap, pd_entry_t *pde, pd_entry_t newpde)
1399 {
1400
1401         switch (pmap->pm_type) {
1402         case PT_X86:
1403                 break;
1404         case PT_RVI:
1405         case PT_EPT:
1406                 /*
1407                  * XXX
1408                  * This is a little bogus since the generation number is
1409                  * supposed to be bumped up when a region of the address
1410                  * space is invalidated in the page tables.
1411                  *
1412                  * In this case the old PDE entry is valid but yet we want
1413                  * to make sure that any mappings using the old entry are
1414                  * invalidated in the TLB.
1415                  *
1416                  * The reason this works as expected is because we rendezvous
1417                  * "all" host cpus and force any vcpu context to exit as a
1418                  * side-effect.
1419                  */
1420                 atomic_add_acq_long(&pmap->pm_eptgen, 1);
1421                 break;
1422         default:
1423                 panic("pmap_update_pde_store: bad pm_type %d", pmap->pm_type);
1424         }
1425         pde_store(pde, newpde);
1426 }
1427
1428 /*
1429  * After changing the page size for the specified virtual address in the page
1430  * table, flush the corresponding entries from the processor's TLB.  Only the
1431  * calling processor's TLB is affected.
1432  *
1433  * The calling thread must be pinned to a processor.
1434  */
1435 static void
1436 pmap_update_pde_invalidate(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t newpde)
1437 {
1438         pt_entry_t PG_G;
1439
1440         if (pmap_type_guest(pmap))
1441                 return;
1442
1443         KASSERT(pmap->pm_type == PT_X86,
1444             ("pmap_update_pde_invalidate: invalid type %d", pmap->pm_type));
1445
1446         PG_G = pmap_global_bit(pmap);
1447
1448         if ((newpde & PG_PS) == 0)
1449                 /* Demotion: flush a specific 2MB page mapping. */
1450                 invlpg(va);
1451         else if ((newpde & PG_G) == 0)
1452                 /*
1453                  * Promotion: flush every 4KB page mapping from the TLB
1454                  * because there are too many to flush individually.
1455                  */
1456                 invltlb();
1457         else {
1458                 /*
1459                  * Promotion: flush every 4KB page mapping from the TLB,
1460                  * including any global (PG_G) mappings.
1461                  */
1462                 invltlb_glob();
1463         }
1464 }
1465 #ifdef SMP
1466
1467 /*
1468  * For SMP, these functions have to use the IPI mechanism for coherence.
1469  *
1470  * N.B.: Before calling any of the following TLB invalidation functions,
1471  * the calling processor must ensure that all stores updating a non-
1472  * kernel page table are globally performed.  Otherwise, another
1473  * processor could cache an old, pre-update entry without being
1474  * invalidated.  This can happen one of two ways: (1) The pmap becomes
1475  * active on another processor after its pm_active field is checked by
1476  * one of the following functions but before a store updating the page
1477  * table is globally performed. (2) The pmap becomes active on another
1478  * processor before its pm_active field is checked but due to
1479  * speculative loads one of the following functions stills reads the
1480  * pmap as inactive on the other processor.
1481  * 
1482  * The kernel page table is exempt because its pm_active field is
1483  * immutable.  The kernel page table is always active on every
1484  * processor.
1485  */
1486
1487 /*
1488  * Interrupt the cpus that are executing in the guest context.
1489  * This will force the vcpu to exit and the cached EPT mappings
1490  * will be invalidated by the host before the next vmresume.
1491  */
1492 static __inline void
1493 pmap_invalidate_ept(pmap_t pmap)
1494 {
1495         int ipinum;
1496
1497         sched_pin();
1498         KASSERT(!CPU_ISSET(curcpu, &pmap->pm_active),
1499             ("pmap_invalidate_ept: absurd pm_active"));
1500
1501         /*
1502          * The TLB mappings associated with a vcpu context are not
1503          * flushed each time a different vcpu is chosen to execute.
1504          *
1505          * This is in contrast with a process's vtop mappings that
1506          * are flushed from the TLB on each context switch.
1507          *
1508          * Therefore we need to do more than just a TLB shootdown on
1509          * the active cpus in 'pmap->pm_active'. To do this we keep
1510          * track of the number of invalidations performed on this pmap.
1511          *
1512          * Each vcpu keeps a cache of this counter and compares it
1513          * just before a vmresume. If the counter is out-of-date an
1514          * invept will be done to flush stale mappings from the TLB.
1515          */
1516         atomic_add_acq_long(&pmap->pm_eptgen, 1);
1517
1518         /*
1519          * Force the vcpu to exit and trap back into the hypervisor.
1520          */
1521         ipinum = pmap->pm_flags & PMAP_NESTED_IPIMASK;
1522         ipi_selected(pmap->pm_active, ipinum);
1523         sched_unpin();
1524 }
1525
1526 void
1527 pmap_invalidate_page(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
1528 {
1529         cpuset_t *mask;
1530         u_int cpuid, i;
1531
1532         if (pmap_type_guest(pmap)) {
1533                 pmap_invalidate_ept(pmap);
1534                 return;
1535         }
1536
1537         KASSERT(pmap->pm_type == PT_X86,
1538             ("pmap_invalidate_page: invalid type %d", pmap->pm_type));
1539
1540         sched_pin();
1541         if (pmap == kernel_pmap) {
1542                 invlpg(va);
1543                 mask = &all_cpus;
1544         } else {
1545                 cpuid = PCPU_GET(cpuid);
1546                 if (pmap == PCPU_GET(curpmap))
1547                         invlpg(va);
1548                 else if (pmap_pcid_enabled)
1549                         pmap->pm_pcids[cpuid].pm_gen = 0;
1550                 if (pmap_pcid_enabled) {
1551                         CPU_FOREACH(i) {
1552                                 if (cpuid != i)
1553                                         pmap->pm_pcids[i].pm_gen = 0;
1554                         }
1555                 }
1556                 mask = &pmap->pm_active;
1557         }
1558         smp_masked_invlpg(*mask, va);
1559         sched_unpin();
1560 }
1561
1562 /* 4k PTEs -- Chosen to exceed the total size of Broadwell L2 TLB */
1563 #define PMAP_INVLPG_THRESHOLD   (4 * 1024 * PAGE_SIZE)
1564
1565 void
1566 pmap_invalidate_range(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
1567 {
1568         cpuset_t *mask;
1569         vm_offset_t addr;
1570         u_int cpuid, i;
1571
1572         if (eva - sva >= PMAP_INVLPG_THRESHOLD) {
1573                 pmap_invalidate_all(pmap);
1574                 return;
1575         }
1576
1577         if (pmap_type_guest(pmap)) {
1578                 pmap_invalidate_ept(pmap);
1579                 return;
1580         }
1581
1582         KASSERT(pmap->pm_type == PT_X86,
1583             ("pmap_invalidate_range: invalid type %d", pmap->pm_type));
1584
1585         sched_pin();
1586         cpuid = PCPU_GET(cpuid);
1587         if (pmap == kernel_pmap) {
1588                 for (addr = sva; addr < eva; addr += PAGE_SIZE)
1589                         invlpg(addr);
1590                 mask = &all_cpus;
1591         } else {
1592                 if (pmap == PCPU_GET(curpmap)) {
1593                         for (addr = sva; addr < eva; addr += PAGE_SIZE)
1594                                 invlpg(addr);
1595                 } else if (pmap_pcid_enabled) {
1596                         pmap->pm_pcids[cpuid].pm_gen = 0;
1597                 }
1598                 if (pmap_pcid_enabled) {
1599                         CPU_FOREACH(i) {
1600                                 if (cpuid != i)
1601                                         pmap->pm_pcids[i].pm_gen = 0;
1602                         }
1603                 }
1604                 mask = &pmap->pm_active;
1605         }
1606         smp_masked_invlpg_range(*mask, sva, eva);
1607         sched_unpin();
1608 }
1609
1610 void
1611 pmap_invalidate_all(pmap_t pmap)
1612 {
1613         cpuset_t *mask;
1614         struct invpcid_descr d;
1615         u_int cpuid, i;
1616
1617         if (pmap_type_guest(pmap)) {
1618                 pmap_invalidate_ept(pmap);
1619                 return;
1620         }
1621
1622         KASSERT(pmap->pm_type == PT_X86,
1623             ("pmap_invalidate_all: invalid type %d", pmap->pm_type));
1624
1625         sched_pin();
1626         if (pmap == kernel_pmap) {
1627                 if (pmap_pcid_enabled && invpcid_works) {
1628                         bzero(&d, sizeof(d));
1629                         invpcid(&d, INVPCID_CTXGLOB);
1630                 } else {
1631                         invltlb_glob();
1632                 }
1633                 mask = &all_cpus;
1634         } else {
1635                 cpuid = PCPU_GET(cpuid);
1636                 if (pmap == PCPU_GET(curpmap)) {
1637                         if (pmap_pcid_enabled) {
1638                                 if (invpcid_works) {
1639                                         d.pcid = pmap->pm_pcids[cpuid].pm_pcid;
1640                                         d.pad = 0;
1641                                         d.addr = 0;
1642                                         invpcid(&d, INVPCID_CTX);
1643                                 } else {
1644                                         load_cr3(pmap->pm_cr3 | pmap->pm_pcids
1645                                             [PCPU_GET(cpuid)].pm_pcid);
1646                                 }
1647                         } else {
1648                                 invltlb();
1649                         }
1650                 } else if (pmap_pcid_enabled) {
1651                         pmap->pm_pcids[cpuid].pm_gen = 0;
1652                 }
1653                 if (pmap_pcid_enabled) {
1654                         CPU_FOREACH(i) {
1655                                 if (cpuid != i)
1656                                         pmap->pm_pcids[i].pm_gen = 0;
1657                         }
1658                 }
1659                 mask = &pmap->pm_active;
1660         }
1661         smp_masked_invltlb(*mask, pmap);
1662         sched_unpin();
1663 }
1664
1665 void
1666 pmap_invalidate_cache(void)
1667 {
1668
1669         sched_pin();
1670         wbinvd();
1671         smp_cache_flush();
1672         sched_unpin();
1673 }
1674
1675 struct pde_action {
1676         cpuset_t invalidate;    /* processors that invalidate their TLB */
1677         pmap_t pmap;
1678         vm_offset_t va;
1679         pd_entry_t *pde;
1680         pd_entry_t newpde;
1681         u_int store;            /* processor that updates the PDE */
1682 };
1683
1684 static void
1685 pmap_update_pde_action(void *arg)
1686 {
1687         struct pde_action *act = arg;
1688
1689         if (act->store == PCPU_GET(cpuid))
1690                 pmap_update_pde_store(act->pmap, act->pde, act->newpde);
1691 }
1692
1693 static void
1694 pmap_update_pde_teardown(void *arg)
1695 {
1696         struct pde_action *act = arg;
1697
1698         if (CPU_ISSET(PCPU_GET(cpuid), &act->invalidate))
1699                 pmap_update_pde_invalidate(act->pmap, act->va, act->newpde);
1700 }
1701
1702 /*
1703  * Change the page size for the specified virtual address in a way that
1704  * prevents any possibility of the TLB ever having two entries that map the
1705  * same virtual address using different page sizes.  This is the recommended
1706  * workaround for Erratum 383 on AMD Family 10h processors.  It prevents a
1707  * machine check exception for a TLB state that is improperly diagnosed as a
1708  * hardware error.
1709  */
1710 static void
1711 pmap_update_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t *pde, pd_entry_t newpde)
1712 {
1713         struct pde_action act;
1714         cpuset_t active, other_cpus;
1715         u_int cpuid;
1716
1717         sched_pin();
1718         cpuid = PCPU_GET(cpuid);
1719         other_cpus = all_cpus;
1720         CPU_CLR(cpuid, &other_cpus);
1721         if (pmap == kernel_pmap || pmap_type_guest(pmap)) 
1722                 active = all_cpus;
1723         else {
1724                 active = pmap->pm_active;
1725         }
1726         if (CPU_OVERLAP(&active, &other_cpus)) { 
1727                 act.store = cpuid;
1728                 act.invalidate = active;
1729                 act.va = va;
1730                 act.pmap = pmap;
1731                 act.pde = pde;
1732                 act.newpde = newpde;
1733                 CPU_SET(cpuid, &active);
1734                 smp_rendezvous_cpus(active,
1735                     smp_no_rendevous_barrier, pmap_update_pde_action,
1736                     pmap_update_pde_teardown, &act);
1737         } else {
1738                 pmap_update_pde_store(pmap, pde, newpde);
1739                 if (CPU_ISSET(cpuid, &active))
1740                         pmap_update_pde_invalidate(pmap, va, newpde);
1741         }
1742         sched_unpin();
1743 }
1744 #else /* !SMP */
1745 /*
1746  * Normal, non-SMP, invalidation functions.
1747  */
1748 void
1749 pmap_invalidate_page(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
1750 {
1751
1752         if (pmap->pm_type == PT_RVI || pmap->pm_type == PT_EPT) {
1753                 pmap->pm_eptgen++;
1754                 return;
1755         }
1756         KASSERT(pmap->pm_type == PT_X86,
1757             ("pmap_invalidate_range: unknown type %d", pmap->pm_type));
1758
1759         if (pmap == kernel_pmap || pmap == PCPU_GET(curpmap))
1760                 invlpg(va);
1761         else if (pmap_pcid_enabled)
1762                 pmap->pm_pcids[0].pm_gen = 0;
1763 }
1764
1765 void
1766 pmap_invalidate_range(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
1767 {
1768         vm_offset_t addr;
1769
1770         if (pmap->pm_type == PT_RVI || pmap->pm_type == PT_EPT) {
1771                 pmap->pm_eptgen++;
1772                 return;
1773         }
1774         KASSERT(pmap->pm_type == PT_X86,
1775             ("pmap_invalidate_range: unknown type %d", pmap->pm_type));
1776
1777         if (pmap == kernel_pmap || pmap == PCPU_GET(curpmap)) {
1778                 for (addr = sva; addr < eva; addr += PAGE_SIZE)
1779                         invlpg(addr);
1780         } else if (pmap_pcid_enabled) {
1781                 pmap->pm_pcids[0].pm_gen = 0;
1782         }
1783 }
1784
1785 void
1786 pmap_invalidate_all(pmap_t pmap)
1787 {
1788         struct invpcid_descr d;
1789
1790         if (pmap->pm_type == PT_RVI || pmap->pm_type == PT_EPT) {
1791                 pmap->pm_eptgen++;
1792                 return;
1793         }
1794         KASSERT(pmap->pm_type == PT_X86,
1795             ("pmap_invalidate_all: unknown type %d", pmap->pm_type));
1796
1797         if (pmap == kernel_pmap) {
1798                 if (pmap_pcid_enabled && invpcid_works) {
1799                         bzero(&d, sizeof(d));
1800                         invpcid(&d, INVPCID_CTXGLOB);
1801                 } else {
1802                         invltlb_glob();
1803                 }
1804         } else if (pmap == PCPU_GET(curpmap)) {
1805                 if (pmap_pcid_enabled) {
1806                         if (invpcid_works) {
1807                                 d.pcid = pmap->pm_pcids[0].pm_pcid;
1808                                 d.pad = 0;
1809                                 d.addr = 0;
1810                                 invpcid(&d, INVPCID_CTX);
1811                         } else {
1812                                 load_cr3(pmap->pm_cr3 | pmap->pm_pcids[0].
1813                                     pm_pcid);
1814                         }
1815                 } else {
1816                         invltlb();
1817                 }
1818         } else if (pmap_pcid_enabled) {
1819                 pmap->pm_pcids[0].pm_gen = 0;
1820         }
1821 }
1822
1823 PMAP_INLINE void
1824 pmap_invalidate_cache(void)
1825 {
1826
1827         wbinvd();
1828 }
1829
1830 static void
1831 pmap_update_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t *pde, pd_entry_t newpde)
1832 {
1833
1834         pmap_update_pde_store(pmap, pde, newpde);
1835         if (pmap == kernel_pmap || pmap == PCPU_GET(curpmap))
1836                 pmap_update_pde_invalidate(pmap, va, newpde);
1837         else
1838                 pmap->pm_pcids[0].pm_gen = 0;
1839 }
1840 #endif /* !SMP */
1841
1842 #define PMAP_CLFLUSH_THRESHOLD   (2 * 1024 * 1024)
1843
1844 void
1845 pmap_invalidate_cache_range(vm_offset_t sva, vm_offset_t eva, boolean_t force)
1846 {
1847
1848         if (force) {
1849                 sva &= ~(vm_offset_t)cpu_clflush_line_size;
1850         } else {
1851                 KASSERT((sva & PAGE_MASK) == 0,
1852                     ("pmap_invalidate_cache_range: sva not page-aligned"));
1853                 KASSERT((eva & PAGE_MASK) == 0,
1854                     ("pmap_invalidate_cache_range: eva not page-aligned"));
1855         }
1856
1857         if ((cpu_feature & CPUID_SS) != 0 && !force)
1858                 ; /* If "Self Snoop" is supported and allowed, do nothing. */
1859         else if ((cpu_stdext_feature & CPUID_STDEXT_CLFLUSHOPT) != 0 &&
1860             eva - sva < PMAP_CLFLUSH_THRESHOLD) {
1861                 /*
1862                  * XXX: Some CPUs fault, hang, or trash the local APIC
1863                  * registers if we use CLFLUSH on the local APIC
1864                  * range.  The local APIC is always uncached, so we
1865                  * don't need to flush for that range anyway.
1866                  */
1867                 if (pmap_kextract(sva) == lapic_paddr)
1868                         return;
1869
1870                 /*
1871                  * Otherwise, do per-cache line flush.  Use the sfence
1872                  * instruction to insure that previous stores are
1873                  * included in the write-back.  The processor
1874                  * propagates flush to other processors in the cache
1875                  * coherence domain.
1876                  */
1877                 sfence();
1878                 for (; sva < eva; sva += cpu_clflush_line_size)
1879                         clflushopt(sva);
1880                 sfence();
1881         } else if ((cpu_feature & CPUID_CLFSH) != 0 &&
1882             eva - sva < PMAP_CLFLUSH_THRESHOLD) {
1883                 if (pmap_kextract(sva) == lapic_paddr)
1884                         return;
1885                 /*
1886                  * Writes are ordered by CLFLUSH on Intel CPUs.
1887                  */
1888                 if (cpu_vendor_id != CPU_VENDOR_INTEL)
1889                         mfence();
1890                 for (; sva < eva; sva += cpu_clflush_line_size)
1891                         clflush(sva);
1892                 if (cpu_vendor_id != CPU_VENDOR_INTEL)
1893                         mfence();
1894         } else {
1895
1896                 /*
1897                  * No targeted cache flush methods are supported by CPU,
1898                  * or the supplied range is bigger than 2MB.
1899                  * Globally invalidate cache.
1900                  */
1901                 pmap_invalidate_cache();
1902         }
1903 }
1904
1905 /*
1906  * Remove the specified set of pages from the data and instruction caches.
1907  *
1908  * In contrast to pmap_invalidate_cache_range(), this function does not
1909  * rely on the CPU's self-snoop feature, because it is intended for use
1910  * when moving pages into a different cache domain.
1911  */
1912 void
1913 pmap_invalidate_cache_pages(vm_page_t *pages, int count)
1914 {
1915         vm_offset_t daddr, eva;
1916         int i;
1917         bool useclflushopt;
1918
1919         useclflushopt = (cpu_stdext_feature & CPUID_STDEXT_CLFLUSHOPT) != 0;
1920         if (count >= PMAP_CLFLUSH_THRESHOLD / PAGE_SIZE ||
1921             ((cpu_feature & CPUID_CLFSH) == 0 && !useclflushopt))
1922                 pmap_invalidate_cache();
1923         else {
1924                 if (useclflushopt)
1925                         sfence();
1926                 else if (cpu_vendor_id != CPU_VENDOR_INTEL)
1927                         mfence();
1928                 for (i = 0; i < count; i++) {
1929                         daddr = PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(pages[i]));
1930                         eva = daddr + PAGE_SIZE;
1931                         for (; daddr < eva; daddr += cpu_clflush_line_size) {
1932                                 if (useclflushopt)
1933                                         clflushopt(daddr);
1934                                 else
1935                                         clflush(daddr);
1936                         }
1937                 }
1938                 if (useclflushopt)
1939                         sfence();
1940                 else if (cpu_vendor_id != CPU_VENDOR_INTEL)
1941                         mfence();
1942         }
1943 }
1944
1945 /*
1946  *      Routine:        pmap_extract
1947  *      Function:
1948  *              Extract the physical page address associated
1949  *              with the given map/virtual_address pair.
1950  */
1951 vm_paddr_t 
1952 pmap_extract(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
1953 {
1954         pdp_entry_t *pdpe;
1955         pd_entry_t *pde;
1956         pt_entry_t *pte, PG_V;
1957         vm_paddr_t pa;
1958
1959         pa = 0;
1960         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
1961         PMAP_LOCK(pmap);
1962         pdpe = pmap_pdpe(pmap, va);
1963         if (pdpe != NULL && (*pdpe & PG_V) != 0) {
1964                 if ((*pdpe & PG_PS) != 0)
1965                         pa = (*pdpe & PG_PS_FRAME) | (va & PDPMASK);
1966                 else {
1967                         pde = pmap_pdpe_to_pde(pdpe, va);
1968                         if ((*pde & PG_V) != 0) {
1969                                 if ((*pde & PG_PS) != 0) {
1970                                         pa = (*pde & PG_PS_FRAME) |
1971                                             (va & PDRMASK);
1972                                 } else {
1973                                         pte = pmap_pde_to_pte(pde, va);
1974                                         pa = (*pte & PG_FRAME) |
1975                                             (va & PAGE_MASK);
1976                                 }
1977                         }
1978                 }
1979         }
1980         PMAP_UNLOCK(pmap);
1981         return (pa);
1982 }
1983
1984 /*
1985  *      Routine:        pmap_extract_and_hold
1986  *      Function:
1987  *              Atomically extract and hold the physical page
1988  *              with the given pmap and virtual address pair
1989  *              if that mapping permits the given protection.
1990  */
1991 vm_page_t
1992 pmap_extract_and_hold(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_prot_t prot)
1993 {
1994         pd_entry_t pde, *pdep;
1995         pt_entry_t pte, PG_RW, PG_V;
1996         vm_paddr_t pa;
1997         vm_page_t m;
1998
1999         pa = 0;
2000         m = NULL;
2001         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
2002         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
2003         PMAP_LOCK(pmap);
2004 retry:
2005         pdep = pmap_pde(pmap, va);
2006         if (pdep != NULL && (pde = *pdep)) {
2007                 if (pde & PG_PS) {
2008                         if ((pde & PG_RW) || (prot & VM_PROT_WRITE) == 0) {
2009                                 if (vm_page_pa_tryrelock(pmap, (pde &
2010                                     PG_PS_FRAME) | (va & PDRMASK), &pa))
2011                                         goto retry;
2012                                 m = PHYS_TO_VM_PAGE((pde & PG_PS_FRAME) |
2013                                     (va & PDRMASK));
2014                                 vm_page_hold(m);
2015                         }
2016                 } else {
2017                         pte = *pmap_pde_to_pte(pdep, va);
2018                         if ((pte & PG_V) &&
2019                             ((pte & PG_RW) || (prot & VM_PROT_WRITE) == 0)) {
2020                                 if (vm_page_pa_tryrelock(pmap, pte & PG_FRAME,
2021                                     &pa))
2022                                         goto retry;
2023                                 m = PHYS_TO_VM_PAGE(pte & PG_FRAME);
2024                                 vm_page_hold(m);
2025                         }
2026                 }
2027         }
2028         PA_UNLOCK_COND(pa);
2029         PMAP_UNLOCK(pmap);
2030         return (m);
2031 }
2032
2033 vm_paddr_t
2034 pmap_kextract(vm_offset_t va)
2035 {
2036         pd_entry_t pde;
2037         vm_paddr_t pa;
2038
2039         if (va >= DMAP_MIN_ADDRESS && va < DMAP_MAX_ADDRESS) {
2040                 pa = DMAP_TO_PHYS(va);
2041         } else {
2042                 pde = *vtopde(va);
2043                 if (pde & PG_PS) {
2044                         pa = (pde & PG_PS_FRAME) | (va & PDRMASK);
2045                 } else {
2046                         /*
2047                          * Beware of a concurrent promotion that changes the
2048                          * PDE at this point!  For example, vtopte() must not
2049                          * be used to access the PTE because it would use the
2050                          * new PDE.  It is, however, safe to use the old PDE
2051                          * because the page table page is preserved by the
2052                          * promotion.
2053                          */
2054                         pa = *pmap_pde_to_pte(&pde, va);
2055                         pa = (pa & PG_FRAME) | (va & PAGE_MASK);
2056                 }
2057         }
2058         return (pa);
2059 }
2060
2061 /***************************************************
2062  * Low level mapping routines.....
2063  ***************************************************/
2064
2065 /*
2066  * Add a wired page to the kva.
2067  * Note: not SMP coherent.
2068  */
2069 PMAP_INLINE void 
2070 pmap_kenter(vm_offset_t va, vm_paddr_t pa)
2071 {
2072         pt_entry_t *pte;
2073
2074         pte = vtopte(va);
2075         pte_store(pte, pa | X86_PG_RW | X86_PG_V | X86_PG_G);
2076 }
2077
2078 static __inline void
2079 pmap_kenter_attr(vm_offset_t va, vm_paddr_t pa, int mode)
2080 {
2081         pt_entry_t *pte;
2082         int cache_bits;
2083
2084         pte = vtopte(va);
2085         cache_bits = pmap_cache_bits(kernel_pmap, mode, 0);
2086         pte_store(pte, pa | X86_PG_RW | X86_PG_V | X86_PG_G | cache_bits);
2087 }
2088
2089 /*
2090  * Remove a page from the kernel pagetables.
2091  * Note: not SMP coherent.
2092  */
2093 PMAP_INLINE void
2094 pmap_kremove(vm_offset_t va)
2095 {
2096         pt_entry_t *pte;
2097
2098         pte = vtopte(va);
2099         pte_clear(pte);
2100 }
2101
2102 /*
2103  *      Used to map a range of physical addresses into kernel
2104  *      virtual address space.
2105  *
2106  *      The value passed in '*virt' is a suggested virtual address for
2107  *      the mapping. Architectures which can support a direct-mapped
2108  *      physical to virtual region can return the appropriate address
2109  *      within that region, leaving '*virt' unchanged. Other
2110  *      architectures should map the pages starting at '*virt' and
2111  *      update '*virt' with the first usable address after the mapped
2112  *      region.
2113  */
2114 vm_offset_t
2115 pmap_map(vm_offset_t *virt, vm_paddr_t start, vm_paddr_t end, int prot)
2116 {
2117         return PHYS_TO_DMAP(start);
2118 }
2119
2120
2121 /*
2122  * Add a list of wired pages to the kva
2123  * this routine is only used for temporary
2124  * kernel mappings that do not need to have
2125  * page modification or references recorded.
2126  * Note that old mappings are simply written
2127  * over.  The page *must* be wired.
2128  * Note: SMP coherent.  Uses a ranged shootdown IPI.
2129  */
2130 void
2131 pmap_qenter(vm_offset_t sva, vm_page_t *ma, int count)
2132 {
2133         pt_entry_t *endpte, oldpte, pa, *pte;
2134         vm_page_t m;
2135         int cache_bits;
2136
2137         oldpte = 0;
2138         pte = vtopte(sva);
2139         endpte = pte + count;
2140         while (pte < endpte) {
2141                 m = *ma++;
2142                 cache_bits = pmap_cache_bits(kernel_pmap, m->md.pat_mode, 0);
2143                 pa = VM_PAGE_TO_PHYS(m) | cache_bits;
2144                 if ((*pte & (PG_FRAME | X86_PG_PTE_CACHE)) != pa) {
2145                         oldpte |= *pte;
2146                         pte_store(pte, pa | X86_PG_G | X86_PG_RW | X86_PG_V);
2147                 }
2148                 pte++;
2149         }
2150         if (__predict_false((oldpte & X86_PG_V) != 0))
2151                 pmap_invalidate_range(kernel_pmap, sva, sva + count *
2152                     PAGE_SIZE);
2153 }
2154
2155 /*
2156  * This routine tears out page mappings from the
2157  * kernel -- it is meant only for temporary mappings.
2158  * Note: SMP coherent.  Uses a ranged shootdown IPI.
2159  */
2160 void
2161 pmap_qremove(vm_offset_t sva, int count)
2162 {
2163         vm_offset_t va;
2164
2165         va = sva;
2166         while (count-- > 0) {
2167                 KASSERT(va >= VM_MIN_KERNEL_ADDRESS, ("usermode va %lx", va));
2168                 pmap_kremove(va);
2169                 va += PAGE_SIZE;
2170         }
2171         pmap_invalidate_range(kernel_pmap, sva, va);
2172 }
2173
2174 /***************************************************
2175  * Page table page management routines.....
2176  ***************************************************/
2177 static __inline void
2178 pmap_free_zero_pages(struct spglist *free)
2179 {
2180         vm_page_t m;
2181
2182         while ((m = SLIST_FIRST(free)) != NULL) {
2183                 SLIST_REMOVE_HEAD(free, plinks.s.ss);
2184                 /* Preserve the page's PG_ZERO setting. */
2185                 vm_page_free_toq(m);
2186         }
2187 }
2188
2189 /*
2190  * Schedule the specified unused page table page to be freed.  Specifically,
2191  * add the page to the specified list of pages that will be released to the
2192  * physical memory manager after the TLB has been updated.
2193  */
2194 static __inline void
2195 pmap_add_delayed_free_list(vm_page_t m, struct spglist *free,
2196     boolean_t set_PG_ZERO)
2197 {
2198
2199         if (set_PG_ZERO)
2200                 m->flags |= PG_ZERO;
2201         else
2202                 m->flags &= ~PG_ZERO;
2203         SLIST_INSERT_HEAD(free, m, plinks.s.ss);
2204 }
2205         
2206 /*
2207  * Inserts the specified page table page into the specified pmap's collection
2208  * of idle page table pages.  Each of a pmap's page table pages is responsible
2209  * for mapping a distinct range of virtual addresses.  The pmap's collection is
2210  * ordered by this virtual address range.
2211  */
2212 static __inline int
2213 pmap_insert_pt_page(pmap_t pmap, vm_page_t mpte)
2214 {
2215
2216         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
2217         return (vm_radix_insert(&pmap->pm_root, mpte));
2218 }
2219
2220 /*
2221  * Looks for a page table page mapping the specified virtual address in the
2222  * specified pmap's collection of idle page table pages.  Returns NULL if there
2223  * is no page table page corresponding to the specified virtual address.
2224  */
2225 static __inline vm_page_t
2226 pmap_lookup_pt_page(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
2227 {
2228
2229         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
2230         return (vm_radix_lookup(&pmap->pm_root, pmap_pde_pindex(va)));
2231 }
2232
2233 /*
2234  * Removes the specified page table page from the specified pmap's collection
2235  * of idle page table pages.  The specified page table page must be a member of
2236  * the pmap's collection.
2237  */
2238 static __inline void
2239 pmap_remove_pt_page(pmap_t pmap, vm_page_t mpte)
2240 {
2241
2242         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
2243         vm_radix_remove(&pmap->pm_root, mpte->pindex);
2244 }
2245
2246 /*
2247  * Decrements a page table page's wire count, which is used to record the
2248  * number of valid page table entries within the page.  If the wire count
2249  * drops to zero, then the page table page is unmapped.  Returns TRUE if the
2250  * page table page was unmapped and FALSE otherwise.
2251  */
2252 static inline boolean_t
2253 pmap_unwire_ptp(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m, struct spglist *free)
2254 {
2255
2256         --m->wire_count;
2257         if (m->wire_count == 0) {
2258                 _pmap_unwire_ptp(pmap, va, m, free);
2259                 return (TRUE);
2260         } else
2261                 return (FALSE);
2262 }
2263
2264 static void
2265 _pmap_unwire_ptp(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m, struct spglist *free)
2266 {
2267
2268         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
2269         /*
2270          * unmap the page table page
2271          */
2272         if (m->pindex >= (NUPDE + NUPDPE)) {
2273                 /* PDP page */
2274                 pml4_entry_t *pml4;
2275                 pml4 = pmap_pml4e(pmap, va);
2276                 *pml4 = 0;
2277         } else if (m->pindex >= NUPDE) {
2278                 /* PD page */
2279                 pdp_entry_t *pdp;
2280                 pdp = pmap_pdpe(pmap, va);
2281                 *pdp = 0;
2282         } else {
2283                 /* PTE page */
2284                 pd_entry_t *pd;
2285                 pd = pmap_pde(pmap, va);
2286                 *pd = 0;
2287         }
2288         pmap_resident_count_dec(pmap, 1);
2289         if (m->pindex < NUPDE) {
2290                 /* We just released a PT, unhold the matching PD */
2291                 vm_page_t pdpg;
2292
2293                 pdpg = PHYS_TO_VM_PAGE(*pmap_pdpe(pmap, va) & PG_FRAME);
2294                 pmap_unwire_ptp(pmap, va, pdpg, free);
2295         }
2296         if (m->pindex >= NUPDE && m->pindex < (NUPDE + NUPDPE)) {
2297                 /* We just released a PD, unhold the matching PDP */
2298                 vm_page_t pdppg;
2299
2300                 pdppg = PHYS_TO_VM_PAGE(*pmap_pml4e(pmap, va) & PG_FRAME);
2301                 pmap_unwire_ptp(pmap, va, pdppg, free);
2302         }
2303
2304         /*
2305          * This is a release store so that the ordinary store unmapping
2306          * the page table page is globally performed before TLB shoot-
2307          * down is begun.
2308          */
2309         atomic_subtract_rel_int(&vm_cnt.v_wire_count, 1);
2310
2311         /* 
2312          * Put page on a list so that it is released after
2313          * *ALL* TLB shootdown is done
2314          */
2315         pmap_add_delayed_free_list(m, free, TRUE);
2316 }
2317
2318 /*
2319  * After removing a page table entry, this routine is used to
2320  * conditionally free the page, and manage the hold/wire counts.
2321  */
2322 static int
2323 pmap_unuse_pt(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t ptepde,
2324     struct spglist *free)
2325 {
2326         vm_page_t mpte;
2327
2328         if (va >= VM_MAXUSER_ADDRESS)
2329                 return (0);
2330         KASSERT(ptepde != 0, ("pmap_unuse_pt: ptepde != 0"));
2331         mpte = PHYS_TO_VM_PAGE(ptepde & PG_FRAME);
2332         return (pmap_unwire_ptp(pmap, va, mpte, free));
2333 }
2334
2335 void
2336 pmap_pinit0(pmap_t pmap)
2337 {
2338         int i;
2339
2340         PMAP_LOCK_INIT(pmap);
2341         pmap->pm_pml4 = (pml4_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(KPML4phys);
2342         pmap->pm_cr3 = KPML4phys;
2343         pmap->pm_root.rt_root = 0;
2344         CPU_ZERO(&pmap->pm_active);
2345         TAILQ_INIT(&pmap->pm_pvchunk);
2346         bzero(&pmap->pm_stats, sizeof pmap->pm_stats);
2347         pmap->pm_flags = pmap_flags;
2348         CPU_FOREACH(i) {
2349                 pmap->pm_pcids[i].pm_pcid = PMAP_PCID_NONE;
2350                 pmap->pm_pcids[i].pm_gen = 0;
2351         }
2352         PCPU_SET(curpmap, kernel_pmap);
2353         pmap_activate(curthread);
2354         CPU_FILL(&kernel_pmap->pm_active);
2355 }
2356
2357 void
2358 pmap_pinit_pml4(vm_page_t pml4pg)
2359 {
2360         pml4_entry_t *pm_pml4;
2361         int i;
2362
2363         pm_pml4 = (pml4_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(pml4pg));
2364
2365         /* Wire in kernel global address entries. */
2366         for (i = 0; i < NKPML4E; i++) {
2367                 pm_pml4[KPML4BASE + i] = (KPDPphys + ptoa(i)) | X86_PG_RW |
2368                     X86_PG_V | PG_U;
2369         }
2370         for (i = 0; i < ndmpdpphys; i++) {
2371                 pm_pml4[DMPML4I + i] = (DMPDPphys + ptoa(i)) | X86_PG_RW |
2372                     X86_PG_V | PG_U;
2373         }
2374
2375         /* install self-referential address mapping entry(s) */
2376         pm_pml4[PML4PML4I] = VM_PAGE_TO_PHYS(pml4pg) | X86_PG_V | X86_PG_RW |
2377             X86_PG_A | X86_PG_M;
2378 }
2379
2380 /*
2381  * Initialize a preallocated and zeroed pmap structure,
2382  * such as one in a vmspace structure.
2383  */
2384 int
2385 pmap_pinit_type(pmap_t pmap, enum pmap_type pm_type, int flags)
2386 {
2387         vm_page_t pml4pg;
2388         vm_paddr_t pml4phys;
2389         int i;
2390
2391         /*
2392          * allocate the page directory page
2393          */
2394         while ((pml4pg = vm_page_alloc(NULL, 0, VM_ALLOC_NORMAL |
2395             VM_ALLOC_NOOBJ | VM_ALLOC_WIRED | VM_ALLOC_ZERO)) == NULL)
2396                 VM_WAIT;
2397
2398         pml4phys = VM_PAGE_TO_PHYS(pml4pg);
2399         pmap->pm_pml4 = (pml4_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(pml4phys);
2400         CPU_FOREACH(i) {
2401                 pmap->pm_pcids[i].pm_pcid = PMAP_PCID_NONE;
2402                 pmap->pm_pcids[i].pm_gen = 0;
2403         }
2404         pmap->pm_cr3 = ~0;      /* initialize to an invalid value */
2405
2406         if ((pml4pg->flags & PG_ZERO) == 0)
2407                 pagezero(pmap->pm_pml4);
2408
2409         /*
2410          * Do not install the host kernel mappings in the nested page
2411          * tables. These mappings are meaningless in the guest physical
2412          * address space.
2413          */
2414         if ((pmap->pm_type = pm_type) == PT_X86) {
2415                 pmap->pm_cr3 = pml4phys;
2416                 pmap_pinit_pml4(pml4pg);
2417         }
2418
2419         pmap->pm_root.rt_root = 0;
2420         CPU_ZERO(&pmap->pm_active);
2421         TAILQ_INIT(&pmap->pm_pvchunk);
2422         bzero(&pmap->pm_stats, sizeof pmap->pm_stats);
2423         pmap->pm_flags = flags;
2424         pmap->pm_eptgen = 0;
2425
2426         return (1);
2427 }
2428
2429 int
2430 pmap_pinit(pmap_t pmap)
2431 {
2432
2433         return (pmap_pinit_type(pmap, PT_X86, pmap_flags));
2434 }
2435
2436 /*
2437  * This routine is called if the desired page table page does not exist.
2438  *
2439  * If page table page allocation fails, this routine may sleep before
2440  * returning NULL.  It sleeps only if a lock pointer was given.
2441  *
2442  * Note: If a page allocation fails at page table level two or three,
2443  * one or two pages may be held during the wait, only to be released
2444  * afterwards.  This conservative approach is easily argued to avoid
2445  * race conditions.
2446  */
2447 static vm_page_t
2448 _pmap_allocpte(pmap_t pmap, vm_pindex_t ptepindex, struct rwlock **lockp)
2449 {
2450         vm_page_t m, pdppg, pdpg;
2451         pt_entry_t PG_A, PG_M, PG_RW, PG_V;
2452
2453         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
2454
2455         PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
2456         PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
2457         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
2458         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
2459
2460         /*
2461          * Allocate a page table page.
2462          */
2463         if ((m = vm_page_alloc(NULL, ptepindex, VM_ALLOC_NOOBJ |
2464             VM_ALLOC_WIRED | VM_ALLOC_ZERO)) == NULL) {
2465                 if (lockp != NULL) {
2466                         RELEASE_PV_LIST_LOCK(lockp);
2467                         PMAP_UNLOCK(pmap);
2468                         PMAP_ASSERT_NOT_IN_DI();
2469                         VM_WAIT;
2470                         PMAP_LOCK(pmap);
2471                 }
2472
2473                 /*
2474                  * Indicate the need to retry.  While waiting, the page table
2475                  * page may have been allocated.
2476                  */
2477                 return (NULL);
2478         }
2479         if ((m->flags & PG_ZERO) == 0)
2480                 pmap_zero_page(m);
2481
2482         /*
2483          * Map the pagetable page into the process address space, if
2484          * it isn't already there.
2485          */
2486
2487         if (ptepindex >= (NUPDE + NUPDPE)) {
2488                 pml4_entry_t *pml4;
2489                 vm_pindex_t pml4index;
2490
2491                 /* Wire up a new PDPE page */
2492                 pml4index = ptepindex - (NUPDE + NUPDPE);
2493                 pml4 = &pmap->pm_pml4[pml4index];
2494                 *pml4 = VM_PAGE_TO_PHYS(m) | PG_U | PG_RW | PG_V | PG_A | PG_M;
2495
2496         } else if (ptepindex >= NUPDE) {
2497                 vm_pindex_t pml4index;
2498                 vm_pindex_t pdpindex;
2499                 pml4_entry_t *pml4;
2500                 pdp_entry_t *pdp;
2501
2502                 /* Wire up a new PDE page */
2503                 pdpindex = ptepindex - NUPDE;
2504                 pml4index = pdpindex >> NPML4EPGSHIFT;
2505
2506                 pml4 = &pmap->pm_pml4[pml4index];
2507                 if ((*pml4 & PG_V) == 0) {
2508                         /* Have to allocate a new pdp, recurse */
2509                         if (_pmap_allocpte(pmap, NUPDE + NUPDPE + pml4index,
2510                             lockp) == NULL) {
2511                                 --m->wire_count;
2512                                 atomic_subtract_int(&vm_cnt.v_wire_count, 1);
2513                                 vm_page_free_zero(m);
2514                                 return (NULL);
2515                         }
2516                 } else {
2517                         /* Add reference to pdp page */
2518                         pdppg = PHYS_TO_VM_PAGE(*pml4 & PG_FRAME);
2519                         pdppg->wire_count++;
2520                 }
2521                 pdp = (pdp_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(*pml4 & PG_FRAME);
2522
2523                 /* Now find the pdp page */
2524                 pdp = &pdp[pdpindex & ((1ul << NPDPEPGSHIFT) - 1)];
2525                 *pdp = VM_PAGE_TO_PHYS(m) | PG_U | PG_RW | PG_V | PG_A | PG_M;
2526
2527         } else {
2528                 vm_pindex_t pml4index;
2529                 vm_pindex_t pdpindex;
2530                 pml4_entry_t *pml4;
2531                 pdp_entry_t *pdp;
2532                 pd_entry_t *pd;
2533
2534                 /* Wire up a new PTE page */
2535                 pdpindex = ptepindex >> NPDPEPGSHIFT;
2536                 pml4index = pdpindex >> NPML4EPGSHIFT;
2537
2538                 /* First, find the pdp and check that its valid. */
2539                 pml4 = &pmap->pm_pml4[pml4index];
2540                 if ((*pml4 & PG_V) == 0) {
2541                         /* Have to allocate a new pd, recurse */
2542                         if (_pmap_allocpte(pmap, NUPDE + pdpindex,
2543                             lockp) == NULL) {
2544                                 --m->wire_count;
2545                                 atomic_subtract_int(&vm_cnt.v_wire_count, 1);
2546                                 vm_page_free_zero(m);
2547                                 return (NULL);
2548                         }
2549                         pdp = (pdp_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(*pml4 & PG_FRAME);
2550                         pdp = &pdp[pdpindex & ((1ul << NPDPEPGSHIFT) - 1)];
2551                 } else {
2552                         pdp = (pdp_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(*pml4 & PG_FRAME);
2553                         pdp = &pdp[pdpindex & ((1ul << NPDPEPGSHIFT) - 1)];
2554                         if ((*pdp & PG_V) == 0) {
2555                                 /* Have to allocate a new pd, recurse */
2556                                 if (_pmap_allocpte(pmap, NUPDE + pdpindex,
2557                                     lockp) == NULL) {
2558                                         --m->wire_count;
2559                                         atomic_subtract_int(&vm_cnt.v_wire_count,
2560                                             1);
2561                                         vm_page_free_zero(m);
2562                                         return (NULL);
2563                                 }
2564                         } else {
2565                                 /* Add reference to the pd page */
2566                                 pdpg = PHYS_TO_VM_PAGE(*pdp & PG_FRAME);
2567                                 pdpg->wire_count++;
2568                         }
2569                 }
2570                 pd = (pd_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(*pdp & PG_FRAME);
2571
2572                 /* Now we know where the page directory page is */
2573                 pd = &pd[ptepindex & ((1ul << NPDEPGSHIFT) - 1)];
2574                 *pd = VM_PAGE_TO_PHYS(m) | PG_U | PG_RW | PG_V | PG_A | PG_M;
2575         }
2576
2577         pmap_resident_count_inc(pmap, 1);
2578
2579         return (m);
2580 }
2581
2582 static vm_page_t
2583 pmap_allocpde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, struct rwlock **lockp)
2584 {
2585         vm_pindex_t pdpindex, ptepindex;
2586         pdp_entry_t *pdpe, PG_V;
2587         vm_page_t pdpg;
2588
2589         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
2590
2591 retry:
2592         pdpe = pmap_pdpe(pmap, va);
2593         if (pdpe != NULL && (*pdpe & PG_V) != 0) {
2594                 /* Add a reference to the pd page. */
2595                 pdpg = PHYS_TO_VM_PAGE(*pdpe & PG_FRAME);
2596                 pdpg->wire_count++;
2597         } else {
2598                 /* Allocate a pd page. */
2599                 ptepindex = pmap_pde_pindex(va);
2600                 pdpindex = ptepindex >> NPDPEPGSHIFT;
2601                 pdpg = _pmap_allocpte(pmap, NUPDE + pdpindex, lockp);
2602                 if (pdpg == NULL && lockp != NULL)
2603                         goto retry;
2604         }
2605         return (pdpg);
2606 }
2607
2608 static vm_page_t
2609 pmap_allocpte(pmap_t pmap, vm_offset_t va, struct rwlock **lockp)
2610 {
2611         vm_pindex_t ptepindex;
2612         pd_entry_t *pd, PG_V;
2613         vm_page_t m;
2614
2615         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
2616
2617         /*
2618          * Calculate pagetable page index
2619          */
2620         ptepindex = pmap_pde_pindex(va);
2621 retry:
2622         /*
2623          * Get the page directory entry
2624          */
2625         pd = pmap_pde(pmap, va);
2626
2627         /*
2628          * This supports switching from a 2MB page to a
2629          * normal 4K page.
2630          */
2631         if (pd != NULL && (*pd & (PG_PS | PG_V)) == (PG_PS | PG_V)) {
2632                 if (!pmap_demote_pde_locked(pmap, pd, va, lockp)) {
2633                         /*
2634                          * Invalidation of the 2MB page mapping may have caused
2635                          * the deallocation of the underlying PD page.
2636                          */
2637                         pd = NULL;
2638                 }
2639         }
2640
2641         /*
2642          * If the page table page is mapped, we just increment the
2643          * hold count, and activate it.
2644          */
2645         if (pd != NULL && (*pd & PG_V) != 0) {
2646                 m = PHYS_TO_VM_PAGE(*pd & PG_FRAME);
2647                 m->wire_count++;
2648         } else {
2649                 /*
2650                  * Here if the pte page isn't mapped, or if it has been
2651                  * deallocated.
2652                  */
2653                 m = _pmap_allocpte(pmap, ptepindex, lockp);
2654                 if (m == NULL && lockp != NULL)
2655                         goto retry;
2656         }
2657         return (m);
2658 }
2659
2660
2661 /***************************************************
2662  * Pmap allocation/deallocation routines.
2663  ***************************************************/
2664
2665 /*
2666  * Release any resources held by the given physical map.
2667  * Called when a pmap initialized by pmap_pinit is being released.
2668  * Should only be called if the map contains no valid mappings.
2669  */
2670 void
2671 pmap_release(pmap_t pmap)
2672 {
2673         vm_page_t m;
2674         int i;
2675
2676         KASSERT(pmap->pm_stats.resident_count == 0,
2677             ("pmap_release: pmap resident count %ld != 0",
2678             pmap->pm_stats.resident_count));
2679         KASSERT(vm_radix_is_empty(&pmap->pm_root),
2680             ("pmap_release: pmap has reserved page table page(s)"));
2681         KASSERT(CPU_EMPTY(&pmap->pm_active),
2682             ("releasing active pmap %p", pmap));
2683
2684         m = PHYS_TO_VM_PAGE(DMAP_TO_PHYS((vm_offset_t)pmap->pm_pml4));
2685
2686         for (i = 0; i < NKPML4E; i++)   /* KVA */
2687                 pmap->pm_pml4[KPML4BASE + i] = 0;
2688         for (i = 0; i < ndmpdpphys; i++)/* Direct Map */
2689                 pmap->pm_pml4[DMPML4I + i] = 0;
2690         pmap->pm_pml4[PML4PML4I] = 0;   /* Recursive Mapping */
2691
2692         m->wire_count--;
2693         atomic_subtract_int(&vm_cnt.v_wire_count, 1);
2694         vm_page_free_zero(m);
2695 }
2696 \f
2697 static int
2698 kvm_size(SYSCTL_HANDLER_ARGS)
2699 {
2700         unsigned long ksize = VM_MAX_KERNEL_ADDRESS - VM_MIN_KERNEL_ADDRESS;
2701
2702         return sysctl_handle_long(oidp, &ksize, 0, req);
2703 }
2704 SYSCTL_PROC(_vm, OID_AUTO, kvm_size, CTLTYPE_LONG|CTLFLAG_RD, 
2705     0, 0, kvm_size, "LU", "Size of KVM");
2706
2707 static int
2708 kvm_free(SYSCTL_HANDLER_ARGS)
2709 {
2710         unsigned long kfree = VM_MAX_KERNEL_ADDRESS - kernel_vm_end;
2711
2712         return sysctl_handle_long(oidp, &kfree, 0, req);
2713 }
2714 SYSCTL_PROC(_vm, OID_AUTO, kvm_free, CTLTYPE_LONG|CTLFLAG_RD, 
2715     0, 0, kvm_free, "LU", "Amount of KVM free");
2716
2717 /*
2718  * grow the number of kernel page table entries, if needed
2719  */
2720 void
2721 pmap_growkernel(vm_offset_t addr)
2722 {
2723         vm_paddr_t paddr;
2724         vm_page_t nkpg;
2725         pd_entry_t *pde, newpdir;
2726         pdp_entry_t *pdpe;
2727
2728         mtx_assert(&kernel_map->system_mtx, MA_OWNED);
2729
2730         /*
2731          * Return if "addr" is within the range of kernel page table pages
2732          * that were preallocated during pmap bootstrap.  Moreover, leave
2733          * "kernel_vm_end" and the kernel page table as they were.
2734          *
2735          * The correctness of this action is based on the following
2736          * argument: vm_map_insert() allocates contiguous ranges of the
2737          * kernel virtual address space.  It calls this function if a range
2738          * ends after "kernel_vm_end".  If the kernel is mapped between
2739          * "kernel_vm_end" and "addr", then the range cannot begin at
2740          * "kernel_vm_end".  In fact, its beginning address cannot be less
2741          * than the kernel.  Thus, there is no immediate need to allocate
2742          * any new kernel page table pages between "kernel_vm_end" and
2743          * "KERNBASE".
2744          */
2745         if (KERNBASE < addr && addr <= KERNBASE + nkpt * NBPDR)
2746                 return;
2747
2748         addr = roundup2(addr, NBPDR);
2749         if (addr - 1 >= kernel_map->max_offset)
2750                 addr = kernel_map->max_offset;
2751         while (kernel_vm_end < addr) {
2752                 pdpe = pmap_pdpe(kernel_pmap, kernel_vm_end);
2753                 if ((*pdpe & X86_PG_V) == 0) {
2754                         /* We need a new PDP entry */
2755                         nkpg = vm_page_alloc(NULL, kernel_vm_end >> PDPSHIFT,
2756                             VM_ALLOC_INTERRUPT | VM_ALLOC_NOOBJ |
2757                             VM_ALLOC_WIRED | VM_ALLOC_ZERO);
2758                         if (nkpg == NULL)
2759                                 panic("pmap_growkernel: no memory to grow kernel");
2760                         if ((nkpg->flags & PG_ZERO) == 0)
2761                                 pmap_zero_page(nkpg);
2762                         paddr = VM_PAGE_TO_PHYS(nkpg);
2763                         *pdpe = (pdp_entry_t)(paddr | X86_PG_V | X86_PG_RW |
2764                             X86_PG_A | X86_PG_M);
2765                         continue; /* try again */
2766                 }
2767                 pde = pmap_pdpe_to_pde(pdpe, kernel_vm_end);
2768                 if ((*pde & X86_PG_V) != 0) {
2769                         kernel_vm_end = (kernel_vm_end + NBPDR) & ~PDRMASK;
2770                         if (kernel_vm_end - 1 >= kernel_map->max_offset) {
2771                                 kernel_vm_end = kernel_map->max_offset;
2772                                 break;                       
2773                         }
2774                         continue;
2775                 }
2776
2777                 nkpg = vm_page_alloc(NULL, pmap_pde_pindex(kernel_vm_end),
2778                     VM_ALLOC_INTERRUPT | VM_ALLOC_NOOBJ | VM_ALLOC_WIRED |
2779                     VM_ALLOC_ZERO);
2780                 if (nkpg == NULL)
2781                         panic("pmap_growkernel: no memory to grow kernel");
2782                 if ((nkpg->flags & PG_ZERO) == 0)
2783                         pmap_zero_page(nkpg);
2784                 paddr = VM_PAGE_TO_PHYS(nkpg);
2785                 newpdir = paddr | X86_PG_V | X86_PG_RW | X86_PG_A | X86_PG_M;
2786                 pde_store(pde, newpdir);
2787
2788                 kernel_vm_end = (kernel_vm_end + NBPDR) & ~PDRMASK;
2789                 if (kernel_vm_end - 1 >= kernel_map->max_offset) {
2790                         kernel_vm_end = kernel_map->max_offset;
2791                         break;                       
2792                 }
2793         }
2794 }
2795
2796
2797 /***************************************************
2798  * page management routines.
2799  ***************************************************/
2800
2801 CTASSERT(sizeof(struct pv_chunk) == PAGE_SIZE);
2802 CTASSERT(_NPCM == 3);
2803 CTASSERT(_NPCPV == 168);
2804
2805 static __inline struct pv_chunk *
2806 pv_to_chunk(pv_entry_t pv)
2807 {
2808
2809         return ((struct pv_chunk *)((uintptr_t)pv & ~(uintptr_t)PAGE_MASK));
2810 }
2811
2812 #define PV_PMAP(pv) (pv_to_chunk(pv)->pc_pmap)
2813
2814 #define PC_FREE0        0xfffffffffffffffful
2815 #define PC_FREE1        0xfffffffffffffffful
2816 #define PC_FREE2        0x000000fffffffffful
2817
2818 static const uint64_t pc_freemask[_NPCM] = { PC_FREE0, PC_FREE1, PC_FREE2 };
2819
2820 #ifdef PV_STATS
2821 static int pc_chunk_count, pc_chunk_allocs, pc_chunk_frees, pc_chunk_tryfail;
2822
2823 SYSCTL_INT(_vm_pmap, OID_AUTO, pc_chunk_count, CTLFLAG_RD, &pc_chunk_count, 0,
2824         "Current number of pv entry chunks");
2825 SYSCTL_INT(_vm_pmap, OID_AUTO, pc_chunk_allocs, CTLFLAG_RD, &pc_chunk_allocs, 0,
2826         "Current number of pv entry chunks allocated");
2827 SYSCTL_INT(_vm_pmap, OID_AUTO, pc_chunk_frees, CTLFLAG_RD, &pc_chunk_frees, 0,
2828         "Current number of pv entry chunks frees");
2829 SYSCTL_INT(_vm_pmap, OID_AUTO, pc_chunk_tryfail, CTLFLAG_RD, &pc_chunk_tryfail, 0,
2830         "Number of times tried to get a chunk page but failed.");
2831
2832 static long pv_entry_frees, pv_entry_allocs, pv_entry_count;
2833 static int pv_entry_spare;
2834
2835 SYSCTL_LONG(_vm_pmap, OID_AUTO, pv_entry_frees, CTLFLAG_RD, &pv_entry_frees, 0,
2836         "Current number of pv entry frees");
2837 SYSCTL_LONG(_vm_pmap, OID_AUTO, pv_entry_allocs, CTLFLAG_RD, &pv_entry_allocs, 0,
2838         "Current number of pv entry allocs");
2839 SYSCTL_LONG(_vm_pmap, OID_AUTO, pv_entry_count, CTLFLAG_RD, &pv_entry_count, 0,
2840         "Current number of pv entries");
2841 SYSCTL_INT(_vm_pmap, OID_AUTO, pv_entry_spare, CTLFLAG_RD, &pv_entry_spare, 0,
2842         "Current number of spare pv entries");
2843 #endif
2844
2845 /*
2846  * We are in a serious low memory condition.  Resort to
2847  * drastic measures to free some pages so we can allocate
2848  * another pv entry chunk.
2849  *
2850  * Returns NULL if PV entries were reclaimed from the specified pmap.
2851  *
2852  * We do not, however, unmap 2mpages because subsequent accesses will
2853  * allocate per-page pv entries until repromotion occurs, thereby
2854  * exacerbating the shortage of free pv entries.
2855  */
2856 static vm_page_t
2857 reclaim_pv_chunk(pmap_t locked_pmap, struct rwlock **lockp)
2858 {
2859         struct pch new_tail;
2860         struct pv_chunk *pc;
2861         struct md_page *pvh;
2862         pd_entry_t *pde;
2863         pmap_t pmap;
2864         pt_entry_t *pte, tpte;
2865         pt_entry_t PG_G, PG_A, PG_M, PG_RW;
2866         pv_entry_t pv;
2867         vm_offset_t va;
2868         vm_page_t m, m_pc;
2869         struct spglist free;
2870         uint64_t inuse;
2871         int bit, field, freed;
2872
2873         PMAP_LOCK_ASSERT(locked_pmap, MA_OWNED);
2874         KASSERT(lockp != NULL, ("reclaim_pv_chunk: lockp is NULL"));
2875         pmap = NULL;
2876         m_pc = NULL;
2877         PG_G = PG_A = PG_M = PG_RW = 0;
2878         SLIST_INIT(&free);
2879         TAILQ_INIT(&new_tail);
2880         pmap_delayed_invl_started();
2881         mtx_lock(&pv_chunks_mutex);
2882         while ((pc = TAILQ_FIRST(&pv_chunks)) != NULL && SLIST_EMPTY(&free)) {
2883                 TAILQ_REMOVE(&pv_chunks, pc, pc_lru);
2884                 mtx_unlock(&pv_chunks_mutex);
2885                 if (pmap != pc->pc_pmap) {
2886                         if (pmap != NULL) {
2887                                 pmap_invalidate_all(pmap);
2888                                 if (pmap != locked_pmap)
2889                                         PMAP_UNLOCK(pmap);
2890                         }
2891                         pmap_delayed_invl_finished();
2892                         pmap_delayed_invl_started();
2893                         pmap = pc->pc_pmap;
2894                         /* Avoid deadlock and lock recursion. */
2895                         if (pmap > locked_pmap) {
2896                                 RELEASE_PV_LIST_LOCK(lockp);
2897                                 PMAP_LOCK(pmap);
2898                         } else if (pmap != locked_pmap &&
2899                             !PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
2900                                 pmap = NULL;
2901                                 TAILQ_INSERT_TAIL(&new_tail, pc, pc_lru);
2902                                 mtx_lock(&pv_chunks_mutex);
2903                                 continue;
2904                         }
2905                         PG_G = pmap_global_bit(pmap);
2906                         PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
2907                         PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
2908                         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
2909                 }
2910
2911                 /*
2912                  * Destroy every non-wired, 4 KB page mapping in the chunk.
2913                  */
2914                 freed = 0;
2915                 for (field = 0; field < _NPCM; field++) {
2916                         for (inuse = ~pc->pc_map[field] & pc_freemask[field];
2917                             inuse != 0; inuse &= ~(1UL << bit)) {
2918                                 bit = bsfq(inuse);
2919                                 pv = &pc->pc_pventry[field * 64 + bit];
2920                                 va = pv->pv_va;
2921                                 pde = pmap_pde(pmap, va);
2922                                 if ((*pde & PG_PS) != 0)
2923                                         continue;
2924                                 pte = pmap_pde_to_pte(pde, va);
2925                                 if ((*pte & PG_W) != 0)
2926                                         continue;
2927                                 tpte = pte_load_clear(pte);
2928                                 if ((tpte & PG_G) != 0)
2929                                         pmap_invalidate_page(pmap, va);
2930                                 m = PHYS_TO_VM_PAGE(tpte & PG_FRAME);
2931                                 if ((tpte & (PG_M | PG_RW)) == (PG_M | PG_RW))
2932                                         vm_page_dirty(m);
2933                                 if ((tpte & PG_A) != 0)
2934                                         vm_page_aflag_set(m, PGA_REFERENCED);
2935                                 CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_VM_PAGE(lockp, m);
2936                                 TAILQ_REMOVE(&m->md.pv_list, pv, pv_next);
2937                                 m->md.pv_gen++;
2938                                 if (TAILQ_EMPTY(&m->md.pv_list) &&
2939                                     (m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0) {
2940                                         pvh = pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
2941                                         if (TAILQ_EMPTY(&pvh->pv_list)) {
2942                                                 vm_page_aflag_clear(m,
2943                                                     PGA_WRITEABLE);
2944                                         }
2945                                 }
2946                                 pmap_delayed_invl_page(m);
2947                                 pc->pc_map[field] |= 1UL << bit;
2948                                 pmap_unuse_pt(pmap, va, *pde, &free);
2949                                 freed++;
2950                         }
2951                 }
2952                 if (freed == 0) {
2953                         TAILQ_INSERT_TAIL(&new_tail, pc, pc_lru);
2954                         mtx_lock(&pv_chunks_mutex);
2955                         continue;
2956                 }
2957                 /* Every freed mapping is for a 4 KB page. */
2958                 pmap_resident_count_dec(pmap, freed);
2959                 PV_STAT(atomic_add_long(&pv_entry_frees, freed));
2960                 PV_STAT(atomic_add_int(&pv_entry_spare, freed));
2961                 PV_STAT(atomic_subtract_long(&pv_entry_count, freed));
2962                 TAILQ_REMOVE(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
2963                 if (pc->pc_map[0] == PC_FREE0 && pc->pc_map[1] == PC_FREE1 &&
2964                     pc->pc_map[2] == PC_FREE2) {
2965                         PV_STAT(atomic_subtract_int(&pv_entry_spare, _NPCPV));
2966                         PV_STAT(atomic_subtract_int(&pc_chunk_count, 1));
2967                         PV_STAT(atomic_add_int(&pc_chunk_frees, 1));
2968                         /* Entire chunk is free; return it. */
2969                         m_pc = PHYS_TO_VM_PAGE(DMAP_TO_PHYS((vm_offset_t)pc));
2970                         dump_drop_page(m_pc->phys_addr);
2971                         mtx_lock(&pv_chunks_mutex);
2972                         break;
2973                 }
2974                 TAILQ_INSERT_HEAD(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
2975                 TAILQ_INSERT_TAIL(&new_tail, pc, pc_lru);
2976                 mtx_lock(&pv_chunks_mutex);
2977                 /* One freed pv entry in locked_pmap is sufficient. */
2978                 if (pmap == locked_pmap)
2979                         break;
2980         }
2981         TAILQ_CONCAT(&pv_chunks, &new_tail, pc_lru);
2982         mtx_unlock(&pv_chunks_mutex);
2983         if (pmap != NULL) {
2984                 pmap_invalidate_all(pmap);
2985                 if (pmap != locked_pmap)
2986                         PMAP_UNLOCK(pmap);
2987         }
2988         pmap_delayed_invl_finished();
2989         if (m_pc == NULL && !SLIST_EMPTY(&free)) {
2990                 m_pc = SLIST_FIRST(&free);
2991                 SLIST_REMOVE_HEAD(&free, plinks.s.ss);
2992                 /* Recycle a freed page table page. */
2993                 m_pc->wire_count = 1;
2994                 atomic_add_int(&vm_cnt.v_wire_count, 1);
2995         }
2996         pmap_free_zero_pages(&free);
2997         return (m_pc);
2998 }
2999
3000 /*
3001  * free the pv_entry back to the free list
3002  */
3003 static void
3004 free_pv_entry(pmap_t pmap, pv_entry_t pv)
3005 {
3006         struct pv_chunk *pc;
3007         int idx, field, bit;
3008
3009         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
3010         PV_STAT(atomic_add_long(&pv_entry_frees, 1));
3011         PV_STAT(atomic_add_int(&pv_entry_spare, 1));
3012         PV_STAT(atomic_subtract_long(&pv_entry_count, 1));
3013         pc = pv_to_chunk(pv);
3014         idx = pv - &pc->pc_pventry[0];
3015         field = idx / 64;
3016         bit = idx % 64;
3017         pc->pc_map[field] |= 1ul << bit;
3018         if (pc->pc_map[0] != PC_FREE0 || pc->pc_map[1] != PC_FREE1 ||
3019             pc->pc_map[2] != PC_FREE2) {
3020                 /* 98% of the time, pc is already at the head of the list. */
3021                 if (__predict_false(pc != TAILQ_FIRST(&pmap->pm_pvchunk))) {
3022                         TAILQ_REMOVE(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
3023                         TAILQ_INSERT_HEAD(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
3024                 }
3025                 return;
3026         }
3027         TAILQ_REMOVE(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
3028         free_pv_chunk(pc);
3029 }
3030
3031 static void
3032 free_pv_chunk(struct pv_chunk *pc)
3033 {
3034         vm_page_t m;
3035
3036         mtx_lock(&pv_chunks_mutex);
3037         TAILQ_REMOVE(&pv_chunks, pc, pc_lru);
3038         mtx_unlock(&pv_chunks_mutex);
3039         PV_STAT(atomic_subtract_int(&pv_entry_spare, _NPCPV));
3040         PV_STAT(atomic_subtract_int(&pc_chunk_count, 1));
3041         PV_STAT(atomic_add_int(&pc_chunk_frees, 1));
3042         /* entire chunk is free, return it */
3043         m = PHYS_TO_VM_PAGE(DMAP_TO_PHYS((vm_offset_t)pc));
3044         dump_drop_page(m->phys_addr);
3045         vm_page_unwire(m, PQ_NONE);
3046         vm_page_free(m);
3047 }
3048
3049 /*
3050  * Returns a new PV entry, allocating a new PV chunk from the system when
3051  * needed.  If this PV chunk allocation fails and a PV list lock pointer was
3052  * given, a PV chunk is reclaimed from an arbitrary pmap.  Otherwise, NULL is
3053  * returned.
3054  *
3055  * The given PV list lock may be released.
3056  */
3057 static pv_entry_t
3058 get_pv_entry(pmap_t pmap, struct rwlock **lockp)
3059 {
3060         int bit, field;
3061         pv_entry_t pv;
3062         struct pv_chunk *pc;
3063         vm_page_t m;
3064
3065         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
3066         PV_STAT(atomic_add_long(&pv_entry_allocs, 1));
3067 retry:
3068         pc = TAILQ_FIRST(&pmap->pm_pvchunk);
3069         if (pc != NULL) {
3070                 for (field = 0; field < _NPCM; field++) {
3071                         if (pc->pc_map[field]) {
3072                                 bit = bsfq(pc->pc_map[field]);
3073                                 break;
3074                         }
3075                 }
3076                 if (field < _NPCM) {
3077                         pv = &pc->pc_pventry[field * 64 + bit];
3078                         pc->pc_map[field] &= ~(1ul << bit);
3079                         /* If this was the last item, move it to tail */
3080                         if (pc->pc_map[0] == 0 && pc->pc_map[1] == 0 &&
3081                             pc->pc_map[2] == 0) {
3082                                 TAILQ_REMOVE(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
3083                                 TAILQ_INSERT_TAIL(&pmap->pm_pvchunk, pc,
3084                                     pc_list);
3085                         }
3086                         PV_STAT(atomic_add_long(&pv_entry_count, 1));
3087                         PV_STAT(atomic_subtract_int(&pv_entry_spare, 1));
3088                         return (pv);
3089                 }
3090         }
3091         /* No free items, allocate another chunk */
3092         m = vm_page_alloc(NULL, 0, VM_ALLOC_NORMAL | VM_ALLOC_NOOBJ |
3093             VM_ALLOC_WIRED);
3094         if (m == NULL) {
3095                 if (lockp == NULL) {
3096                         PV_STAT(pc_chunk_tryfail++);
3097                         return (NULL);
3098                 }
3099                 m = reclaim_pv_chunk(pmap, lockp);
3100                 if (m == NULL)
3101                         goto retry;
3102         }
3103         PV_STAT(atomic_add_int(&pc_chunk_count, 1));
3104         PV_STAT(atomic_add_int(&pc_chunk_allocs, 1));
3105         dump_add_page(m->phys_addr);
3106         pc = (void *)PHYS_TO_DMAP(m->phys_addr);
3107         pc->pc_pmap = pmap;
3108         pc->pc_map[0] = PC_FREE0 & ~1ul;        /* preallocated bit 0 */
3109         pc->pc_map[1] = PC_FREE1;
3110         pc->pc_map[2] = PC_FREE2;
3111         mtx_lock(&pv_chunks_mutex);
3112         TAILQ_INSERT_TAIL(&pv_chunks, pc, pc_lru);
3113         mtx_unlock(&pv_chunks_mutex);
3114         pv = &pc->pc_pventry[0];
3115         TAILQ_INSERT_HEAD(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
3116         PV_STAT(atomic_add_long(&pv_entry_count, 1));
3117         PV_STAT(atomic_add_int(&pv_entry_spare, _NPCPV - 1));
3118         return (pv);
3119 }
3120
3121 /*
3122  * Returns the number of one bits within the given PV chunk map.
3123  *
3124  * The erratas for Intel processors state that "POPCNT Instruction May
3125  * Take Longer to Execute Than Expected".  It is believed that the
3126  * issue is the spurious dependency on the destination register.
3127  * Provide a hint to the register rename logic that the destination
3128  * value is overwritten, by clearing it, as suggested in the
3129  * optimization manual.  It should be cheap for unaffected processors
3130  * as well.
3131  *
3132  * Reference numbers for erratas are
3133  * 4th Gen Core: HSD146
3134  * 5th Gen Core: BDM85
3135  * 6th Gen Core: SKL029
3136  */
3137 static int
3138 popcnt_pc_map_pq(uint64_t *map)
3139 {
3140         u_long result, tmp;
3141
3142         __asm __volatile("xorl %k0,%k0;popcntq %2,%0;"
3143             "xorl %k1,%k1;popcntq %3,%1;addl %k1,%k0;"
3144             "xorl %k1,%k1;popcntq %4,%1;addl %k1,%k0"
3145             : "=&r" (result), "=&r" (tmp)
3146             : "m" (map[0]), "m" (map[1]), "m" (map[2]));
3147         return (result);
3148 }
3149
3150 /*
3151  * Ensure that the number of spare PV entries in the specified pmap meets or
3152  * exceeds the given count, "needed".
3153  *
3154  * The given PV list lock may be released.
3155  */
3156 static void
3157 reserve_pv_entries(pmap_t pmap, int needed, struct rwlock **lockp)
3158 {
3159         struct pch new_tail;
3160         struct pv_chunk *pc;
3161         int avail, free;
3162         vm_page_t m;
3163
3164         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
3165         KASSERT(lockp != NULL, ("reserve_pv_entries: lockp is NULL"));
3166
3167         /*
3168          * Newly allocated PV chunks must be stored in a private list until
3169          * the required number of PV chunks have been allocated.  Otherwise,
3170          * reclaim_pv_chunk() could recycle one of these chunks.  In
3171          * contrast, these chunks must be added to the pmap upon allocation.
3172          */
3173         TAILQ_INIT(&new_tail);
3174 retry:
3175         avail = 0;
3176         TAILQ_FOREACH(pc, &pmap->pm_pvchunk, pc_list) {
3177 #ifndef __POPCNT__
3178                 if ((cpu_feature2 & CPUID2_POPCNT) == 0)
3179                         bit_count((bitstr_t *)pc->pc_map, 0,
3180                             sizeof(pc->pc_map) * NBBY, &free);
3181                 else
3182 #endif
3183                 free = popcnt_pc_map_pq(pc->pc_map);
3184                 if (free == 0)
3185                         break;
3186                 avail += free;
3187                 if (avail >= needed)
3188                         break;
3189         }
3190         for (; avail < needed; avail += _NPCPV) {
3191                 m = vm_page_alloc(NULL, 0, VM_ALLOC_NORMAL | VM_ALLOC_NOOBJ |
3192                     VM_ALLOC_WIRED);
3193                 if (m == NULL) {
3194                         m = reclaim_pv_chunk(pmap, lockp);
3195                         if (m == NULL)
3196                                 goto retry;
3197                 }
3198                 PV_STAT(atomic_add_int(&pc_chunk_count, 1));
3199                 PV_STAT(atomic_add_int(&pc_chunk_allocs, 1));
3200                 dump_add_page(m->phys_addr);
3201                 pc = (void *)PHYS_TO_DMAP(m->phys_addr);
3202                 pc->pc_pmap = pmap;
3203                 pc->pc_map[0] = PC_FREE0;
3204                 pc->pc_map[1] = PC_FREE1;
3205                 pc->pc_map[2] = PC_FREE2;
3206                 TAILQ_INSERT_HEAD(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
3207                 TAILQ_INSERT_TAIL(&new_tail, pc, pc_lru);
3208                 PV_STAT(atomic_add_int(&pv_entry_spare, _NPCPV));
3209         }
3210         if (!TAILQ_EMPTY(&new_tail)) {
3211                 mtx_lock(&pv_chunks_mutex);
3212                 TAILQ_CONCAT(&pv_chunks, &new_tail, pc_lru);
3213                 mtx_unlock(&pv_chunks_mutex);
3214         }
3215 }
3216
3217 /*
3218  * First find and then remove the pv entry for the specified pmap and virtual
3219  * address from the specified pv list.  Returns the pv entry if found and NULL
3220  * otherwise.  This operation can be performed on pv lists for either 4KB or
3221  * 2MB page mappings.
3222  */
3223 static __inline pv_entry_t
3224 pmap_pvh_remove(struct md_page *pvh, pmap_t pmap, vm_offset_t va)
3225 {
3226         pv_entry_t pv;
3227
3228         TAILQ_FOREACH(pv, &pvh->pv_list, pv_next) {
3229                 if (pmap == PV_PMAP(pv) && va == pv->pv_va) {
3230                         TAILQ_REMOVE(&pvh->pv_list, pv, pv_next);
3231                         pvh->pv_gen++;
3232                         break;
3233                 }
3234         }
3235         return (pv);
3236 }
3237
3238 /*
3239  * After demotion from a 2MB page mapping to 512 4KB page mappings,
3240  * destroy the pv entry for the 2MB page mapping and reinstantiate the pv
3241  * entries for each of the 4KB page mappings.
3242  */
3243 static void
3244 pmap_pv_demote_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_paddr_t pa,
3245     struct rwlock **lockp)
3246 {
3247         struct md_page *pvh;
3248         struct pv_chunk *pc;
3249         pv_entry_t pv;
3250         vm_offset_t va_last;
3251         vm_page_t m;
3252         int bit, field;
3253
3254         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
3255         KASSERT((pa & PDRMASK) == 0,
3256             ("pmap_pv_demote_pde: pa is not 2mpage aligned"));
3257         CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_PHYS(lockp, pa);
3258
3259         /*
3260          * Transfer the 2mpage's pv entry for this mapping to the first
3261          * page's pv list.  Once this transfer begins, the pv list lock
3262          * must not be released until the last pv entry is reinstantiated.
3263          */
3264         pvh = pa_to_pvh(pa);
3265         va = trunc_2mpage(va);
3266         pv = pmap_pvh_remove(pvh, pmap, va);
3267         KASSERT(pv != NULL, ("pmap_pv_demote_pde: pv not found"));
3268         m = PHYS_TO_VM_PAGE(pa);
3269         TAILQ_INSERT_TAIL(&m->md.pv_list, pv, pv_next);
3270         m->md.pv_gen++;
3271         /* Instantiate the remaining NPTEPG - 1 pv entries. */
3272         PV_STAT(atomic_add_long(&pv_entry_allocs, NPTEPG - 1));
3273         va_last = va + NBPDR - PAGE_SIZE;
3274         for (;;) {
3275                 pc = TAILQ_FIRST(&pmap->pm_pvchunk);
3276                 KASSERT(pc->pc_map[0] != 0 || pc->pc_map[1] != 0 ||
3277                     pc->pc_map[2] != 0, ("pmap_pv_demote_pde: missing spare"));
3278                 for (field = 0; field < _NPCM; field++) {
3279                         while (pc->pc_map[field]) {
3280                                 bit = bsfq(pc->pc_map[field]);
3281                                 pc->pc_map[field] &= ~(1ul << bit);
3282                                 pv = &pc->pc_pventry[field * 64 + bit];
3283                                 va += PAGE_SIZE;
3284                                 pv->pv_va = va;
3285                                 m++;
3286                                 KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
3287                             ("pmap_pv_demote_pde: page %p is not managed", m));
3288                                 TAILQ_INSERT_TAIL(&m->md.pv_list, pv, pv_next);
3289                                 m->md.pv_gen++;
3290                                 if (va == va_last)
3291                                         goto out;
3292                         }
3293                 }
3294                 TAILQ_REMOVE(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
3295                 TAILQ_INSERT_TAIL(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
3296         }
3297 out:
3298         if (pc->pc_map[0] == 0 && pc->pc_map[1] == 0 && pc->pc_map[2] == 0) {
3299                 TAILQ_REMOVE(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
3300                 TAILQ_INSERT_TAIL(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
3301         }
3302         PV_STAT(atomic_add_long(&pv_entry_count, NPTEPG - 1));
3303         PV_STAT(atomic_subtract_int(&pv_entry_spare, NPTEPG - 1));
3304 }
3305
3306 /*
3307  * After promotion from 512 4KB page mappings to a single 2MB page mapping,
3308  * replace the many pv entries for the 4KB page mappings by a single pv entry
3309  * for the 2MB page mapping.
3310  */
3311 static void
3312 pmap_pv_promote_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_paddr_t pa,
3313     struct rwlock **lockp)
3314 {
3315         struct md_page *pvh;
3316         pv_entry_t pv;
3317         vm_offset_t va_last;
3318         vm_page_t m;
3319
3320         KASSERT((pa & PDRMASK) == 0,
3321             ("pmap_pv_promote_pde: pa is not 2mpage aligned"));
3322         CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_PHYS(lockp, pa);
3323
3324         /*
3325          * Transfer the first page's pv entry for this mapping to the 2mpage's
3326          * pv list.  Aside from avoiding the cost of a call to get_pv_entry(),
3327          * a transfer avoids the possibility that get_pv_entry() calls
3328          * reclaim_pv_chunk() and that reclaim_pv_chunk() removes one of the
3329          * mappings that is being promoted.
3330          */
3331         m = PHYS_TO_VM_PAGE(pa);
3332         va = trunc_2mpage(va);
3333         pv = pmap_pvh_remove(&m->md, pmap, va);
3334         KASSERT(pv != NULL, ("pmap_pv_promote_pde: pv not found"));
3335         pvh = pa_to_pvh(pa);
3336         TAILQ_INSERT_TAIL(&pvh->pv_list, pv, pv_next);
3337         pvh->pv_gen++;
3338         /* Free the remaining NPTEPG - 1 pv entries. */
3339         va_last = va + NBPDR - PAGE_SIZE;
3340         do {
3341                 m++;
3342                 va += PAGE_SIZE;
3343                 pmap_pvh_free(&m->md, pmap, va);
3344         } while (va < va_last);
3345 }
3346
3347 /*
3348  * First find and then destroy the pv entry for the specified pmap and virtual
3349  * address.  This operation can be performed on pv lists for either 4KB or 2MB
3350  * page mappings.
3351  */
3352 static void
3353 pmap_pvh_free(struct md_page *pvh, pmap_t pmap, vm_offset_t va)
3354 {
3355         pv_entry_t pv;
3356
3357         pv = pmap_pvh_remove(pvh, pmap, va);
3358         KASSERT(pv != NULL, ("pmap_pvh_free: pv not found"));
3359         free_pv_entry(pmap, pv);
3360 }
3361
3362 /*
3363  * Conditionally create the PV entry for a 4KB page mapping if the required
3364  * memory can be allocated without resorting to reclamation.
3365  */
3366 static boolean_t
3367 pmap_try_insert_pv_entry(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m,
3368     struct rwlock **lockp)
3369 {
3370         pv_entry_t pv;
3371
3372         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
3373         /* Pass NULL instead of the lock pointer to disable reclamation. */
3374         if ((pv = get_pv_entry(pmap, NULL)) != NULL) {
3375                 pv->pv_va = va;
3376                 CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_VM_PAGE(lockp, m);
3377                 TAILQ_INSERT_TAIL(&m->md.pv_list, pv, pv_next);
3378                 m->md.pv_gen++;
3379                 return (TRUE);
3380         } else
3381                 return (FALSE);
3382 }
3383
3384 /*
3385  * Conditionally create the PV entry for a 2MB page mapping if the required
3386  * memory can be allocated without resorting to reclamation.
3387  */
3388 static boolean_t
3389 pmap_pv_insert_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_paddr_t pa,
3390     struct rwlock **lockp)
3391 {
3392         struct md_page *pvh;
3393         pv_entry_t pv;
3394
3395         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
3396         /* Pass NULL instead of the lock pointer to disable reclamation. */
3397         if ((pv = get_pv_entry(pmap, NULL)) != NULL) {
3398                 pv->pv_va = va;
3399                 CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_PHYS(lockp, pa);
3400                 pvh = pa_to_pvh(pa);
3401                 TAILQ_INSERT_TAIL(&pvh->pv_list, pv, pv_next);
3402                 pvh->pv_gen++;
3403                 return (TRUE);
3404         } else
3405                 return (FALSE);
3406 }
3407
3408 /*
3409  * Fills a page table page with mappings to consecutive physical pages.
3410  */
3411 static void
3412 pmap_fill_ptp(pt_entry_t *firstpte, pt_entry_t newpte)
3413 {
3414         pt_entry_t *pte;
3415
3416         for (pte = firstpte; pte < firstpte + NPTEPG; pte++) {
3417                 *pte = newpte;
3418                 newpte += PAGE_SIZE;
3419         }
3420 }
3421
3422 /*
3423  * Tries to demote a 2MB page mapping.  If demotion fails, the 2MB page
3424  * mapping is invalidated.
3425  */
3426 static boolean_t
3427 pmap_demote_pde(pmap_t pmap, pd_entry_t *pde, vm_offset_t va)
3428 {
3429         struct rwlock *lock;
3430         boolean_t rv;
3431
3432         lock = NULL;
3433         rv = pmap_demote_pde_locked(pmap, pde, va, &lock);
3434         if (lock != NULL)
3435                 rw_wunlock(lock);
3436         return (rv);
3437 }
3438
3439 static boolean_t
3440 pmap_demote_pde_locked(pmap_t pmap, pd_entry_t *pde, vm_offset_t va,
3441     struct rwlock **lockp)
3442 {
3443         pd_entry_t newpde, oldpde;
3444         pt_entry_t *firstpte, newpte;
3445         pt_entry_t PG_A, PG_G, PG_M, PG_RW, PG_V;
3446         vm_paddr_t mptepa;
3447         vm_page_t mpte;
3448         struct spglist free;
3449         vm_offset_t sva;
3450         int PG_PTE_CACHE;
3451
3452         PG_G = pmap_global_bit(pmap);
3453         PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
3454         PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
3455         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
3456         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
3457         PG_PTE_CACHE = pmap_cache_mask(pmap, 0);
3458
3459         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
3460         oldpde = *pde;
3461         KASSERT((oldpde & (PG_PS | PG_V)) == (PG_PS | PG_V),
3462             ("pmap_demote_pde: oldpde is missing PG_PS and/or PG_V"));
3463         if ((oldpde & PG_A) != 0 && (mpte = pmap_lookup_pt_page(pmap, va)) !=
3464             NULL)
3465                 pmap_remove_pt_page(pmap, mpte);
3466         else {
3467                 KASSERT((oldpde & PG_W) == 0,
3468                     ("pmap_demote_pde: page table page for a wired mapping"
3469                     " is missing"));
3470
3471                 /*
3472                  * Invalidate the 2MB page mapping and return "failure" if the
3473                  * mapping was never accessed or the allocation of the new
3474                  * page table page fails.  If the 2MB page mapping belongs to
3475                  * the direct map region of the kernel's address space, then
3476                  * the page allocation request specifies the highest possible
3477                  * priority (VM_ALLOC_INTERRUPT).  Otherwise, the priority is
3478                  * normal.  Page table pages are preallocated for every other
3479                  * part of the kernel address space, so the direct map region
3480                  * is the only part of the kernel address space that must be
3481                  * handled here.
3482                  */
3483                 if ((oldpde & PG_A) == 0 || (mpte = vm_page_alloc(NULL,
3484                     pmap_pde_pindex(va), (va >= DMAP_MIN_ADDRESS && va <
3485                     DMAP_MAX_ADDRESS ? VM_ALLOC_INTERRUPT : VM_ALLOC_NORMAL) |
3486                     VM_ALLOC_NOOBJ | VM_ALLOC_WIRED)) == NULL) {
3487                         SLIST_INIT(&free);
3488                         sva = trunc_2mpage(va);
3489                         pmap_remove_pde(pmap, pde, sva, &free, lockp);
3490                         pmap_invalidate_range(pmap, sva, sva + NBPDR - 1);
3491                         pmap_free_zero_pages(&free);
3492                         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_demote_pde: failure for va %#lx"
3493                             " in pmap %p", va, pmap);
3494                         return (FALSE);
3495                 }
3496                 if (va < VM_MAXUSER_ADDRESS)
3497                         pmap_resident_count_inc(pmap, 1);
3498         }
3499         mptepa = VM_PAGE_TO_PHYS(mpte);
3500         firstpte = (pt_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(mptepa);
3501         newpde = mptepa | PG_M | PG_A | (oldpde & PG_U) | PG_RW | PG_V;
3502         KASSERT((oldpde & PG_A) != 0,
3503             ("pmap_demote_pde: oldpde is missing PG_A"));
3504         KASSERT((oldpde & (PG_M | PG_RW)) != PG_RW,
3505             ("pmap_demote_pde: oldpde is missing PG_M"));
3506         newpte = oldpde & ~PG_PS;
3507         newpte = pmap_swap_pat(pmap, newpte);
3508
3509         /*
3510          * If the page table page is new, initialize it.
3511          */
3512         if (mpte->wire_count == 1) {
3513                 mpte->wire_count = NPTEPG;
3514                 pmap_fill_ptp(firstpte, newpte);
3515         }
3516         KASSERT((*firstpte & PG_FRAME) == (newpte & PG_FRAME),
3517             ("pmap_demote_pde: firstpte and newpte map different physical"
3518             " addresses"));
3519
3520         /*
3521          * If the mapping has changed attributes, update the page table
3522          * entries.
3523          */
3524         if ((*firstpte & PG_PTE_PROMOTE) != (newpte & PG_PTE_PROMOTE))
3525                 pmap_fill_ptp(firstpte, newpte);
3526
3527         /*
3528          * The spare PV entries must be reserved prior to demoting the
3529          * mapping, that is, prior to changing the PDE.  Otherwise, the state
3530          * of the PDE and the PV lists will be inconsistent, which can result
3531          * in reclaim_pv_chunk() attempting to remove a PV entry from the
3532          * wrong PV list and pmap_pv_demote_pde() failing to find the expected
3533          * PV entry for the 2MB page mapping that is being demoted.
3534          */
3535         if ((oldpde & PG_MANAGED) != 0)
3536                 reserve_pv_entries(pmap, NPTEPG - 1, lockp);
3537
3538         /*
3539          * Demote the mapping.  This pmap is locked.  The old PDE has
3540          * PG_A set.  If the old PDE has PG_RW set, it also has PG_M
3541          * set.  Thus, there is no danger of a race with another
3542          * processor changing the setting of PG_A and/or PG_M between
3543          * the read above and the store below. 
3544          */
3545         if (workaround_erratum383)
3546                 pmap_update_pde(pmap, va, pde, newpde);
3547         else
3548                 pde_store(pde, newpde);
3549
3550         /*
3551          * Invalidate a stale recursive mapping of the page table page.
3552          */
3553         if (va >= VM_MAXUSER_ADDRESS)
3554                 pmap_invalidate_page(pmap, (vm_offset_t)vtopte(va));
3555
3556         /*
3557          * Demote the PV entry.
3558          */
3559         if ((oldpde & PG_MANAGED) != 0)
3560                 pmap_pv_demote_pde(pmap, va, oldpde & PG_PS_FRAME, lockp);
3561
3562         atomic_add_long(&pmap_pde_demotions, 1);
3563         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_demote_pde: success for va %#lx"
3564             " in pmap %p", va, pmap);
3565         return (TRUE);
3566 }
3567
3568 /*
3569  * pmap_remove_kernel_pde: Remove a kernel superpage mapping.
3570  */
3571 static void
3572 pmap_remove_kernel_pde(pmap_t pmap, pd_entry_t *pde, vm_offset_t va)
3573 {
3574         pd_entry_t newpde;
3575         vm_paddr_t mptepa;
3576         vm_page_t mpte;
3577
3578         KASSERT(pmap == kernel_pmap, ("pmap %p is not kernel_pmap", pmap));
3579         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
3580         mpte = pmap_lookup_pt_page(pmap, va);
3581         if (mpte == NULL)
3582                 panic("pmap_remove_kernel_pde: Missing pt page.");
3583
3584         pmap_remove_pt_page(pmap, mpte);
3585         mptepa = VM_PAGE_TO_PHYS(mpte);
3586         newpde = mptepa | X86_PG_M | X86_PG_A | X86_PG_RW | X86_PG_V;
3587
3588         /*
3589          * Initialize the page table page.
3590          */
3591         pagezero((void *)PHYS_TO_DMAP(mptepa));
3592
3593         /*
3594          * Demote the mapping.
3595          */
3596         if (workaround_erratum383)
3597                 pmap_update_pde(pmap, va, pde, newpde);
3598         else
3599                 pde_store(pde, newpde);
3600
3601         /*
3602          * Invalidate a stale recursive mapping of the page table page.
3603          */
3604         pmap_invalidate_page(pmap, (vm_offset_t)vtopte(va));
3605 }
3606
3607 /*
3608  * pmap_remove_pde: do the things to unmap a superpage in a process
3609  */
3610 static int
3611 pmap_remove_pde(pmap_t pmap, pd_entry_t *pdq, vm_offset_t sva,
3612     struct spglist *free, struct rwlock **lockp)
3613 {
3614         struct md_page *pvh;
3615         pd_entry_t oldpde;
3616         vm_offset_t eva, va;
3617         vm_page_t m, mpte;
3618         pt_entry_t PG_G, PG_A, PG_M, PG_RW;
3619
3620         PG_G = pmap_global_bit(pmap);
3621         PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
3622         PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
3623         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
3624
3625         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
3626         KASSERT((sva & PDRMASK) == 0,
3627             ("pmap_remove_pde: sva is not 2mpage aligned"));
3628         oldpde = pte_load_clear(pdq);
3629         if (oldpde & PG_W)
3630                 pmap->pm_stats.wired_count -= NBPDR / PAGE_SIZE;
3631
3632         /*
3633          * When workaround_erratum383 is false, a promotion to a 2M
3634          * page mapping does not invalidate the 512 4K page mappings
3635          * from the TLB.  Consequently, at this point, the TLB may
3636          * hold both 4K and 2M page mappings.  Therefore, the entire
3637          * range of addresses must be invalidated here.  In contrast,
3638          * when workaround_erratum383 is true, a promotion does
3639          * invalidate the 512 4K page mappings, and so a single INVLPG
3640          * suffices to invalidate the 2M page mapping.
3641          */
3642         if ((oldpde & PG_G) != 0) {
3643                 if (workaround_erratum383)
3644                         pmap_invalidate_page(kernel_pmap, sva);
3645                 else
3646                         pmap_invalidate_range(kernel_pmap, sva,
3647                             sva + NBPDR - 1);
3648         }
3649
3650         pmap_resident_count_dec(pmap, NBPDR / PAGE_SIZE);
3651         if (oldpde & PG_MANAGED) {
3652                 CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_PHYS(lockp, oldpde & PG_PS_FRAME);
3653                 pvh = pa_to_pvh(oldpde & PG_PS_FRAME);
3654                 pmap_pvh_free(pvh, pmap, sva);
3655                 eva = sva + NBPDR;
3656                 for (va = sva, m = PHYS_TO_VM_PAGE(oldpde & PG_PS_FRAME);
3657                     va < eva; va += PAGE_SIZE, m++) {
3658                         if ((oldpde & (PG_M | PG_RW)) == (PG_M | PG_RW))
3659                                 vm_page_dirty(m);
3660                         if (oldpde & PG_A)
3661                                 vm_page_aflag_set(m, PGA_REFERENCED);
3662                         if (TAILQ_EMPTY(&m->md.pv_list) &&
3663                             TAILQ_EMPTY(&pvh->pv_list))
3664                                 vm_page_aflag_clear(m, PGA_WRITEABLE);
3665                         pmap_delayed_invl_page(m);
3666                 }
3667         }
3668         if (pmap == kernel_pmap) {
3669                 pmap_remove_kernel_pde(pmap, pdq, sva);
3670         } else {
3671                 mpte = pmap_lookup_pt_page(pmap, sva);
3672                 if (mpte != NULL) {
3673                         pmap_remove_pt_page(pmap, mpte);
3674                         pmap_resident_count_dec(pmap, 1);
3675                         KASSERT(mpte->wire_count == NPTEPG,
3676                             ("pmap_remove_pde: pte page wire count error"));
3677                         mpte->wire_count = 0;
3678                         pmap_add_delayed_free_list(mpte, free, FALSE);
3679                         atomic_subtract_int(&vm_cnt.v_wire_count, 1);
3680                 }
3681         }
3682         return (pmap_unuse_pt(pmap, sva, *pmap_pdpe(pmap, sva), free));
3683 }
3684
3685 /*
3686  * pmap_remove_pte: do the things to unmap a page in a process
3687  */
3688 static int
3689 pmap_remove_pte(pmap_t pmap, pt_entry_t *ptq, vm_offset_t va, 
3690     pd_entry_t ptepde, struct spglist *free, struct rwlock **lockp)
3691 {
3692         struct md_page *pvh;
3693         pt_entry_t oldpte, PG_A, PG_M, PG_RW;
3694         vm_page_t m;
3695
3696         PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
3697         PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
3698         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
3699
3700         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
3701         oldpte = pte_load_clear(ptq);
3702         if (oldpte & PG_W)
3703                 pmap->pm_stats.wired_count -= 1;
3704         pmap_resident_count_dec(pmap, 1);
3705         if (oldpte & PG_MANAGED) {
3706                 m = PHYS_TO_VM_PAGE(oldpte & PG_FRAME);
3707                 if ((oldpte & (PG_M | PG_RW)) == (PG_M | PG_RW))
3708                         vm_page_dirty(m);
3709                 if (oldpte & PG_A)
3710                         vm_page_aflag_set(m, PGA_REFERENCED);
3711                 CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_VM_PAGE(lockp, m);
3712                 pmap_pvh_free(&m->md, pmap, va);
3713                 if (TAILQ_EMPTY(&m->md.pv_list) &&
3714                     (m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0) {
3715                         pvh = pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
3716                         if (TAILQ_EMPTY(&pvh->pv_list))
3717                                 vm_page_aflag_clear(m, PGA_WRITEABLE);
3718                 }
3719                 pmap_delayed_invl_page(m);
3720         }
3721         return (pmap_unuse_pt(pmap, va, ptepde, free));
3722 }
3723
3724 /*
3725  * Remove a single page from a process address space
3726  */
3727 static void
3728 pmap_remove_page(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t *pde,
3729     struct spglist *free)
3730 {
3731         struct rwlock *lock;
3732         pt_entry_t *pte, PG_V;
3733
3734         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
3735         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
3736         if ((*pde & PG_V) == 0)
3737                 return;
3738         pte = pmap_pde_to_pte(pde, va);
3739         if ((*pte & PG_V) == 0)
3740                 return;
3741         lock = NULL;
3742         pmap_remove_pte(pmap, pte, va, *pde, free, &lock);
3743         if (lock != NULL)
3744                 rw_wunlock(lock);
3745         pmap_invalidate_page(pmap, va);
3746 }
3747
3748 /*
3749  *      Remove the given range of addresses from the specified map.
3750  *
3751  *      It is assumed that the start and end are properly
3752  *      rounded to the page size.
3753  */
3754 void
3755 pmap_remove(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
3756 {
3757         struct rwlock *lock;
3758         vm_offset_t va, va_next;
3759         pml4_entry_t *pml4e;
3760         pdp_entry_t *pdpe;
3761         pd_entry_t ptpaddr, *pde;
3762         pt_entry_t *pte, PG_G, PG_V;
3763         struct spglist free;
3764         int anyvalid;
3765
3766         PG_G = pmap_global_bit(pmap);
3767         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
3768
3769         /*
3770          * Perform an unsynchronized read.  This is, however, safe.
3771          */
3772         if (pmap->pm_stats.resident_count == 0)
3773                 return;
3774
3775         anyvalid = 0;
3776         SLIST_INIT(&free);
3777
3778         pmap_delayed_invl_started();
3779         PMAP_LOCK(pmap);
3780
3781         /*
3782          * special handling of removing one page.  a very
3783          * common operation and easy to short circuit some
3784          * code.
3785          */
3786         if (sva + PAGE_SIZE == eva) {
3787                 pde = pmap_pde(pmap, sva);
3788                 if (pde && (*pde & PG_PS) == 0) {
3789                         pmap_remove_page(pmap, sva, pde, &free);
3790                         goto out;
3791                 }
3792         }
3793
3794         lock = NULL;
3795         for (; sva < eva; sva = va_next) {
3796
3797                 if (pmap->pm_stats.resident_count == 0)
3798                         break;
3799
3800                 pml4e = pmap_pml4e(pmap, sva);
3801                 if ((*pml4e & PG_V) == 0) {
3802                         va_next = (sva + NBPML4) & ~PML4MASK;
3803                         if (va_next < sva)
3804                                 va_next = eva;
3805                         continue;
3806                 }
3807
3808                 pdpe = pmap_pml4e_to_pdpe(pml4e, sva);
3809                 if ((*pdpe & PG_V) == 0) {
3810                         va_next = (sva + NBPDP) & ~PDPMASK;
3811                         if (va_next < sva)
3812                                 va_next = eva;
3813                         continue;
3814                 }
3815
3816                 /*
3817                  * Calculate index for next page table.
3818                  */
3819                 va_next = (sva + NBPDR) & ~PDRMASK;
3820                 if (va_next < sva)
3821                         va_next = eva;
3822
3823                 pde = pmap_pdpe_to_pde(pdpe, sva);
3824                 ptpaddr = *pde;
3825
3826                 /*
3827                  * Weed out invalid mappings.
3828                  */
3829                 if (ptpaddr == 0)
3830                         continue;
3831
3832                 /*
3833                  * Check for large page.
3834                  */
3835                 if ((ptpaddr & PG_PS) != 0) {
3836                         /*
3837                          * Are we removing the entire large page?  If not,
3838                          * demote the mapping and fall through.
3839                          */
3840                         if (sva + NBPDR == va_next && eva >= va_next) {
3841                                 /*
3842                                  * The TLB entry for a PG_G mapping is
3843                                  * invalidated by pmap_remove_pde().
3844                                  */
3845                                 if ((ptpaddr & PG_G) == 0)
3846                                         anyvalid = 1;
3847                                 pmap_remove_pde(pmap, pde, sva, &free, &lock);
3848                                 continue;
3849                         } else if (!pmap_demote_pde_locked(pmap, pde, sva,
3850                             &lock)) {
3851                                 /* The large page mapping was destroyed. */
3852                                 continue;
3853                         } else
3854                                 ptpaddr = *pde;
3855                 }
3856
3857                 /*
3858                  * Limit our scan to either the end of the va represented
3859                  * by the current page table page, or to the end of the
3860                  * range being removed.
3861                  */
3862                 if (va_next > eva)
3863                         va_next = eva;
3864
3865                 va = va_next;
3866                 for (pte = pmap_pde_to_pte(pde, sva); sva != va_next; pte++,
3867                     sva += PAGE_SIZE) {
3868                         if (*pte == 0) {
3869                                 if (va != va_next) {
3870                                         pmap_invalidate_range(pmap, va, sva);
3871                                         va = va_next;
3872                                 }
3873                                 continue;
3874                         }
3875                         if ((*pte & PG_G) == 0)
3876                                 anyvalid = 1;
3877                         else if (va == va_next)
3878                                 va = sva;
3879                         if (pmap_remove_pte(pmap, pte, sva, ptpaddr, &free,
3880                             &lock)) {
3881                                 sva += PAGE_SIZE;
3882                                 break;
3883                         }
3884                 }
3885                 if (va != va_next)
3886                         pmap_invalidate_range(pmap, va, sva);
3887         }
3888         if (lock != NULL)
3889                 rw_wunlock(lock);
3890 out:
3891         if (anyvalid)
3892                 pmap_invalidate_all(pmap);
3893         PMAP_UNLOCK(pmap);
3894         pmap_delayed_invl_finished();
3895         pmap_free_zero_pages(&free);
3896 }
3897
3898 /*
3899  *      Routine:        pmap_remove_all
3900  *      Function:
3901  *              Removes this physical page from
3902  *              all physical maps in which it resides.
3903  *              Reflects back modify bits to the pager.
3904  *
3905  *      Notes:
3906  *              Original versions of this routine were very
3907  *              inefficient because they iteratively called
3908  *              pmap_remove (slow...)
3909  */
3910
3911 void
3912 pmap_remove_all(vm_page_t m)
3913 {
3914         struct md_page *pvh;
3915         pv_entry_t pv;
3916         pmap_t pmap;
3917         struct rwlock *lock;
3918         pt_entry_t *pte, tpte, PG_A, PG_M, PG_RW;
3919         pd_entry_t *pde;
3920         vm_offset_t va;
3921         struct spglist free;
3922         int pvh_gen, md_gen;
3923
3924         KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
3925             ("pmap_remove_all: page %p is not managed", m));
3926         SLIST_INIT(&free);
3927         lock = VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m);
3928         pvh = (m->flags & PG_FICTITIOUS) != 0 ? &pv_dummy :
3929             pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
3930 retry:
3931         rw_wlock(lock);
3932         while ((pv = TAILQ_FIRST(&pvh->pv_list)) != NULL) {
3933                 pmap = PV_PMAP(pv);
3934                 if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
3935                         pvh_gen = pvh->pv_gen;
3936                         rw_wunlock(lock);
3937                         PMAP_LOCK(pmap);
3938                         rw_wlock(lock);
3939                         if (pvh_gen != pvh->pv_gen) {
3940                                 rw_wunlock(lock);
3941                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
3942                                 goto retry;
3943                         }
3944                 }
3945                 va = pv->pv_va;
3946                 pde = pmap_pde(pmap, va);
3947                 (void)pmap_demote_pde_locked(pmap, pde, va, &lock);
3948                 PMAP_UNLOCK(pmap);
3949         }
3950         while ((pv = TAILQ_FIRST(&m->md.pv_list)) != NULL) {
3951                 pmap = PV_PMAP(pv);
3952                 if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
3953                         pvh_gen = pvh->pv_gen;
3954                         md_gen = m->md.pv_gen;
3955                         rw_wunlock(lock);
3956                         PMAP_LOCK(pmap);
3957                         rw_wlock(lock);
3958                         if (pvh_gen != pvh->pv_gen || md_gen != m->md.pv_gen) {
3959                                 rw_wunlock(lock);
3960                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
3961                                 goto retry;
3962                         }
3963                 }
3964                 PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
3965                 PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
3966                 PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
3967                 pmap_resident_count_dec(pmap, 1);
3968                 pde = pmap_pde(pmap, pv->pv_va);
3969                 KASSERT((*pde & PG_PS) == 0, ("pmap_remove_all: found"
3970                     " a 2mpage in page %p's pv list", m));
3971                 pte = pmap_pde_to_pte(pde, pv->pv_va);
3972                 tpte = pte_load_clear(pte);
3973                 if (tpte & PG_W)
3974                         pmap->pm_stats.wired_count--;
3975                 if (tpte & PG_A)
3976                         vm_page_aflag_set(m, PGA_REFERENCED);
3977
3978                 /*
3979                  * Update the vm_page_t clean and reference bits.
3980                  */
3981                 if ((tpte & (PG_M | PG_RW)) == (PG_M | PG_RW))
3982                         vm_page_dirty(m);
3983                 pmap_unuse_pt(pmap, pv->pv_va, *pde, &free);
3984                 pmap_invalidate_page(pmap, pv->pv_va);
3985                 TAILQ_REMOVE(&m->md.pv_list, pv, pv_next);
3986                 m->md.pv_gen++;
3987                 free_pv_entry(pmap, pv);
3988                 PMAP_UNLOCK(pmap);
3989         }
3990         vm_page_aflag_clear(m, PGA_WRITEABLE);
3991         rw_wunlock(lock);
3992         pmap_delayed_invl_wait(m);
3993         pmap_free_zero_pages(&free);
3994 }
3995
3996 /*
3997  * pmap_protect_pde: do the things to protect a 2mpage in a process
3998  */
3999 static boolean_t
4000 pmap_protect_pde(pmap_t pmap, pd_entry_t *pde, vm_offset_t sva, vm_prot_t prot)
4001 {
4002         pd_entry_t newpde, oldpde;
4003         vm_offset_t eva, va;
4004         vm_page_t m;
4005         boolean_t anychanged;
4006         pt_entry_t PG_G, PG_M, PG_RW;
4007
4008         PG_G = pmap_global_bit(pmap);
4009         PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
4010         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
4011
4012         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
4013         KASSERT((sva & PDRMASK) == 0,
4014             ("pmap_protect_pde: sva is not 2mpage aligned"));
4015         anychanged = FALSE;
4016 retry:
4017         oldpde = newpde = *pde;
4018         if ((oldpde & (PG_MANAGED | PG_M | PG_RW)) ==
4019             (PG_MANAGED | PG_M | PG_RW)) {
4020                 eva = sva + NBPDR;
4021                 for (va = sva, m = PHYS_TO_VM_PAGE(oldpde & PG_PS_FRAME);
4022                     va < eva; va += PAGE_SIZE, m++)
4023                         vm_page_dirty(m);
4024         }
4025         if ((prot & VM_PROT_WRITE) == 0)
4026                 newpde &= ~(PG_RW | PG_M);
4027         if ((prot & VM_PROT_EXECUTE) == 0)
4028                 newpde |= pg_nx;
4029         if (newpde != oldpde) {
4030                 if (!atomic_cmpset_long(pde, oldpde, newpde))
4031                         goto retry;
4032                 if (oldpde & PG_G) {
4033                         /* See pmap_remove_pde() for explanation. */
4034                         if (workaround_erratum383)
4035                                 pmap_invalidate_page(kernel_pmap, sva);
4036                         else
4037                                 pmap_invalidate_range(kernel_pmap, sva,
4038                                     sva + NBPDR - 1);
4039                 } else
4040                         anychanged = TRUE;
4041         }
4042         return (anychanged);
4043 }
4044
4045 /*
4046  *      Set the physical protection on the
4047  *      specified range of this map as requested.
4048  */
4049 void
4050 pmap_protect(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva, vm_prot_t prot)
4051 {
4052         vm_offset_t va_next;
4053         pml4_entry_t *pml4e;
4054         pdp_entry_t *pdpe;
4055         pd_entry_t ptpaddr, *pde;
4056         pt_entry_t *pte, PG_G, PG_M, PG_RW, PG_V;
4057         boolean_t anychanged;
4058
4059         KASSERT((prot & ~VM_PROT_ALL) == 0, ("invalid prot %x", prot));
4060         if (prot == VM_PROT_NONE) {
4061                 pmap_remove(pmap, sva, eva);
4062                 return;
4063         }
4064
4065         if ((prot & (VM_PROT_WRITE|VM_PROT_EXECUTE)) ==
4066             (VM_PROT_WRITE|VM_PROT_EXECUTE))
4067                 return;
4068
4069         PG_G = pmap_global_bit(pmap);
4070         PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
4071         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
4072         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
4073         anychanged = FALSE;
4074
4075         PMAP_LOCK(pmap);
4076         for (; sva < eva; sva = va_next) {
4077
4078                 pml4e = pmap_pml4e(pmap, sva);
4079                 if ((*pml4e & PG_V) == 0) {
4080                         va_next = (sva + NBPML4) & ~PML4MASK;
4081                         if (va_next < sva)
4082                                 va_next = eva;
4083                         continue;
4084                 }
4085
4086                 pdpe = pmap_pml4e_to_pdpe(pml4e, sva);
4087                 if ((*pdpe & PG_V) == 0) {
4088                         va_next = (sva + NBPDP) & ~PDPMASK;
4089                         if (va_next < sva)
4090                                 va_next = eva;
4091                         continue;
4092                 }
4093
4094                 va_next = (sva + NBPDR) & ~PDRMASK;
4095                 if (va_next < sva)
4096                         va_next = eva;
4097
4098                 pde = pmap_pdpe_to_pde(pdpe, sva);
4099                 ptpaddr = *pde;
4100
4101                 /*
4102                  * Weed out invalid mappings.
4103                  */
4104                 if (ptpaddr == 0)
4105                         continue;
4106
4107                 /*
4108                  * Check for large page.
4109                  */
4110                 if ((ptpaddr & PG_PS) != 0) {
4111                         /*
4112                          * Are we protecting the entire large page?  If not,
4113                          * demote the mapping and fall through.
4114                          */
4115                         if (sva + NBPDR == va_next && eva >= va_next) {
4116                                 /*
4117                                  * The TLB entry for a PG_G mapping is
4118                                  * invalidated by pmap_protect_pde().
4119                                  */
4120                                 if (pmap_protect_pde(pmap, pde, sva, prot))
4121                                         anychanged = TRUE;
4122                                 continue;
4123                         } else if (!pmap_demote_pde(pmap, pde, sva)) {
4124                                 /*
4125                                  * The large page mapping was destroyed.
4126                                  */
4127                                 continue;
4128                         }
4129                 }
4130
4131                 if (va_next > eva)
4132                         va_next = eva;
4133
4134                 for (pte = pmap_pde_to_pte(pde, sva); sva != va_next; pte++,
4135                     sva += PAGE_SIZE) {
4136                         pt_entry_t obits, pbits;
4137                         vm_page_t m;
4138
4139 retry:
4140                         obits = pbits = *pte;
4141                         if ((pbits & PG_V) == 0)
4142                                 continue;
4143
4144                         if ((prot & VM_PROT_WRITE) == 0) {
4145                                 if ((pbits & (PG_MANAGED | PG_M | PG_RW)) ==
4146                                     (PG_MANAGED | PG_M | PG_RW)) {
4147                                         m = PHYS_TO_VM_PAGE(pbits & PG_FRAME);
4148                                         vm_page_dirty(m);
4149                                 }
4150                                 pbits &= ~(PG_RW | PG_M);
4151                         }
4152                         if ((prot & VM_PROT_EXECUTE) == 0)
4153                                 pbits |= pg_nx;
4154
4155                         if (pbits != obits) {
4156                                 if (!atomic_cmpset_long(pte, obits, pbits))
4157                                         goto retry;
4158                                 if (obits & PG_G)
4159                                         pmap_invalidate_page(pmap, sva);
4160                                 else
4161                                         anychanged = TRUE;
4162                         }
4163                 }
4164         }
4165         if (anychanged)
4166                 pmap_invalidate_all(pmap);
4167         PMAP_UNLOCK(pmap);
4168 }
4169
4170 /*
4171  * Tries to promote the 512, contiguous 4KB page mappings that are within a
4172  * single page table page (PTP) to a single 2MB page mapping.  For promotion
4173  * to occur, two conditions must be met: (1) the 4KB page mappings must map
4174  * aligned, contiguous physical memory and (2) the 4KB page mappings must have
4175  * identical characteristics. 
4176  */
4177 static void
4178 pmap_promote_pde(pmap_t pmap, pd_entry_t *pde, vm_offset_t va,
4179     struct rwlock **lockp)
4180 {
4181         pd_entry_t newpde;
4182         pt_entry_t *firstpte, oldpte, pa, *pte;
4183         pt_entry_t PG_G, PG_A, PG_M, PG_RW, PG_V;
4184         vm_page_t mpte;
4185         int PG_PTE_CACHE;
4186
4187         PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
4188         PG_G = pmap_global_bit(pmap);
4189         PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
4190         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
4191         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
4192         PG_PTE_CACHE = pmap_cache_mask(pmap, 0);
4193
4194         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
4195
4196         /*
4197          * Examine the first PTE in the specified PTP.  Abort if this PTE is
4198          * either invalid, unused, or does not map the first 4KB physical page
4199          * within a 2MB page. 
4200          */
4201         firstpte = (pt_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(*pde & PG_FRAME);
4202 setpde:
4203         newpde = *firstpte;
4204         if ((newpde & ((PG_FRAME & PDRMASK) | PG_A | PG_V)) != (PG_A | PG_V)) {
4205                 atomic_add_long(&pmap_pde_p_failures, 1);
4206                 CTR2(KTR_PMAP, "pmap_promote_pde: failure for va %#lx"
4207                     " in pmap %p", va, pmap);
4208                 return;
4209         }
4210         if ((newpde & (PG_M | PG_RW)) == PG_RW) {
4211                 /*
4212                  * When PG_M is already clear, PG_RW can be cleared without
4213                  * a TLB invalidation.
4214                  */
4215                 if (!atomic_cmpset_long(firstpte, newpde, newpde & ~PG_RW))
4216                         goto setpde;
4217                 newpde &= ~PG_RW;
4218         }
4219
4220         /*
4221          * Examine each of the other PTEs in the specified PTP.  Abort if this
4222          * PTE maps an unexpected 4KB physical page or does not have identical
4223          * characteristics to the first PTE.
4224          */
4225         pa = (newpde & (PG_PS_FRAME | PG_A | PG_V)) + NBPDR - PAGE_SIZE;
4226         for (pte = firstpte + NPTEPG - 1; pte > firstpte; pte--) {
4227 setpte:
4228                 oldpte = *pte;
4229                 if ((oldpte & (PG_FRAME | PG_A | PG_V)) != pa) {
4230                         atomic_add_long(&pmap_pde_p_failures, 1);
4231                         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_promote_pde: failure for va %#lx"
4232                             " in pmap %p", va, pmap);
4233                         return;
4234                 }
4235                 if ((oldpte & (PG_M | PG_RW)) == PG_RW) {
4236                         /*
4237                          * When PG_M is already clear, PG_RW can be cleared
4238                          * without a TLB invalidation.
4239                          */
4240                         if (!atomic_cmpset_long(pte, oldpte, oldpte & ~PG_RW))
4241                                 goto setpte;
4242                         oldpte &= ~PG_RW;
4243                         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_promote_pde: protect for va %#lx"
4244                             " in pmap %p", (oldpte & PG_FRAME & PDRMASK) |
4245                             (va & ~PDRMASK), pmap);
4246                 }
4247                 if ((oldpte & PG_PTE_PROMOTE) != (newpde & PG_PTE_PROMOTE)) {
4248                         atomic_add_long(&pmap_pde_p_failures, 1);
4249                         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_promote_pde: failure for va %#lx"
4250                             " in pmap %p", va, pmap);
4251                         return;
4252                 }
4253                 pa -= PAGE_SIZE;
4254         }
4255
4256         /*
4257          * Save the page table page in its current state until the PDE
4258          * mapping the superpage is demoted by pmap_demote_pde() or
4259          * destroyed by pmap_remove_pde(). 
4260          */
4261         mpte = PHYS_TO_VM_PAGE(*pde & PG_FRAME);
4262         KASSERT(mpte >= vm_page_array &&
4263             mpte < &vm_page_array[vm_page_array_size],
4264             ("pmap_promote_pde: page table page is out of range"));
4265         KASSERT(mpte->pindex == pmap_pde_pindex(va),
4266             ("pmap_promote_pde: page table page's pindex is wrong"));
4267         if (pmap_insert_pt_page(pmap, mpte)) {
4268                 atomic_add_long(&pmap_pde_p_failures, 1);
4269                 CTR2(KTR_PMAP,
4270                     "pmap_promote_pde: failure for va %#lx in pmap %p", va,
4271                     pmap);
4272                 return;
4273         }
4274
4275         /*
4276          * Promote the pv entries.
4277          */
4278         if ((newpde & PG_MANAGED) != 0)
4279                 pmap_pv_promote_pde(pmap, va, newpde & PG_PS_FRAME, lockp);
4280
4281         /*
4282          * Propagate the PAT index to its proper position.
4283          */
4284         newpde = pmap_swap_pat(pmap, newpde);
4285
4286         /*
4287          * Map the superpage.
4288          */
4289         if (workaround_erratum383)
4290                 pmap_update_pde(pmap, va, pde, PG_PS | newpde);
4291         else
4292                 pde_store(pde, PG_PS | newpde);
4293
4294         atomic_add_long(&pmap_pde_promotions, 1);
4295         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_promote_pde: success for va %#lx"
4296             " in pmap %p", va, pmap);
4297 }
4298
4299 /*
4300  *      Insert the given physical page (p) at
4301  *      the specified virtual address (v) in the
4302  *      target physical map with the protection requested.
4303  *
4304  *      If specified, the page will be wired down, meaning
4305  *      that the related pte can not be reclaimed.
4306  *
4307  *      NB:  This is the only routine which MAY NOT lazy-evaluate
4308  *      or lose information.  That is, this routine must actually
4309  *      insert this page into the given map NOW.
4310  *
4311  *      When destroying both a page table and PV entry, this function
4312  *      performs the TLB invalidation before releasing the PV list
4313  *      lock, so we do not need pmap_delayed_invl_page() calls here.
4314  */
4315 int
4316 pmap_enter(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m, vm_prot_t prot,
4317     u_int flags, int8_t psind __unused)
4318 {
4319         struct rwlock *lock;
4320         pd_entry_t *pde;
4321         pt_entry_t *pte, PG_G, PG_A, PG_M, PG_RW, PG_V;
4322         pt_entry_t newpte, origpte;
4323         pv_entry_t pv;
4324         vm_paddr_t opa, pa;
4325         vm_page_t mpte, om;
4326         boolean_t nosleep;
4327
4328         PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
4329         PG_G = pmap_global_bit(pmap);
4330         PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
4331         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
4332         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
4333
4334         va = trunc_page(va);
4335         KASSERT(va <= VM_MAX_KERNEL_ADDRESS, ("pmap_enter: toobig"));
4336         KASSERT(va < UPT_MIN_ADDRESS || va >= UPT_MAX_ADDRESS,
4337             ("pmap_enter: invalid to pmap_enter page table pages (va: 0x%lx)",
4338             va));
4339         KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) != 0 || va < kmi.clean_sva ||
4340             va >= kmi.clean_eva,
4341             ("pmap_enter: managed mapping within the clean submap"));
4342         if ((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0 && !vm_page_xbusied(m))
4343                 VM_OBJECT_ASSERT_LOCKED(m->object);
4344         pa = VM_PAGE_TO_PHYS(m);
4345         newpte = (pt_entry_t)(pa | PG_A | PG_V);
4346         if ((flags & VM_PROT_WRITE) != 0)
4347                 newpte |= PG_M;
4348         if ((prot & VM_PROT_WRITE) != 0)
4349                 newpte |= PG_RW;
4350         KASSERT((newpte & (PG_M | PG_RW)) != PG_M,
4351             ("pmap_enter: flags includes VM_PROT_WRITE but prot doesn't"));
4352         if ((prot & VM_PROT_EXECUTE) == 0)
4353                 newpte |= pg_nx;
4354         if ((flags & PMAP_ENTER_WIRED) != 0)
4355                 newpte |= PG_W;
4356         if (va < VM_MAXUSER_ADDRESS)
4357                 newpte |= PG_U;
4358         if (pmap == kernel_pmap)
4359                 newpte |= PG_G;
4360         newpte |= pmap_cache_bits(pmap, m->md.pat_mode, 0);
4361
4362         /*
4363          * Set modified bit gratuitously for writeable mappings if
4364          * the page is unmanaged. We do not want to take a fault
4365          * to do the dirty bit accounting for these mappings.
4366          */
4367         if ((m->oflags & VPO_UNMANAGED) != 0) {
4368                 if ((newpte & PG_RW) != 0)
4369                         newpte |= PG_M;
4370         }
4371
4372         mpte = NULL;
4373
4374         lock = NULL;
4375         PMAP_LOCK(pmap);
4376
4377         /*
4378          * In the case that a page table page is not
4379          * resident, we are creating it here.
4380          */
4381 retry:
4382         pde = pmap_pde(pmap, va);
4383         if (pde != NULL && (*pde & PG_V) != 0 && ((*pde & PG_PS) == 0 ||
4384             pmap_demote_pde_locked(pmap, pde, va, &lock))) {
4385                 pte = pmap_pde_to_pte(pde, va);
4386                 if (va < VM_MAXUSER_ADDRESS && mpte == NULL) {
4387                         mpte = PHYS_TO_VM_PAGE(*pde & PG_FRAME);
4388                         mpte->wire_count++;
4389                 }
4390         } else if (va < VM_MAXUSER_ADDRESS) {
4391                 /*
4392                  * Here if the pte page isn't mapped, or if it has been
4393                  * deallocated.
4394                  */
4395                 nosleep = (flags & PMAP_ENTER_NOSLEEP) != 0;
4396                 mpte = _pmap_allocpte(pmap, pmap_pde_pindex(va),
4397                     nosleep ? NULL : &lock);
4398                 if (mpte == NULL && nosleep) {
4399                         if (lock != NULL)
4400                                 rw_wunlock(lock);
4401                         PMAP_UNLOCK(pmap);
4402                         return (KERN_RESOURCE_SHORTAGE);
4403                 }
4404                 goto retry;
4405         } else
4406                 panic("pmap_enter: invalid page directory va=%#lx", va);
4407
4408         origpte = *pte;
4409
4410         /*
4411          * Is the specified virtual address already mapped?
4412          */
4413         if ((origpte & PG_V) != 0) {
4414                 /*
4415                  * Wiring change, just update stats. We don't worry about
4416                  * wiring PT pages as they remain resident as long as there
4417                  * are valid mappings in them. Hence, if a user page is wired,
4418                  * the PT page will be also.
4419                  */
4420                 if ((newpte & PG_W) != 0 && (origpte & PG_W) == 0)
4421                         pmap->pm_stats.wired_count++;
4422                 else if ((newpte & PG_W) == 0 && (origpte & PG_W) != 0)
4423                         pmap->pm_stats.wired_count--;
4424
4425                 /*
4426                  * Remove the extra PT page reference.
4427                  */
4428                 if (mpte != NULL) {
4429                         mpte->wire_count--;
4430                         KASSERT(mpte->wire_count > 0,
4431                             ("pmap_enter: missing reference to page table page,"
4432                              " va: 0x%lx", va));
4433                 }
4434
4435                 /*
4436                  * Has the physical page changed?
4437                  */
4438                 opa = origpte & PG_FRAME;
4439                 if (opa == pa) {
4440                         /*
4441                          * No, might be a protection or wiring change.
4442                          */
4443                         if ((origpte & PG_MANAGED) != 0) {
4444                                 newpte |= PG_MANAGED;
4445                                 if ((newpte & PG_RW) != 0)
4446                                         vm_page_aflag_set(m, PGA_WRITEABLE);
4447                         }
4448                         if (((origpte ^ newpte) & ~(PG_M | PG_A)) == 0)
4449                                 goto unchanged;
4450                         goto validate;
4451                 }
4452         } else {
4453                 /*
4454                  * Increment the counters.
4455                  */
4456                 if ((newpte & PG_W) != 0)
4457                         pmap->pm_stats.wired_count++;
4458                 pmap_resident_count_inc(pmap, 1);
4459         }
4460
4461         /*
4462          * Enter on the PV list if part of our managed memory.
4463          */
4464         if ((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0) {
4465                 newpte |= PG_MANAGED;
4466                 pv = get_pv_entry(pmap, &lock);
4467                 pv->pv_va = va;
4468                 CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_PHYS(&lock, pa);
4469                 TAILQ_INSERT_TAIL(&m->md.pv_list, pv, pv_next);
4470                 m->md.pv_gen++;
4471                 if ((newpte & PG_RW) != 0)
4472                         vm_page_aflag_set(m, PGA_WRITEABLE);
4473         }
4474
4475         /*
4476          * Update the PTE.
4477          */
4478         if ((origpte & PG_V) != 0) {
4479 validate:
4480                 origpte = pte_load_store(pte, newpte);
4481                 opa = origpte & PG_FRAME;
4482                 if (opa != pa) {
4483                         if ((origpte & PG_MANAGED) != 0) {
4484                                 om = PHYS_TO_VM_PAGE(opa);
4485                                 if ((origpte & (PG_M | PG_RW)) == (PG_M |
4486                                     PG_RW))
4487                                         vm_page_dirty(om);
4488                                 if ((origpte & PG_A) != 0)
4489                                         vm_page_aflag_set(om, PGA_REFERENCED);
4490                                 CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_PHYS(&lock, opa);
4491                                 pmap_pvh_free(&om->md, pmap, va);
4492                                 if ((om->aflags & PGA_WRITEABLE) != 0 &&
4493                                     TAILQ_EMPTY(&om->md.pv_list) &&
4494                                     ((om->flags & PG_FICTITIOUS) != 0 ||
4495                                     TAILQ_EMPTY(&pa_to_pvh(opa)->pv_list)))
4496                                         vm_page_aflag_clear(om, PGA_WRITEABLE);
4497                         }
4498                 } else if ((newpte & PG_M) == 0 && (origpte & (PG_M |
4499                     PG_RW)) == (PG_M | PG_RW)) {
4500                         if ((origpte & PG_MANAGED) != 0)
4501                                 vm_page_dirty(m);
4502
4503                         /*
4504                          * Although the PTE may still have PG_RW set, TLB
4505                          * invalidation may nonetheless be required because
4506                          * the PTE no longer has PG_M set.
4507                          */
4508                 } else if ((origpte & PG_NX) != 0 || (newpte & PG_NX) == 0) {
4509                         /*
4510                          * This PTE change does not require TLB invalidation.
4511                          */
4512                         goto unchanged;
4513                 }
4514                 if ((origpte & PG_A) != 0)
4515                         pmap_invalidate_page(pmap, va);
4516         } else
4517                 pte_store(pte, newpte);
4518
4519 unchanged:
4520
4521         /*
4522          * If both the page table page and the reservation are fully
4523          * populated, then attempt promotion.
4524          */
4525         if ((mpte == NULL || mpte->wire_count == NPTEPG) &&
4526             pmap_ps_enabled(pmap) &&
4527             (m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0 &&
4528             vm_reserv_level_iffullpop(m) == 0)
4529                 pmap_promote_pde(pmap, pde, va, &lock);
4530
4531         if (lock != NULL)
4532                 rw_wunlock(lock);
4533         PMAP_UNLOCK(pmap);
4534         return (KERN_SUCCESS);
4535 }
4536
4537 /*
4538  * Tries to create a 2MB page mapping.  Returns TRUE if successful and FALSE
4539  * otherwise.  Fails if (1) a page table page cannot be allocated without
4540  * blocking, (2) a mapping already exists at the specified virtual address, or
4541  * (3) a pv entry cannot be allocated without reclaiming another pv entry. 
4542  */
4543 static boolean_t
4544 pmap_enter_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m, vm_prot_t prot,
4545     struct rwlock **lockp)
4546 {
4547         pd_entry_t *pde, newpde;
4548         pt_entry_t PG_V;
4549         vm_page_t mpde;
4550         struct spglist free;
4551
4552         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
4553         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
4554
4555         if ((mpde = pmap_allocpde(pmap, va, NULL)) == NULL) {
4556                 CTR2(KTR_PMAP, "pmap_enter_pde: failure for va %#lx"
4557                     " in pmap %p", va, pmap);
4558                 return (FALSE);
4559         }
4560         pde = (pd_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(mpde));
4561         pde = &pde[pmap_pde_index(va)];
4562         if ((*pde & PG_V) != 0) {
4563                 KASSERT(mpde->wire_count > 1,
4564                     ("pmap_enter_pde: mpde's wire count is too low"));
4565                 mpde->wire_count--;
4566                 CTR2(KTR_PMAP, "pmap_enter_pde: failure for va %#lx"
4567                     " in pmap %p", va, pmap);
4568                 return (FALSE);
4569         }
4570         newpde = VM_PAGE_TO_PHYS(m) | pmap_cache_bits(pmap, m->md.pat_mode, 1) |
4571             PG_PS | PG_V;
4572         if ((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0) {
4573                 newpde |= PG_MANAGED;
4574
4575                 /*
4576                  * Abort this mapping if its PV entry could not be created.
4577                  */
4578                 if (!pmap_pv_insert_pde(pmap, va, VM_PAGE_TO_PHYS(m),
4579                     lockp)) {
4580                         SLIST_INIT(&free);
4581                         if (pmap_unwire_ptp(pmap, va, mpde, &free)) {
4582                                 /*
4583                                  * Although "va" is not mapped, paging-
4584                                  * structure caches could nonetheless have
4585                                  * entries that refer to the freed page table
4586                                  * pages.  Invalidate those entries.
4587                                  */
4588                                 pmap_invalidate_page(pmap, va);
4589                                 pmap_free_zero_pages(&free);
4590                         }
4591                         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_enter_pde: failure for va %#lx"
4592                             " in pmap %p", va, pmap);
4593                         return (FALSE);
4594                 }
4595         }
4596         if ((prot & VM_PROT_EXECUTE) == 0)
4597                 newpde |= pg_nx;
4598         if (va < VM_MAXUSER_ADDRESS)
4599                 newpde |= PG_U;
4600
4601         /*
4602          * Increment counters.
4603          */
4604         pmap_resident_count_inc(pmap, NBPDR / PAGE_SIZE);
4605
4606         /*
4607          * Map the superpage.
4608          */
4609         pde_store(pde, newpde);
4610
4611         atomic_add_long(&pmap_pde_mappings, 1);
4612         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_enter_pde: success for va %#lx"
4613             " in pmap %p", va, pmap);
4614         return (TRUE);
4615 }
4616
4617 /*
4618  * Maps a sequence of resident pages belonging to the same object.
4619  * The sequence begins with the given page m_start.  This page is
4620  * mapped at the given virtual address start.  Each subsequent page is
4621  * mapped at a virtual address that is offset from start by the same
4622  * amount as the page is offset from m_start within the object.  The
4623  * last page in the sequence is the page with the largest offset from
4624  * m_start that can be mapped at a virtual address less than the given
4625  * virtual address end.  Not every virtual page between start and end
4626  * is mapped; only those for which a resident page exists with the
4627  * corresponding offset from m_start are mapped.
4628  */
4629 void
4630 pmap_enter_object(pmap_t pmap, vm_offset_t start, vm_offset_t end,
4631     vm_page_t m_start, vm_prot_t prot)
4632 {
4633         struct rwlock *lock;
4634         vm_offset_t va;
4635         vm_page_t m, mpte;
4636         vm_pindex_t diff, psize;
4637
4638         VM_OBJECT_ASSERT_LOCKED(m_start->object);
4639
4640         psize = atop(end - start);
4641         mpte = NULL;
4642         m = m_start;
4643         lock = NULL;
4644         PMAP_LOCK(pmap);
4645         while (m != NULL && (diff = m->pindex - m_start->pindex) < psize) {
4646                 va = start + ptoa(diff);
4647                 if ((va & PDRMASK) == 0 && va + NBPDR <= end &&
4648                     m->psind == 1 && pmap_ps_enabled(pmap) &&
4649                     pmap_enter_pde(pmap, va, m, prot, &lock))
4650                         m = &m[NBPDR / PAGE_SIZE - 1];
4651                 else
4652                         mpte = pmap_enter_quick_locked(pmap, va, m, prot,
4653                             mpte, &lock);
4654                 m = TAILQ_NEXT(m, listq);
4655         }
4656         if (lock != NULL)
4657                 rw_wunlock(lock);
4658         PMAP_UNLOCK(pmap);
4659 }
4660
4661 /*
4662  * this code makes some *MAJOR* assumptions:
4663  * 1. Current pmap & pmap exists.
4664  * 2. Not wired.
4665  * 3. Read access.
4666  * 4. No page table pages.
4667  * but is *MUCH* faster than pmap_enter...
4668  */
4669
4670 void
4671 pmap_enter_quick(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m, vm_prot_t prot)
4672 {
4673         struct rwlock *lock;
4674
4675         lock = NULL;
4676         PMAP_LOCK(pmap);
4677         (void)pmap_enter_quick_locked(pmap, va, m, prot, NULL, &lock);
4678         if (lock != NULL)
4679                 rw_wunlock(lock);
4680         PMAP_UNLOCK(pmap);
4681 }
4682
4683 static vm_page_t
4684 pmap_enter_quick_locked(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m,
4685     vm_prot_t prot, vm_page_t mpte, struct rwlock **lockp)
4686 {
4687         struct spglist free;
4688         pt_entry_t *pte, PG_V;
4689         vm_paddr_t pa;
4690
4691         KASSERT(va < kmi.clean_sva || va >= kmi.clean_eva ||
4692             (m->oflags & VPO_UNMANAGED) != 0,
4693             ("pmap_enter_quick_locked: managed mapping within the clean submap"));
4694         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
4695         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
4696
4697         /*
4698          * In the case that a page table page is not
4699          * resident, we are creating it here.
4700          */
4701         if (va < VM_MAXUSER_ADDRESS) {
4702                 vm_pindex_t ptepindex;
4703                 pd_entry_t *ptepa;
4704
4705                 /*
4706                  * Calculate pagetable page index
4707                  */
4708                 ptepindex = pmap_pde_pindex(va);
4709                 if (mpte && (mpte->pindex == ptepindex)) {
4710                         mpte->wire_count++;
4711                 } else {
4712                         /*
4713                          * Get the page directory entry
4714                          */
4715                         ptepa = pmap_pde(pmap, va);
4716
4717                         /*
4718                          * If the page table page is mapped, we just increment
4719                          * the hold count, and activate it.  Otherwise, we
4720                          * attempt to allocate a page table page.  If this
4721                          * attempt fails, we don't retry.  Instead, we give up.
4722                          */
4723                         if (ptepa && (*ptepa & PG_V) != 0) {
4724                                 if (*ptepa & PG_PS)
4725                                         return (NULL);
4726                                 mpte = PHYS_TO_VM_PAGE(*ptepa & PG_FRAME);
4727                                 mpte->wire_count++;
4728                         } else {
4729                                 /*
4730                                  * Pass NULL instead of the PV list lock
4731                                  * pointer, because we don't intend to sleep.
4732                                  */
4733                                 mpte = _pmap_allocpte(pmap, ptepindex, NULL);
4734                                 if (mpte == NULL)
4735                                         return (mpte);
4736                         }
4737                 }
4738                 pte = (pt_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(mpte));
4739                 pte = &pte[pmap_pte_index(va)];
4740         } else {
4741                 mpte = NULL;
4742                 pte = vtopte(va);
4743         }
4744         if (*pte) {
4745                 if (mpte != NULL) {
4746                         mpte->wire_count--;
4747                         mpte = NULL;
4748                 }
4749                 return (mpte);
4750         }
4751
4752         /*
4753          * Enter on the PV list if part of our managed memory.
4754          */
4755         if ((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0 &&
4756             !pmap_try_insert_pv_entry(pmap, va, m, lockp)) {
4757                 if (mpte != NULL) {
4758                         SLIST_INIT(&free);
4759                         if (pmap_unwire_ptp(pmap, va, mpte, &free)) {
4760                                 /*
4761                                  * Although "va" is not mapped, paging-
4762                                  * structure caches could nonetheless have
4763                                  * entries that refer to the freed page table
4764                                  * pages.  Invalidate those entries.
4765                                  */
4766                                 pmap_invalidate_page(pmap, va);
4767                                 pmap_free_zero_pages(&free);
4768                         }
4769                         mpte = NULL;
4770                 }
4771                 return (mpte);
4772         }
4773
4774         /*
4775          * Increment counters
4776          */
4777         pmap_resident_count_inc(pmap, 1);
4778
4779         pa = VM_PAGE_TO_PHYS(m) | pmap_cache_bits(pmap, m->md.pat_mode, 0);
4780         if ((prot & VM_PROT_EXECUTE) == 0)
4781                 pa |= pg_nx;
4782
4783         /*
4784          * Now validate mapping with RO protection
4785          */
4786         if ((m->oflags & VPO_UNMANAGED) != 0)
4787                 pte_store(pte, pa | PG_V | PG_U);
4788         else
4789                 pte_store(pte, pa | PG_V | PG_U | PG_MANAGED);
4790         return (mpte);
4791 }
4792
4793 /*
4794  * Make a temporary mapping for a physical address.  This is only intended
4795  * to be used for panic dumps.
4796  */
4797 void *
4798 pmap_kenter_temporary(vm_paddr_t pa, int i)
4799 {
4800         vm_offset_t va;
4801
4802         va = (vm_offset_t)crashdumpmap + (i * PAGE_SIZE);
4803         pmap_kenter(va, pa);
4804         invlpg(va);
4805         return ((void *)crashdumpmap);
4806 }
4807
4808 /*
4809  * This code maps large physical mmap regions into the
4810  * processor address space.  Note that some shortcuts
4811  * are taken, but the code works.
4812  */
4813 void
4814 pmap_object_init_pt(pmap_t pmap, vm_offset_t addr, vm_object_t object,
4815     vm_pindex_t pindex, vm_size_t size)
4816 {
4817         pd_entry_t *pde;
4818         pt_entry_t PG_A, PG_M, PG_RW, PG_V;
4819         vm_paddr_t pa, ptepa;
4820         vm_page_t p, pdpg;
4821         int pat_mode;
4822
4823         PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
4824         PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
4825         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
4826         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
4827
4828         VM_OBJECT_ASSERT_WLOCKED(object);
4829         KASSERT(object->type == OBJT_DEVICE || object->type == OBJT_SG,
4830             ("pmap_object_init_pt: non-device object"));
4831         if ((addr & (NBPDR - 1)) == 0 && (size & (NBPDR - 1)) == 0) {
4832                 if (!pmap_ps_enabled(pmap))
4833                         return;
4834                 if (!vm_object_populate(object, pindex, pindex + atop(size)))
4835                         return;
4836                 p = vm_page_lookup(object, pindex);
4837                 KASSERT(p->valid == VM_PAGE_BITS_ALL,
4838                     ("pmap_object_init_pt: invalid page %p", p));
4839                 pat_mode = p->md.pat_mode;
4840
4841                 /*
4842                  * Abort the mapping if the first page is not physically
4843                  * aligned to a 2MB page boundary.
4844                  */
4845                 ptepa = VM_PAGE_TO_PHYS(p);
4846                 if (ptepa & (NBPDR - 1))
4847                         return;
4848
4849                 /*
4850                  * Skip the first page.  Abort the mapping if the rest of
4851                  * the pages are not physically contiguous or have differing
4852                  * memory attributes.
4853                  */
4854                 p = TAILQ_NEXT(p, listq);
4855                 for (pa = ptepa + PAGE_SIZE; pa < ptepa + size;
4856                     pa += PAGE_SIZE) {
4857                         KASSERT(p->valid == VM_PAGE_BITS_ALL,
4858                             ("pmap_object_init_pt: invalid page %p", p));
4859                         if (pa != VM_PAGE_TO_PHYS(p) ||
4860                             pat_mode != p->md.pat_mode)
4861                                 return;
4862                         p = TAILQ_NEXT(p, listq);
4863                 }
4864
4865                 /*
4866                  * Map using 2MB pages.  Since "ptepa" is 2M aligned and
4867                  * "size" is a multiple of 2M, adding the PAT setting to "pa"
4868                  * will not affect the termination of this loop.
4869                  */ 
4870                 PMAP_LOCK(pmap);
4871                 for (pa = ptepa | pmap_cache_bits(pmap, pat_mode, 1);
4872                     pa < ptepa + size; pa += NBPDR) {
4873                         pdpg = pmap_allocpde(pmap, addr, NULL);
4874                         if (pdpg == NULL) {
4875                                 /*
4876                                  * The creation of mappings below is only an
4877                                  * optimization.  If a page directory page
4878                                  * cannot be allocated without blocking,
4879                                  * continue on to the next mapping rather than
4880                                  * blocking.
4881                                  */
4882                                 addr += NBPDR;
4883                                 continue;
4884                         }
4885                         pde = (pd_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(pdpg));
4886                         pde = &pde[pmap_pde_index(addr)];
4887                         if ((*pde & PG_V) == 0) {
4888                                 pde_store(pde, pa | PG_PS | PG_M | PG_A |
4889                                     PG_U | PG_RW | PG_V);
4890                                 pmap_resident_count_inc(pmap, NBPDR / PAGE_SIZE);
4891                                 atomic_add_long(&pmap_pde_mappings, 1);
4892                         } else {
4893                                 /* Continue on if the PDE is already valid. */
4894                                 pdpg->wire_count--;
4895                                 KASSERT(pdpg->wire_count > 0,
4896                                     ("pmap_object_init_pt: missing reference "
4897                                     "to page directory page, va: 0x%lx", addr));
4898                         }
4899                         addr += NBPDR;
4900                 }
4901                 PMAP_UNLOCK(pmap);
4902         }
4903 }
4904
4905 /*
4906  *      Clear the wired attribute from the mappings for the specified range of
4907  *      addresses in the given pmap.  Every valid mapping within that range
4908  *      must have the wired attribute set.  In contrast, invalid mappings
4909  *      cannot have the wired attribute set, so they are ignored.
4910  *
4911  *      The wired attribute of the page table entry is not a hardware
4912  *      feature, so there is no need to invalidate any TLB entries.
4913  *      Since pmap_demote_pde() for the wired entry must never fail,
4914  *      pmap_delayed_invl_started()/finished() calls around the
4915  *      function are not needed.
4916  */
4917 void
4918 pmap_unwire(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
4919 {
4920         vm_offset_t va_next;
4921         pml4_entry_t *pml4e;
4922         pdp_entry_t *pdpe;
4923         pd_entry_t *pde;
4924         pt_entry_t *pte, PG_V;
4925
4926         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
4927         PMAP_LOCK(pmap);
4928         for (; sva < eva; sva = va_next) {
4929                 pml4e = pmap_pml4e(pmap, sva);
4930                 if ((*pml4e & PG_V) == 0) {
4931                         va_next = (sva + NBPML4) & ~PML4MASK;
4932                         if (va_next < sva)
4933                                 va_next = eva;
4934                         continue;
4935                 }
4936                 pdpe = pmap_pml4e_to_pdpe(pml4e, sva);
4937                 if ((*pdpe & PG_V) == 0) {
4938                         va_next = (sva + NBPDP) & ~PDPMASK;
4939                         if (va_next < sva)
4940                                 va_next = eva;
4941                         continue;
4942                 }
4943                 va_next = (sva + NBPDR) & ~PDRMASK;
4944                 if (va_next < sva)
4945                         va_next = eva;
4946                 pde = pmap_pdpe_to_pde(pdpe, sva);
4947                 if ((*pde & PG_V) == 0)
4948                         continue;
4949                 if ((*pde & PG_PS) != 0) {
4950                         if ((*pde & PG_W) == 0)
4951                                 panic("pmap_unwire: pde %#jx is missing PG_W",
4952                                     (uintmax_t)*pde);
4953
4954                         /*
4955                          * Are we unwiring the entire large page?  If not,
4956                          * demote the mapping and fall through.
4957                          */
4958                         if (sva + NBPDR == va_next && eva >= va_next) {
4959                                 atomic_clear_long(pde, PG_W);
4960                                 pmap->pm_stats.wired_count -= NBPDR /
4961                                     PAGE_SIZE;
4962                                 continue;
4963                         } else if (!pmap_demote_pde(pmap, pde, sva))
4964                                 panic("pmap_unwire: demotion failed");
4965                 }
4966                 if (va_next > eva)
4967                         va_next = eva;
4968                 for (pte = pmap_pde_to_pte(pde, sva); sva != va_next; pte++,
4969                     sva += PAGE_SIZE) {
4970                         if ((*pte & PG_V) == 0)
4971                                 continue;
4972                         if ((*pte & PG_W) == 0)
4973                                 panic("pmap_unwire: pte %#jx is missing PG_W",
4974                                     (uintmax_t)*pte);
4975
4976                         /*
4977                          * PG_W must be cleared atomically.  Although the pmap
4978                          * lock synchronizes access to PG_W, another processor
4979                          * could be setting PG_M and/or PG_A concurrently.
4980                          */
4981                         atomic_clear_long(pte, PG_W);
4982                         pmap->pm_stats.wired_count--;
4983                 }
4984         }
4985         PMAP_UNLOCK(pmap);
4986 }
4987
4988 /*
4989  *      Copy the range specified by src_addr/len
4990  *      from the source map to the range dst_addr/len
4991  *      in the destination map.
4992  *
4993  *      This routine is only advisory and need not do anything.
4994  */
4995
4996 void
4997 pmap_copy(pmap_t dst_pmap, pmap_t src_pmap, vm_offset_t dst_addr, vm_size_t len,
4998     vm_offset_t src_addr)
4999 {
5000         struct rwlock *lock;
5001         struct spglist free;
5002         vm_offset_t addr;
5003         vm_offset_t end_addr = src_addr + len;
5004         vm_offset_t va_next;
5005         pt_entry_t PG_A, PG_M, PG_V;
5006
5007         if (dst_addr != src_addr)
5008                 return;
5009
5010         if (dst_pmap->pm_type != src_pmap->pm_type)
5011                 return;
5012
5013         /*
5014          * EPT page table entries that require emulation of A/D bits are
5015          * sensitive to clearing the PG_A bit (aka EPT_PG_READ). Although
5016          * we clear PG_M (aka EPT_PG_WRITE) concomitantly, the PG_U bit
5017          * (aka EPT_PG_EXECUTE) could still be set. Since some EPT
5018          * implementations flag an EPT misconfiguration for exec-only
5019          * mappings we skip this function entirely for emulated pmaps.
5020          */
5021         if (pmap_emulate_ad_bits(dst_pmap))
5022                 return;
5023
5024         lock = NULL;
5025         if (dst_pmap < src_pmap) {
5026                 PMAP_LOCK(dst_pmap);
5027                 PMAP_LOCK(src_pmap);
5028         } else {
5029                 PMAP_LOCK(src_pmap);
5030                 PMAP_LOCK(dst_pmap);
5031         }
5032
5033         PG_A = pmap_accessed_bit(dst_pmap);
5034         PG_M = pmap_modified_bit(dst_pmap);
5035         PG_V = pmap_valid_bit(dst_pmap);
5036
5037         for (addr = src_addr; addr < end_addr; addr = va_next) {
5038                 pt_entry_t *src_pte, *dst_pte;
5039                 vm_page_t dstmpde, dstmpte, srcmpte;
5040                 pml4_entry_t *pml4e;
5041                 pdp_entry_t *pdpe;
5042                 pd_entry_t srcptepaddr, *pde;
5043
5044                 KASSERT(addr < UPT_MIN_ADDRESS,
5045                     ("pmap_copy: invalid to pmap_copy page tables"));
5046
5047                 pml4e = pmap_pml4e(src_pmap, addr);
5048                 if ((*pml4e & PG_V) == 0) {
5049                         va_next = (addr + NBPML4) & ~PML4MASK;
5050                         if (va_next < addr)
5051                                 va_next = end_addr;
5052                         continue;
5053                 }
5054
5055                 pdpe = pmap_pml4e_to_pdpe(pml4e, addr);
5056                 if ((*pdpe & PG_V) == 0) {
5057                         va_next = (addr + NBPDP) & ~PDPMASK;
5058                         if (va_next < addr)
5059                                 va_next = end_addr;
5060                         continue;
5061                 }
5062
5063                 va_next = (addr + NBPDR) & ~PDRMASK;
5064                 if (va_next < addr)
5065                         va_next = end_addr;
5066
5067                 pde = pmap_pdpe_to_pde(pdpe, addr);
5068                 srcptepaddr = *pde;
5069                 if (srcptepaddr == 0)
5070                         continue;
5071                         
5072                 if (srcptepaddr & PG_PS) {
5073                         if ((addr & PDRMASK) != 0 || addr + NBPDR > end_addr)
5074                                 continue;
5075                         dstmpde = pmap_allocpde(dst_pmap, addr, NULL);
5076                         if (dstmpde == NULL)
5077                                 break;
5078                         pde = (pd_entry_t *)
5079                             PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(dstmpde));
5080                         pde = &pde[pmap_pde_index(addr)];
5081                         if (*pde == 0 && ((srcptepaddr & PG_MANAGED) == 0 ||
5082                             pmap_pv_insert_pde(dst_pmap, addr, srcptepaddr &
5083                             PG_PS_FRAME, &lock))) {
5084                                 *pde = srcptepaddr & ~PG_W;
5085                                 pmap_resident_count_inc(dst_pmap, NBPDR / PAGE_SIZE);
5086                                 atomic_add_long(&pmap_pde_mappings, 1);
5087                         } else
5088                                 dstmpde->wire_count--;
5089                         continue;
5090                 }
5091
5092                 srcptepaddr &= PG_FRAME;
5093                 srcmpte = PHYS_TO_VM_PAGE(srcptepaddr);
5094                 KASSERT(srcmpte->wire_count > 0,
5095                     ("pmap_copy: source page table page is unused"));
5096
5097                 if (va_next > end_addr)
5098                         va_next = end_addr;
5099
5100                 src_pte = (pt_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(srcptepaddr);
5101                 src_pte = &src_pte[pmap_pte_index(addr)];
5102                 dstmpte = NULL;
5103                 while (addr < va_next) {
5104                         pt_entry_t ptetemp;
5105                         ptetemp = *src_pte;
5106                         /*
5107                          * we only virtual copy managed pages
5108                          */
5109                         if ((ptetemp & PG_MANAGED) != 0) {
5110                                 if (dstmpte != NULL &&
5111                                     dstmpte->pindex == pmap_pde_pindex(addr))
5112                                         dstmpte->wire_count++;
5113                                 else if ((dstmpte = pmap_allocpte(dst_pmap,
5114                                     addr, NULL)) == NULL)
5115                                         goto out;
5116                                 dst_pte = (pt_entry_t *)
5117                                     PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(dstmpte));
5118                                 dst_pte = &dst_pte[pmap_pte_index(addr)];
5119                                 if (*dst_pte == 0 &&
5120                                     pmap_try_insert_pv_entry(dst_pmap, addr,
5121                                     PHYS_TO_VM_PAGE(ptetemp & PG_FRAME),
5122                                     &lock)) {
5123                                         /*
5124                                          * Clear the wired, modified, and
5125                                          * accessed (referenced) bits
5126                                          * during the copy.
5127                                          */
5128                                         *dst_pte = ptetemp & ~(PG_W | PG_M |
5129                                             PG_A);
5130                                         pmap_resident_count_inc(dst_pmap, 1);
5131                                 } else {
5132                                         SLIST_INIT(&free);
5133                                         if (pmap_unwire_ptp(dst_pmap, addr,
5134                                             dstmpte, &free)) {
5135                                                 /*
5136                                                  * Although "addr" is not
5137                                                  * mapped, paging-structure
5138                                                  * caches could nonetheless
5139                                                  * have entries that refer to
5140                                                  * the freed page table pages.
5141                                                  * Invalidate those entries.
5142                                                  */
5143                                                 pmap_invalidate_page(dst_pmap,
5144                                                     addr);
5145                                                 pmap_free_zero_pages(&free);
5146                                         }
5147                                         goto out;
5148                                 }
5149                                 if (dstmpte->wire_count >= srcmpte->wire_count)
5150                                         break;
5151                         }
5152                         addr += PAGE_SIZE;
5153                         src_pte++;
5154                 }
5155         }
5156 out:
5157         if (lock != NULL)
5158                 rw_wunlock(lock);
5159         PMAP_UNLOCK(src_pmap);
5160         PMAP_UNLOCK(dst_pmap);
5161 }
5162
5163 /*
5164  *      pmap_zero_page zeros the specified hardware page by mapping
5165  *      the page into KVM and using bzero to clear its contents.
5166  */
5167 void
5168 pmap_zero_page(vm_page_t m)
5169 {
5170         vm_offset_t va = PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
5171
5172         pagezero((void *)va);
5173 }
5174
5175 /*
5176  *      pmap_zero_page_area zeros the specified hardware page by mapping 
5177  *      the page into KVM and using bzero to clear its contents.
5178  *
5179  *      off and size may not cover an area beyond a single hardware page.
5180  */
5181 void
5182 pmap_zero_page_area(vm_page_t m, int off, int size)
5183 {
5184         vm_offset_t va = PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
5185
5186         if (off == 0 && size == PAGE_SIZE)
5187                 pagezero((void *)va);
5188         else
5189                 bzero((char *)va + off, size);
5190 }
5191
5192 /*
5193  *      pmap_zero_page_idle zeros the specified hardware page by mapping 
5194  *      the page into KVM and using bzero to clear its contents.  This
5195  *      is intended to be called from the vm_pagezero process only and
5196  *      outside of Giant.
5197  */
5198 void
5199 pmap_zero_page_idle(vm_page_t m)
5200 {
5201         vm_offset_t va = PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
5202
5203         pagezero((void *)va);
5204 }
5205
5206 /*
5207  *      pmap_copy_page copies the specified (machine independent)
5208  *      page by mapping the page into virtual memory and using
5209  *      bcopy to copy the page, one machine dependent page at a
5210  *      time.
5211  */
5212 void
5213 pmap_copy_page(vm_page_t msrc, vm_page_t mdst)
5214 {
5215         vm_offset_t src = PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(msrc));
5216         vm_offset_t dst = PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(mdst));
5217
5218         pagecopy((void *)src, (void *)dst);
5219 }
5220
5221 int unmapped_buf_allowed = 1;
5222
5223 void
5224 pmap_copy_pages(vm_page_t ma[], vm_offset_t a_offset, vm_page_t mb[],
5225     vm_offset_t b_offset, int xfersize)
5226 {
5227         void *a_cp, *b_cp;
5228         vm_page_t pages[2];
5229         vm_offset_t vaddr[2], a_pg_offset, b_pg_offset;
5230         int cnt;
5231         boolean_t mapped;
5232
5233         while (xfersize > 0) {
5234                 a_pg_offset = a_offset & PAGE_MASK;
5235                 pages[0] = ma[a_offset >> PAGE_SHIFT];
5236                 b_pg_offset = b_offset & PAGE_MASK;
5237                 pages[1] = mb[b_offset >> PAGE_SHIFT];
5238                 cnt = min(xfersize, PAGE_SIZE - a_pg_offset);
5239                 cnt = min(cnt, PAGE_SIZE - b_pg_offset);
5240                 mapped = pmap_map_io_transient(pages, vaddr, 2, FALSE);
5241                 a_cp = (char *)vaddr[0] + a_pg_offset;
5242                 b_cp = (char *)vaddr[1] + b_pg_offset;
5243                 bcopy(a_cp, b_cp, cnt);
5244                 if (__predict_false(mapped))
5245                         pmap_unmap_io_transient(pages, vaddr, 2, FALSE);
5246                 a_offset += cnt;
5247                 b_offset += cnt;
5248                 xfersize -= cnt;
5249         }
5250 }
5251
5252 /*
5253  * Returns true if the pmap's pv is one of the first
5254  * 16 pvs linked to from this page.  This count may
5255  * be changed upwards or downwards in the future; it
5256  * is only necessary that true be returned for a small
5257  * subset of pmaps for proper page aging.
5258  */
5259 boolean_t
5260 pmap_page_exists_quick(pmap_t pmap, vm_page_t m)
5261 {
5262         struct md_page *pvh;
5263         struct rwlock *lock;
5264         pv_entry_t pv;
5265         int loops = 0;
5266         boolean_t rv;
5267
5268         KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
5269             ("pmap_page_exists_quick: page %p is not managed", m));
5270         rv = FALSE;
5271         lock = VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m);
5272         rw_rlock(lock);
5273         TAILQ_FOREACH(pv, &m->md.pv_list, pv_next) {
5274                 if (PV_PMAP(pv) == pmap) {
5275                         rv = TRUE;
5276                         break;
5277                 }
5278                 loops++;
5279                 if (loops >= 16)
5280                         break;
5281         }
5282         if (!rv && loops < 16 && (m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0) {
5283                 pvh = pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
5284                 TAILQ_FOREACH(pv, &pvh->pv_list, pv_next) {
5285                         if (PV_PMAP(pv) == pmap) {
5286                                 rv = TRUE;
5287                                 break;
5288                         }
5289                         loops++;
5290                         if (loops >= 16)
5291                                 break;
5292                 }
5293         }
5294         rw_runlock(lock);
5295         return (rv);
5296 }
5297
5298 /*
5299  *      pmap_page_wired_mappings:
5300  *
5301  *      Return the number of managed mappings to the given physical page
5302  *      that are wired.
5303  */
5304 int
5305 pmap_page_wired_mappings(vm_page_t m)
5306 {
5307         struct rwlock *lock;
5308         struct md_page *pvh;
5309         pmap_t pmap;
5310         pt_entry_t *pte;
5311         pv_entry_t pv;
5312         int count, md_gen, pvh_gen;
5313
5314         if ((m->oflags & VPO_UNMANAGED) != 0)
5315                 return (0);
5316         lock = VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m);
5317         rw_rlock(lock);
5318 restart:
5319         count = 0;
5320         TAILQ_FOREACH(pv, &m->md.pv_list, pv_next) {
5321                 pmap = PV_PMAP(pv);
5322                 if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
5323                         md_gen = m->md.pv_gen;
5324                         rw_runlock(lock);
5325                         PMAP_LOCK(pmap);
5326                         rw_rlock(lock);
5327                         if (md_gen != m->md.pv_gen) {
5328                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
5329                                 goto restart;
5330                         }
5331                 }
5332                 pte = pmap_pte(pmap, pv->pv_va);
5333                 if ((*pte & PG_W) != 0)
5334                         count++;
5335                 PMAP_UNLOCK(pmap);
5336         }
5337         if ((m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0) {
5338                 pvh = pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
5339                 TAILQ_FOREACH(pv, &pvh->pv_list, pv_next) {
5340                         pmap = PV_PMAP(pv);
5341                         if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
5342                                 md_gen = m->md.pv_gen;
5343                                 pvh_gen = pvh->pv_gen;
5344                                 rw_runlock(lock);
5345                                 PMAP_LOCK(pmap);
5346                                 rw_rlock(lock);
5347                                 if (md_gen != m->md.pv_gen ||
5348                                     pvh_gen != pvh->pv_gen) {
5349                                         PMAP_UNLOCK(pmap);
5350                                         goto restart;
5351                                 }
5352                         }
5353                         pte = pmap_pde(pmap, pv->pv_va);
5354                         if ((*pte & PG_W) != 0)
5355                                 count++;
5356                         PMAP_UNLOCK(pmap);
5357                 }
5358         }
5359         rw_runlock(lock);
5360         return (count);
5361 }
5362
5363 /*
5364  * Returns TRUE if the given page is mapped individually or as part of
5365  * a 2mpage.  Otherwise, returns FALSE.
5366  */
5367 boolean_t
5368 pmap_page_is_mapped(vm_page_t m)
5369 {
5370         struct rwlock *lock;
5371         boolean_t rv;
5372
5373         if ((m->oflags & VPO_UNMANAGED) != 0)
5374                 return (FALSE);
5375         lock = VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m);
5376         rw_rlock(lock);
5377         rv = !TAILQ_EMPTY(&m->md.pv_list) ||
5378             ((m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0 &&
5379             !TAILQ_EMPTY(&pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m))->pv_list));
5380         rw_runlock(lock);
5381         return (rv);
5382 }
5383
5384 /*
5385  * Destroy all managed, non-wired mappings in the given user-space
5386  * pmap.  This pmap cannot be active on any processor besides the
5387  * caller.
5388  *
5389  * This function cannot be applied to the kernel pmap.  Moreover, it
5390  * is not intended for general use.  It is only to be used during
5391  * process termination.  Consequently, it can be implemented in ways
5392  * that make it faster than pmap_remove().  First, it can more quickly
5393  * destroy mappings by iterating over the pmap's collection of PV
5394  * entries, rather than searching the page table.  Second, it doesn't
5395  * have to test and clear the page table entries atomically, because
5396  * no processor is currently accessing the user address space.  In
5397  * particular, a page table entry's dirty bit won't change state once
5398  * this function starts.
5399  */
5400 void
5401 pmap_remove_pages(pmap_t pmap)
5402 {
5403         pd_entry_t ptepde;
5404         pt_entry_t *pte, tpte;
5405         pt_entry_t PG_M, PG_RW, PG_V;
5406         struct spglist free;
5407         vm_page_t m, mpte, mt;
5408         pv_entry_t pv;
5409         struct md_page *pvh;
5410         struct pv_chunk *pc, *npc;
5411         struct rwlock *lock;
5412         int64_t bit;
5413         uint64_t inuse, bitmask;
5414         int allfree, field, freed, idx;
5415         boolean_t superpage;
5416         vm_paddr_t pa;
5417
5418         /*
5419          * Assert that the given pmap is only active on the current
5420          * CPU.  Unfortunately, we cannot block another CPU from
5421          * activating the pmap while this function is executing.
5422          */
5423         KASSERT(pmap == PCPU_GET(curpmap), ("non-current pmap %p", pmap));
5424 #ifdef INVARIANTS
5425         {
5426                 cpuset_t other_cpus;
5427
5428                 other_cpus = all_cpus;
5429                 critical_enter();
5430                 CPU_CLR(PCPU_GET(cpuid), &other_cpus);
5431                 CPU_AND(&other_cpus, &pmap->pm_active);
5432                 critical_exit();
5433                 KASSERT(CPU_EMPTY(&other_cpus), ("pmap active %p", pmap));
5434         }
5435 #endif
5436
5437         lock = NULL;
5438         PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
5439         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
5440         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
5441
5442         SLIST_INIT(&free);
5443         PMAP_LOCK(pmap);
5444         TAILQ_FOREACH_SAFE(pc, &pmap->pm_pvchunk, pc_list, npc) {
5445                 allfree = 1;
5446                 freed = 0;
5447                 for (field = 0; field < _NPCM; field++) {
5448                         inuse = ~pc->pc_map[field] & pc_freemask[field];
5449                         while (inuse != 0) {
5450                                 bit = bsfq(inuse);
5451                                 bitmask = 1UL << bit;
5452                                 idx = field * 64 + bit;
5453                                 pv = &pc->pc_pventry[idx];
5454                                 inuse &= ~bitmask;
5455
5456                                 pte = pmap_pdpe(pmap, pv->pv_va);
5457                                 ptepde = *pte;
5458                                 pte = pmap_pdpe_to_pde(pte, pv->pv_va);
5459                                 tpte = *pte;
5460                                 if ((tpte & (PG_PS | PG_V)) == PG_V) {
5461                                         superpage = FALSE;
5462                                         ptepde = tpte;
5463                                         pte = (pt_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(tpte &
5464                                             PG_FRAME);
5465                                         pte = &pte[pmap_pte_index(pv->pv_va)];
5466                                         tpte = *pte;
5467                                 } else {
5468                                         /*
5469                                          * Keep track whether 'tpte' is a
5470                                          * superpage explicitly instead of
5471                                          * relying on PG_PS being set.
5472                                          *
5473                                          * This is because PG_PS is numerically
5474                                          * identical to PG_PTE_PAT and thus a
5475                                          * regular page could be mistaken for
5476                                          * a superpage.
5477                                          */
5478                                         superpage = TRUE;
5479                                 }
5480
5481                                 if ((tpte & PG_V) == 0) {
5482                                         panic("bad pte va %lx pte %lx",
5483                                             pv->pv_va, tpte);
5484                                 }
5485
5486 /*
5487  * We cannot remove wired pages from a process' mapping at this time
5488  */
5489                                 if (tpte & PG_W) {
5490                                         allfree = 0;
5491                                         continue;
5492                                 }
5493
5494                                 if (superpage)
5495                                         pa = tpte & PG_PS_FRAME;
5496                                 else
5497                                         pa = tpte & PG_FRAME;
5498
5499                                 m = PHYS_TO_VM_PAGE(pa);
5500                                 KASSERT(m->phys_addr == pa,
5501                                     ("vm_page_t %p phys_addr mismatch %016jx %016jx",
5502                                     m, (uintmax_t)m->phys_addr,
5503                                     (uintmax_t)tpte));
5504
5505                                 KASSERT((m->flags & PG_FICTITIOUS) != 0 ||
5506                                     m < &vm_page_array[vm_page_array_size],
5507                                     ("pmap_remove_pages: bad tpte %#jx",
5508                                     (uintmax_t)tpte));
5509
5510                                 pte_clear(pte);
5511
5512                                 /*
5513                                  * Update the vm_page_t clean/reference bits.
5514                                  */
5515                                 if ((tpte & (PG_M | PG_RW)) == (PG_M | PG_RW)) {
5516                                         if (superpage) {
5517                                                 for (mt = m; mt < &m[NBPDR / PAGE_SIZE]; mt++)
5518                                                         vm_page_dirty(mt);
5519                                         } else
5520                                                 vm_page_dirty(m);
5521                                 }
5522
5523                                 CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_VM_PAGE(&lock, m);
5524
5525                                 /* Mark free */
5526                                 pc->pc_map[field] |= bitmask;
5527                                 if (superpage) {
5528                                         pmap_resident_count_dec(pmap, NBPDR / PAGE_SIZE);
5529                                         pvh = pa_to_pvh(tpte & PG_PS_FRAME);
5530                                         TAILQ_REMOVE(&pvh->pv_list, pv, pv_next);
5531                                         pvh->pv_gen++;
5532                                         if (TAILQ_EMPTY(&pvh->pv_list)) {
5533                                                 for (mt = m; mt < &m[NBPDR / PAGE_SIZE]; mt++)
5534                                                         if ((mt->aflags & PGA_WRITEABLE) != 0 &&
5535                                                             TAILQ_EMPTY(&mt->md.pv_list))
5536                                                                 vm_page_aflag_clear(mt, PGA_WRITEABLE);
5537                                         }
5538                                         mpte = pmap_lookup_pt_page(pmap, pv->pv_va);
5539                                         if (mpte != NULL) {
5540                                                 pmap_remove_pt_page(pmap, mpte);
5541                                                 pmap_resident_count_dec(pmap, 1);
5542                                                 KASSERT(mpte->wire_count == NPTEPG,
5543                                                     ("pmap_remove_pages: pte page wire count error"));
5544                                                 mpte->wire_count = 0;
5545                                                 pmap_add_delayed_free_list(mpte, &free, FALSE);
5546                                                 atomic_subtract_int(&vm_cnt.v_wire_count, 1);
5547                                         }
5548                                 } else {
5549                                         pmap_resident_count_dec(pmap, 1);
5550                                         TAILQ_REMOVE(&m->md.pv_list, pv, pv_next);
5551                                         m->md.pv_gen++;
5552                                         if ((m->aflags & PGA_WRITEABLE) != 0 &&
5553                                             TAILQ_EMPTY(&m->md.pv_list) &&
5554                                             (m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0) {
5555                                                 pvh = pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
5556                                                 if (TAILQ_EMPTY(&pvh->pv_list))
5557                                                         vm_page_aflag_clear(m, PGA_WRITEABLE);
5558                                         }
5559                                 }
5560                                 pmap_unuse_pt(pmap, pv->pv_va, ptepde, &free);
5561                                 freed++;
5562                         }
5563                 }
5564                 PV_STAT(atomic_add_long(&pv_entry_frees, freed));
5565                 PV_STAT(atomic_add_int(&pv_entry_spare, freed));
5566                 PV_STAT(atomic_subtract_long(&pv_entry_count, freed));
5567                 if (allfree) {
5568                         TAILQ_REMOVE(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
5569                         free_pv_chunk(pc);
5570                 }
5571         }
5572         if (lock != NULL)
5573                 rw_wunlock(lock);
5574         pmap_invalidate_all(pmap);
5575         PMAP_UNLOCK(pmap);
5576         pmap_free_zero_pages(&free);
5577 }
5578
5579 static boolean_t
5580 pmap_page_test_mappings(vm_page_t m, boolean_t accessed, boolean_t modified)
5581 {
5582         struct rwlock *lock;
5583         pv_entry_t pv;
5584         struct md_page *pvh;
5585         pt_entry_t *pte, mask;
5586         pt_entry_t PG_A, PG_M, PG_RW, PG_V;
5587         pmap_t pmap;
5588         int md_gen, pvh_gen;
5589         boolean_t rv;
5590
5591         rv = FALSE;
5592         lock = VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m);
5593         rw_rlock(lock);
5594 restart:
5595         TAILQ_FOREACH(pv, &m->md.pv_list, pv_next) {
5596                 pmap = PV_PMAP(pv);
5597                 if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
5598                         md_gen = m->md.pv_gen;
5599                         rw_runlock(lock);
5600                         PMAP_LOCK(pmap);
5601                         rw_rlock(lock);
5602                         if (md_gen != m->md.pv_gen) {
5603                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
5604                                 goto restart;
5605                         }
5606                 }
5607                 pte = pmap_pte(pmap, pv->pv_va);
5608                 mask = 0;
5609                 if (modified) {
5610                         PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
5611                         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
5612                         mask |= PG_RW | PG_M;
5613                 }
5614                 if (accessed) {
5615                         PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
5616                         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
5617                         mask |= PG_V | PG_A;
5618                 }
5619                 rv = (*pte & mask) == mask;
5620                 PMAP_UNLOCK(pmap);
5621                 if (rv)
5622                         goto out;
5623         }
5624         if ((m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0) {
5625                 pvh = pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
5626                 TAILQ_FOREACH(pv, &pvh->pv_list, pv_next) {
5627                         pmap = PV_PMAP(pv);
5628                         if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
5629                                 md_gen = m->md.pv_gen;
5630                                 pvh_gen = pvh->pv_gen;
5631                                 rw_runlock(lock);
5632                                 PMAP_LOCK(pmap);
5633                                 rw_rlock(lock);
5634                                 if (md_gen != m->md.pv_gen ||
5635                                     pvh_gen != pvh->pv_gen) {
5636                                         PMAP_UNLOCK(pmap);
5637                                         goto restart;
5638                                 }
5639                         }
5640                         pte = pmap_pde(pmap, pv->pv_va);
5641                         mask = 0;
5642                         if (modified) {
5643                                 PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
5644                                 PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
5645                                 mask |= PG_RW | PG_M;
5646                         }
5647                         if (accessed) {
5648                                 PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
5649                                 PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
5650                                 mask |= PG_V | PG_A;
5651                         }
5652                         rv = (*pte & mask) == mask;
5653                         PMAP_UNLOCK(pmap);
5654                         if (rv)
5655                                 goto out;
5656                 }
5657         }
5658 out:
5659         rw_runlock(lock);
5660         return (rv);
5661 }
5662
5663 /*
5664  *      pmap_is_modified:
5665  *
5666  *      Return whether or not the specified physical page was modified
5667  *      in any physical maps.
5668  */
5669 boolean_t
5670 pmap_is_modified(vm_page_t m)
5671 {
5672
5673         KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
5674             ("pmap_is_modified: page %p is not managed", m));
5675
5676         /*
5677          * If the page is not exclusive busied, then PGA_WRITEABLE cannot be
5678          * concurrently set while the object is locked.  Thus, if PGA_WRITEABLE
5679          * is clear, no PTEs can have PG_M set.
5680          */
5681         VM_OBJECT_ASSERT_WLOCKED(m->object);
5682         if (!vm_page_xbusied(m) && (m->aflags & PGA_WRITEABLE) == 0)
5683                 return (FALSE);
5684         return (pmap_page_test_mappings(m, FALSE, TRUE));
5685 }
5686
5687 /*
5688  *      pmap_is_prefaultable:
5689  *
5690  *      Return whether or not the specified virtual address is eligible
5691  *      for prefault.
5692  */
5693 boolean_t
5694 pmap_is_prefaultable(pmap_t pmap, vm_offset_t addr)
5695 {
5696         pd_entry_t *pde;
5697         pt_entry_t *pte, PG_V;
5698         boolean_t rv;
5699
5700         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
5701         rv = FALSE;
5702         PMAP_LOCK(pmap);
5703         pde = pmap_pde(pmap, addr);
5704         if (pde != NULL && (*pde & (PG_PS | PG_V)) == PG_V) {
5705                 pte = pmap_pde_to_pte(pde, addr);
5706                 rv = (*pte & PG_V) == 0;
5707         }
5708         PMAP_UNLOCK(pmap);
5709         return (rv);
5710 }
5711
5712 /*
5713  *      pmap_is_referenced:
5714  *
5715  *      Return whether or not the specified physical page was referenced
5716  *      in any physical maps.
5717  */
5718 boolean_t
5719 pmap_is_referenced(vm_page_t m)
5720 {
5721
5722         KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
5723             ("pmap_is_referenced: page %p is not managed", m));
5724         return (pmap_page_test_mappings(m, TRUE, FALSE));
5725 }
5726
5727 /*
5728  * Clear the write and modified bits in each of the given page's mappings.
5729  */
5730 void
5731 pmap_remove_write(vm_page_t m)
5732 {
5733         struct md_page *pvh;
5734         pmap_t pmap;
5735         struct rwlock *lock;
5736         pv_entry_t next_pv, pv;
5737         pd_entry_t *pde;
5738         pt_entry_t oldpte, *pte, PG_M, PG_RW;
5739         vm_offset_t va;
5740         int pvh_gen, md_gen;
5741
5742         KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
5743             ("pmap_remove_write: page %p is not managed", m));
5744
5745         /*
5746          * If the page is not exclusive busied, then PGA_WRITEABLE cannot be
5747          * set by another thread while the object is locked.  Thus,
5748          * if PGA_WRITEABLE is clear, no page table entries need updating.
5749          */
5750         VM_OBJECT_ASSERT_WLOCKED(m->object);
5751         if (!vm_page_xbusied(m) && (m->aflags & PGA_WRITEABLE) == 0)
5752                 return;
5753         lock = VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m);
5754         pvh = (m->flags & PG_FICTITIOUS) != 0 ? &pv_dummy :
5755             pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
5756 retry_pv_loop:
5757         rw_wlock(lock);
5758         TAILQ_FOREACH_SAFE(pv, &pvh->pv_list, pv_next, next_pv) {
5759                 pmap = PV_PMAP(pv);
5760                 if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
5761                         pvh_gen = pvh->pv_gen;
5762                         rw_wunlock(lock);
5763                         PMAP_LOCK(pmap);
5764                         rw_wlock(lock);
5765                         if (pvh_gen != pvh->pv_gen) {
5766                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
5767                                 rw_wunlock(lock);
5768                                 goto retry_pv_loop;
5769                         }
5770                 }
5771                 PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
5772                 va = pv->pv_va;
5773                 pde = pmap_pde(pmap, va);
5774                 if ((*pde & PG_RW) != 0)
5775                         (void)pmap_demote_pde_locked(pmap, pde, va, &lock);
5776                 KASSERT(lock == VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m),
5777                     ("inconsistent pv lock %p %p for page %p",
5778                     lock, VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m), m));
5779                 PMAP_UNLOCK(pmap);
5780         }
5781         TAILQ_FOREACH(pv, &m->md.pv_list, pv_next) {
5782                 pmap = PV_PMAP(pv);
5783                 if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
5784                         pvh_gen = pvh->pv_gen;
5785                         md_gen = m->md.pv_gen;
5786                         rw_wunlock(lock);
5787                         PMAP_LOCK(pmap);
5788                         rw_wlock(lock);
5789                         if (pvh_gen != pvh->pv_gen ||
5790                             md_gen != m->md.pv_gen) {
5791                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
5792                                 rw_wunlock(lock);
5793                                 goto retry_pv_loop;
5794                         }
5795                 }
5796                 PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
5797                 PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
5798                 pde = pmap_pde(pmap, pv->pv_va);
5799                 KASSERT((*pde & PG_PS) == 0,
5800                     ("pmap_remove_write: found a 2mpage in page %p's pv list",
5801                     m));
5802                 pte = pmap_pde_to_pte(pde, pv->pv_va);
5803 retry:
5804                 oldpte = *pte;
5805                 if (oldpte & PG_RW) {
5806                         if (!atomic_cmpset_long(pte, oldpte, oldpte &
5807                             ~(PG_RW | PG_M)))
5808                                 goto retry;
5809                         if ((oldpte & PG_M) != 0)
5810                                 vm_page_dirty(m);
5811                         pmap_invalidate_page(pmap, pv->pv_va);
5812                 }
5813                 PMAP_UNLOCK(pmap);
5814         }
5815         rw_wunlock(lock);
5816         vm_page_aflag_clear(m, PGA_WRITEABLE);
5817         pmap_delayed_invl_wait(m);
5818 }
5819
5820 static __inline boolean_t
5821 safe_to_clear_referenced(pmap_t pmap, pt_entry_t pte)
5822 {
5823
5824         if (!pmap_emulate_ad_bits(pmap))
5825                 return (TRUE);
5826
5827         KASSERT(pmap->pm_type == PT_EPT, ("invalid pm_type %d", pmap->pm_type));
5828
5829         /*
5830          * XWR = 010 or 110 will cause an unconditional EPT misconfiguration
5831          * so we don't let the referenced (aka EPT_PG_READ) bit to be cleared
5832          * if the EPT_PG_WRITE bit is set.
5833          */
5834         if ((pte & EPT_PG_WRITE) != 0)
5835                 return (FALSE);
5836
5837         /*
5838          * XWR = 100 is allowed only if the PMAP_SUPPORTS_EXEC_ONLY is set.
5839          */
5840         if ((pte & EPT_PG_EXECUTE) == 0 ||
5841             ((pmap->pm_flags & PMAP_SUPPORTS_EXEC_ONLY) != 0))
5842                 return (TRUE);
5843         else
5844                 return (FALSE);
5845 }
5846
5847 #define PMAP_TS_REFERENCED_MAX  5
5848
5849 /*
5850  *      pmap_ts_referenced:
5851  *
5852  *      Return a count of reference bits for a page, clearing those bits.
5853  *      It is not necessary for every reference bit to be cleared, but it
5854  *      is necessary that 0 only be returned when there are truly no
5855  *      reference bits set.
5856  *
5857  *      XXX: The exact number of bits to check and clear is a matter that
5858  *      should be tested and standardized at some point in the future for
5859  *      optimal aging of shared pages.
5860  *
5861  *      As an optimization, update the page's dirty field if a modified bit is
5862  *      found while counting reference bits.  This opportunistic update can be
5863  *      performed at low cost and can eliminate the need for some future calls
5864  *      to pmap_is_modified().  However, since this function stops after
5865  *      finding PMAP_TS_REFERENCED_MAX reference bits, it may not detect some
5866  *      dirty pages.  Those dirty pages will only be detected by a future call
5867  *      to pmap_is_modified().
5868  *
5869  *      A DI block is not needed within this function, because
5870  *      invalidations are performed before the PV list lock is
5871  *      released.
5872  */
5873 int
5874 pmap_ts_referenced(vm_page_t m)
5875 {
5876         struct md_page *pvh;
5877         pv_entry_t pv, pvf;
5878         pmap_t pmap;
5879         struct rwlock *lock;
5880         pd_entry_t oldpde, *pde;
5881         pt_entry_t *pte, PG_A, PG_M, PG_RW;
5882         vm_offset_t va;
5883         vm_paddr_t pa;
5884         int cleared, md_gen, not_cleared, pvh_gen;
5885         struct spglist free;
5886         boolean_t demoted;
5887
5888         KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
5889             ("pmap_ts_referenced: page %p is not managed", m));
5890         SLIST_INIT(&free);
5891         cleared = 0;
5892         pa = VM_PAGE_TO_PHYS(m);
5893         lock = PHYS_TO_PV_LIST_LOCK(pa);
5894         pvh = (m->flags & PG_FICTITIOUS) != 0 ? &pv_dummy : pa_to_pvh(pa);
5895         rw_wlock(lock);
5896 retry:
5897         not_cleared = 0;
5898         if ((pvf = TAILQ_FIRST(&pvh->pv_list)) == NULL)
5899                 goto small_mappings;
5900         pv = pvf;
5901         do {
5902                 if (pvf == NULL)
5903                         pvf = pv;
5904                 pmap = PV_PMAP(pv);
5905                 if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
5906                         pvh_gen = pvh->pv_gen;
5907                         rw_wunlock(lock);
5908                         PMAP_LOCK(pmap);
5909                         rw_wlock(lock);
5910                         if (pvh_gen != pvh->pv_gen) {
5911                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
5912                                 goto retry;
5913                         }
5914                 }
5915                 PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
5916                 PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
5917                 PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
5918                 va = pv->pv_va;
5919                 pde = pmap_pde(pmap, pv->pv_va);
5920                 oldpde = *pde;
5921                 if ((oldpde & (PG_M | PG_RW)) == (PG_M | PG_RW)) {
5922                         /*
5923                          * Although "oldpde" is mapping a 2MB page, because
5924                          * this function is called at a 4KB page granularity,
5925                          * we only update the 4KB page under test.
5926                          */
5927                         vm_page_dirty(m);
5928                 }
5929                 if ((*pde & PG_A) != 0) {
5930                         /*
5931                          * Since this reference bit is shared by 512 4KB
5932                          * pages, it should not be cleared every time it is
5933                          * tested.  Apply a simple "hash" function on the
5934                          * physical page number, the virtual superpage number,
5935                          * and the pmap address to select one 4KB page out of
5936                          * the 512 on which testing the reference bit will
5937                          * result in clearing that reference bit.  This
5938                          * function is designed to avoid the selection of the
5939                          * same 4KB page for every 2MB page mapping.
5940                          *
5941                          * On demotion, a mapping that hasn't been referenced
5942                          * is simply destroyed.  To avoid the possibility of a
5943                          * subsequent page fault on a demoted wired mapping,
5944                          * always leave its reference bit set.  Moreover,
5945                          * since the superpage is wired, the current state of
5946                          * its reference bit won't affect page replacement.
5947                          */
5948                         if ((((pa >> PAGE_SHIFT) ^ (pv->pv_va >> PDRSHIFT) ^
5949                             (uintptr_t)pmap) & (NPTEPG - 1)) == 0 &&
5950                             (*pde & PG_W) == 0) {
5951                                 if (safe_to_clear_referenced(pmap, oldpde)) {
5952                                         atomic_clear_long(pde, PG_A);
5953                                         pmap_invalidate_page(pmap, pv->pv_va);
5954                                         demoted = FALSE;
5955                                 } else if (pmap_demote_pde_locked(pmap, pde,
5956                                     pv->pv_va, &lock)) {
5957                                         /*
5958                                          * Remove the mapping to a single page
5959                                          * so that a subsequent access may
5960                                          * repromote.  Since the underlying
5961                                          * page table page is fully populated,
5962                                          * this removal never frees a page
5963                                          * table page.
5964                                          */
5965                                         demoted = TRUE;
5966                                         va += VM_PAGE_TO_PHYS(m) - (oldpde &
5967                                             PG_PS_FRAME);
5968                                         pte = pmap_pde_to_pte(pde, va);
5969                                         pmap_remove_pte(pmap, pte, va, *pde,
5970                                             NULL, &lock);
5971                                         pmap_invalidate_page(pmap, va);
5972                                 } else
5973                                         demoted = TRUE;
5974
5975                                 if (demoted) {
5976                                         /*
5977                                          * The superpage mapping was removed
5978                                          * entirely and therefore 'pv' is no
5979                                          * longer valid.
5980                                          */
5981                                         if (pvf == pv)
5982                                                 pvf = NULL;
5983                                         pv = NULL;
5984                                 }
5985                                 cleared++;
5986                                 KASSERT(lock == VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m),
5987                                     ("inconsistent pv lock %p %p for page %p",
5988                                     lock, VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m), m));
5989                         } else
5990                                 not_cleared++;
5991                 }
5992                 PMAP_UNLOCK(pmap);
5993                 /* Rotate the PV list if it has more than one entry. */
5994                 if (pv != NULL && TAILQ_NEXT(pv, pv_next) != NULL) {
5995                         TAILQ_REMOVE(&pvh->pv_list, pv, pv_next);
5996                         TAILQ_INSERT_TAIL(&pvh->pv_list, pv, pv_next);
5997                         pvh->pv_gen++;
5998                 }
5999                 if (cleared + not_cleared >= PMAP_TS_REFERENCED_MAX)
6000                         goto out;
6001         } while ((pv = TAILQ_FIRST(&pvh->pv_list)) != pvf);
6002 small_mappings:
6003         if ((pvf = TAILQ_FIRST(&m->md.pv_list)) == NULL)
6004                 goto out;
6005         pv = pvf;
6006         do {
6007                 if (pvf == NULL)
6008                         pvf = pv;
6009                 pmap = PV_PMAP(pv);
6010                 if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
6011                         pvh_gen = pvh->pv_gen;
6012                         md_gen = m->md.pv_gen;
6013                         rw_wunlock(lock);
6014                         PMAP_LOCK(pmap);
6015                         rw_wlock(lock);
6016                         if (pvh_gen != pvh->pv_gen || md_gen != m->md.pv_gen) {
6017                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
6018                                 goto retry;
6019                         }
6020                 }
6021                 PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
6022                 PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
6023                 PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
6024                 pde = pmap_pde(pmap, pv->pv_va);
6025                 KASSERT((*pde & PG_PS) == 0,
6026                     ("pmap_ts_referenced: found a 2mpage in page %p's pv list",
6027                     m));
6028                 pte = pmap_pde_to_pte(pde, pv->pv_va);
6029                 if ((*pte & (PG_M | PG_RW)) == (PG_M | PG_RW))
6030                         vm_page_dirty(m);
6031                 if ((*pte & PG_A) != 0) {
6032                         if (safe_to_clear_referenced(pmap, *pte)) {
6033                                 atomic_clear_long(pte, PG_A);
6034                                 pmap_invalidate_page(pmap, pv->pv_va);
6035                                 cleared++;
6036                         } else if ((*pte & PG_W) == 0) {
6037                                 /*
6038                                  * Wired pages cannot be paged out so
6039                                  * doing accessed bit emulation for
6040                                  * them is wasted effort. We do the
6041                                  * hard work for unwired pages only.
6042                                  */
6043                                 pmap_remove_pte(pmap, pte, pv->pv_va,
6044                                     *pde, &free, &lock);
6045                                 pmap_invalidate_page(pmap, pv->pv_va);
6046                                 cleared++;
6047                                 if (pvf == pv)
6048                                         pvf = NULL;
6049                                 pv = NULL;
6050                                 KASSERT(lock == VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m),
6051                                     ("inconsistent pv lock %p %p for page %p",
6052                                     lock, VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m), m));
6053                         } else
6054                                 not_cleared++;
6055                 }
6056                 PMAP_UNLOCK(pmap);
6057                 /* Rotate the PV list if it has more than one entry. */
6058                 if (pv != NULL && TAILQ_NEXT(pv, pv_next) != NULL) {
6059                         TAILQ_REMOVE(&m->md.pv_list, pv, pv_next);
6060                         TAILQ_INSERT_TAIL(&m->md.pv_list, pv, pv_next);
6061                         m->md.pv_gen++;
6062                 }
6063         } while ((pv = TAILQ_FIRST(&m->md.pv_list)) != pvf && cleared +
6064             not_cleared < PMAP_TS_REFERENCED_MAX);
6065 out:
6066         rw_wunlock(lock);
6067         pmap_free_zero_pages(&free);
6068         return (cleared + not_cleared);
6069 }
6070
6071 /*
6072  *      Apply the given advice to the specified range of addresses within the
6073  *      given pmap.  Depending on the advice, clear the referenced and/or
6074  *      modified flags in each mapping and set the mapped page's dirty field.
6075  */
6076 void
6077 pmap_advise(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva, int advice)
6078 {
6079         struct rwlock *lock;
6080         pml4_entry_t *pml4e;
6081         pdp_entry_t *pdpe;
6082         pd_entry_t oldpde, *pde;
6083         pt_entry_t *pte, PG_A, PG_G, PG_M, PG_RW, PG_V;
6084         vm_offset_t va, va_next;
6085         vm_page_t m;
6086         boolean_t anychanged;
6087
6088         if (advice != MADV_DONTNEED && advice != MADV_FREE)
6089                 return;
6090
6091         /*
6092          * A/D bit emulation requires an alternate code path when clearing
6093          * the modified and accessed bits below. Since this function is
6094          * advisory in nature we skip it entirely for pmaps that require
6095          * A/D bit emulation.
6096          */
6097         if (pmap_emulate_ad_bits(pmap))
6098                 return;
6099
6100         PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
6101         PG_G = pmap_global_bit(pmap);
6102         PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
6103         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
6104         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
6105         anychanged = FALSE;
6106         pmap_delayed_invl_started();
6107         PMAP_LOCK(pmap);
6108         for (; sva < eva; sva = va_next) {
6109                 pml4e = pmap_pml4e(pmap, sva);
6110                 if ((*pml4e & PG_V) == 0) {
6111                         va_next = (sva + NBPML4) & ~PML4MASK;
6112                         if (va_next < sva)
6113                                 va_next = eva;
6114                         continue;
6115                 }
6116                 pdpe = pmap_pml4e_to_pdpe(pml4e, sva);
6117                 if ((*pdpe & PG_V) == 0) {
6118                         va_next = (sva + NBPDP) & ~PDPMASK;
6119                         if (va_next < sva)
6120                                 va_next = eva;
6121                         continue;
6122                 }
6123                 va_next = (sva + NBPDR) & ~PDRMASK;
6124                 if (va_next < sva)
6125                         va_next = eva;
6126                 pde = pmap_pdpe_to_pde(pdpe, sva);
6127                 oldpde = *pde;
6128                 if ((oldpde & PG_V) == 0)
6129                         continue;
6130                 else if ((oldpde & PG_PS) != 0) {
6131                         if ((oldpde & PG_MANAGED) == 0)
6132                                 continue;
6133                         lock = NULL;
6134                         if (!pmap_demote_pde_locked(pmap, pde, sva, &lock)) {
6135                                 if (lock != NULL)
6136                                         rw_wunlock(lock);
6137
6138                                 /*
6139                                  * The large page mapping was destroyed.
6140                                  */
6141                                 continue;
6142                         }
6143
6144                         /*
6145                          * Unless the page mappings are wired, remove the
6146                          * mapping to a single page so that a subsequent
6147                          * access may repromote.  Since the underlying page
6148                          * table page is fully populated, this removal never
6149                          * frees a page table page.
6150                          */
6151                         if ((oldpde & PG_W) == 0) {
6152                                 pte = pmap_pde_to_pte(pde, sva);
6153                                 KASSERT((*pte & PG_V) != 0,
6154                                     ("pmap_advise: invalid PTE"));
6155                                 pmap_remove_pte(pmap, pte, sva, *pde, NULL,
6156                                     &lock);
6157                                 anychanged = TRUE;
6158                         }
6159                         if (lock != NULL)
6160                                 rw_wunlock(lock);
6161                 }
6162                 if (va_next > eva)
6163                         va_next = eva;
6164                 va = va_next;
6165                 for (pte = pmap_pde_to_pte(pde, sva); sva != va_next; pte++,
6166                     sva += PAGE_SIZE) {
6167                         if ((*pte & (PG_MANAGED | PG_V)) != (PG_MANAGED | PG_V))
6168                                 goto maybe_invlrng;
6169                         else if ((*pte & (PG_M | PG_RW)) == (PG_M | PG_RW)) {
6170                                 if (advice == MADV_DONTNEED) {
6171                                         /*
6172                                          * Future calls to pmap_is_modified()
6173                                          * can be avoided by making the page
6174                                          * dirty now.
6175                                          */
6176                                         m = PHYS_TO_VM_PAGE(*pte & PG_FRAME);
6177                                         vm_page_dirty(m);
6178                                 }
6179                                 atomic_clear_long(pte, PG_M | PG_A);
6180                         } else if ((*pte & PG_A) != 0)
6181                                 atomic_clear_long(pte, PG_A);
6182                         else
6183                                 goto maybe_invlrng;
6184
6185                         if ((*pte & PG_G) != 0) {
6186                                 if (va == va_next)
6187                                         va = sva;
6188                         } else
6189                                 anychanged = TRUE;
6190                         continue;
6191 maybe_invlrng:
6192                         if (va != va_next) {
6193                                 pmap_invalidate_range(pmap, va, sva);
6194                                 va = va_next;
6195                         }
6196                 }
6197                 if (va != va_next)
6198                         pmap_invalidate_range(pmap, va, sva);
6199         }
6200         if (anychanged)
6201                 pmap_invalidate_all(pmap);
6202         PMAP_UNLOCK(pmap);
6203         pmap_delayed_invl_finished();
6204 }
6205
6206 /*
6207  *      Clear the modify bits on the specified physical page.
6208  */
6209 void
6210 pmap_clear_modify(vm_page_t m)
6211 {
6212         struct md_page *pvh;
6213         pmap_t pmap;
6214         pv_entry_t next_pv, pv;
6215         pd_entry_t oldpde, *pde;
6216         pt_entry_t oldpte, *pte, PG_M, PG_RW, PG_V;
6217         struct rwlock *lock;
6218         vm_offset_t va;
6219         int md_gen, pvh_gen;
6220
6221         KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
6222             ("pmap_clear_modify: page %p is not managed", m));
6223         VM_OBJECT_ASSERT_WLOCKED(m->object);
6224         KASSERT(!vm_page_xbusied(m),
6225             ("pmap_clear_modify: page %p is exclusive busied", m));
6226
6227         /*
6228          * If the page is not PGA_WRITEABLE, then no PTEs can have PG_M set.
6229          * If the object containing the page is locked and the page is not
6230          * exclusive busied, then PGA_WRITEABLE cannot be concurrently set.
6231          */
6232         if ((m->aflags & PGA_WRITEABLE) == 0)
6233                 return;
6234         pvh = (m->flags & PG_FICTITIOUS) != 0 ? &pv_dummy :
6235             pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
6236         lock = VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m);
6237         rw_wlock(lock);
6238 restart:
6239         TAILQ_FOREACH_SAFE(pv, &pvh->pv_list, pv_next, next_pv) {
6240                 pmap = PV_PMAP(pv);
6241                 if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
6242                         pvh_gen = pvh->pv_gen;
6243                         rw_wunlock(lock);
6244                         PMAP_LOCK(pmap);
6245                         rw_wlock(lock);
6246                         if (pvh_gen != pvh->pv_gen) {
6247                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
6248                                 goto restart;
6249                         }
6250                 }
6251                 PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
6252                 PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
6253                 PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
6254                 va = pv->pv_va;
6255                 pde = pmap_pde(pmap, va);
6256                 oldpde = *pde;
6257                 if ((oldpde & PG_RW) != 0) {
6258                         if (pmap_demote_pde_locked(pmap, pde, va, &lock)) {
6259                                 if ((oldpde & PG_W) == 0) {
6260                                         /*
6261                                          * Write protect the mapping to a
6262                                          * single page so that a subsequent
6263                                          * write access may repromote.
6264                                          */
6265                                         va += VM_PAGE_TO_PHYS(m) - (oldpde &
6266                                             PG_PS_FRAME);
6267                                         pte = pmap_pde_to_pte(pde, va);
6268                                         oldpte = *pte;
6269                                         if ((oldpte & PG_V) != 0) {
6270                                                 while (!atomic_cmpset_long(pte,
6271                                                     oldpte,
6272                                                     oldpte & ~(PG_M | PG_RW)))
6273                                                         oldpte = *pte;
6274                                                 vm_page_dirty(m);
6275                                                 pmap_invalidate_page(pmap, va);
6276                                         }
6277                                 }
6278                         }
6279                 }
6280                 PMAP_UNLOCK(pmap);
6281         }
6282         TAILQ_FOREACH(pv, &m->md.pv_list, pv_next) {
6283                 pmap = PV_PMAP(pv);
6284                 if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
6285                         md_gen = m->md.pv_gen;
6286                         pvh_gen = pvh->pv_gen;
6287                         rw_wunlock(lock);
6288                         PMAP_LOCK(pmap);
6289                         rw_wlock(lock);
6290                         if (pvh_gen != pvh->pv_gen || md_gen != m->md.pv_gen) {
6291                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
6292                                 goto restart;
6293                         }
6294                 }
6295                 PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
6296                 PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
6297                 pde = pmap_pde(pmap, pv->pv_va);
6298                 KASSERT((*pde & PG_PS) == 0, ("pmap_clear_modify: found"
6299                     " a 2mpage in page %p's pv list", m));
6300                 pte = pmap_pde_to_pte(pde, pv->pv_va);
6301                 if ((*pte & (PG_M | PG_RW)) == (PG_M | PG_RW)) {
6302                         atomic_clear_long(pte, PG_M);
6303                         pmap_invalidate_page(pmap, pv->pv_va);
6304                 }
6305                 PMAP_UNLOCK(pmap);
6306         }
6307         rw_wunlock(lock);
6308 }
6309
6310 /*
6311  * Miscellaneous support routines follow
6312  */
6313
6314 /* Adjust the cache mode for a 4KB page mapped via a PTE. */
6315 static __inline void
6316 pmap_pte_attr(pt_entry_t *pte, int cache_bits, int mask)
6317 {
6318         u_int opte, npte;
6319
6320         /*
6321          * The cache mode bits are all in the low 32-bits of the
6322          * PTE, so we can just spin on updating the low 32-bits.
6323          */
6324         do {
6325                 opte = *(u_int *)pte;
6326                 npte = opte & ~mask;
6327                 npte |= cache_bits;
6328         } while (npte != opte && !atomic_cmpset_int((u_int *)pte, opte, npte));
6329 }
6330
6331 /* Adjust the cache mode for a 2MB page mapped via a PDE. */
6332 static __inline void
6333 pmap_pde_attr(pd_entry_t *pde, int cache_bits, int mask)
6334 {
6335         u_int opde, npde;
6336
6337         /*
6338          * The cache mode bits are all in the low 32-bits of the
6339          * PDE, so we can just spin on updating the low 32-bits.
6340          */
6341         do {
6342                 opde = *(u_int *)pde;
6343                 npde = opde & ~mask;
6344                 npde |= cache_bits;
6345         } while (npde != opde && !atomic_cmpset_int((u_int *)pde, opde, npde));
6346 }
6347
6348 /*
6349  * Map a set of physical memory pages into the kernel virtual
6350  * address space. Return a pointer to where it is mapped. This
6351  * routine is intended to be used for mapping device memory,
6352  * NOT real memory.
6353  */
6354 void *
6355 pmap_mapdev_attr(vm_paddr_t pa, vm_size_t size, int mode)
6356 {
6357         struct pmap_preinit_mapping *ppim;
6358         vm_offset_t va, offset;
6359         vm_size_t tmpsize;
6360         int i;
6361
6362         offset = pa & PAGE_MASK;
6363         size = round_page(offset + size);
6364         pa = trunc_page(pa);
6365
6366         if (!pmap_initialized) {
6367                 va = 0;
6368                 for (i = 0; i < PMAP_PREINIT_MAPPING_COUNT; i++) {
6369                         ppim = pmap_preinit_mapping + i;
6370                         if (ppim->va == 0) {
6371                                 ppim->pa = pa;
6372                                 ppim->sz = size;
6373                                 ppim->mode = mode;
6374                                 ppim->va = virtual_avail;
6375                                 virtual_avail += size;
6376                                 va = ppim->va;
6377                                 break;
6378                         }
6379                 }
6380                 if (va == 0)
6381                         panic("%s: too many preinit mappings", __func__);
6382         } else {
6383                 /*
6384                  * If we have a preinit mapping, re-use it.
6385                  */
6386                 for (i = 0; i < PMAP_PREINIT_MAPPING_COUNT; i++) {
6387                         ppim = pmap_preinit_mapping + i;
6388                         if (ppim->pa == pa && ppim->sz == size &&
6389                             ppim->mode == mode)
6390                                 return ((void *)(ppim->va + offset));
6391                 }
6392                 /*
6393                  * If the specified range of physical addresses fits within
6394                  * the direct map window, use the direct map.
6395                  */
6396                 if (pa < dmaplimit && pa + size < dmaplimit) {
6397                         va = PHYS_TO_DMAP(pa);
6398                         if (!pmap_change_attr(va, size, mode))
6399                                 return ((void *)(va + offset));
6400                 }
6401                 va = kva_alloc(size);
6402                 if (va == 0)
6403                         panic("%s: Couldn't allocate KVA", __func__);
6404         }
6405         for (tmpsize = 0; tmpsize < size; tmpsize += PAGE_SIZE)
6406                 pmap_kenter_attr(va + tmpsize, pa + tmpsize, mode);
6407         pmap_invalidate_range(kernel_pmap, va, va + tmpsize);
6408         pmap_invalidate_cache_range(va, va + tmpsize, FALSE);
6409         return ((void *)(va + offset));
6410 }
6411
6412 void *
6413 pmap_mapdev(vm_paddr_t pa, vm_size_t size)
6414 {
6415
6416         return (pmap_mapdev_attr(pa, size, PAT_UNCACHEABLE));
6417 }
6418
6419 void *
6420 pmap_mapbios(vm_paddr_t pa, vm_size_t size)
6421 {
6422
6423         return (pmap_mapdev_attr(pa, size, PAT_WRITE_BACK));
6424 }
6425
6426 void
6427 pmap_unmapdev(vm_offset_t va, vm_size_t size)
6428 {
6429         struct pmap_preinit_mapping *ppim;
6430         vm_offset_t offset;
6431         int i;
6432
6433         /* If we gave a direct map region in pmap_mapdev, do nothing */
6434         if (va >= DMAP_MIN_ADDRESS && va < DMAP_MAX_ADDRESS)
6435                 return;
6436         offset = va & PAGE_MASK;
6437         size = round_page(offset + size);
6438         va = trunc_page(va);
6439         for (i = 0; i < PMAP_PREINIT_MAPPING_COUNT; i++) {
6440                 ppim = pmap_preinit_mapping + i;
6441                 if (ppim->va == va && ppim->sz == size) {
6442                         if (pmap_initialized)
6443                                 return;
6444                         ppim->pa = 0;
6445                         ppim->va = 0;
6446                         ppim->sz = 0;
6447                         ppim->mode = 0;
6448                         if (va + size == virtual_avail)
6449                                 virtual_avail = va;
6450                         return;
6451                 }
6452         }
6453         if (pmap_initialized)
6454                 kva_free(va, size);
6455 }
6456
6457 /*
6458  * Tries to demote a 1GB page mapping.
6459  */
6460 static boolean_t
6461 pmap_demote_pdpe(pmap_t pmap, pdp_entry_t *pdpe, vm_offset_t va)
6462 {
6463         pdp_entry_t newpdpe, oldpdpe;
6464         pd_entry_t *firstpde, newpde, *pde;
6465         pt_entry_t PG_A, PG_M, PG_RW, PG_V;
6466         vm_paddr_t mpdepa;
6467         vm_page_t mpde;
6468
6469         PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
6470         PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
6471         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
6472         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
6473
6474         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
6475         oldpdpe = *pdpe;
6476         KASSERT((oldpdpe & (PG_PS | PG_V)) == (PG_PS | PG_V),
6477             ("pmap_demote_pdpe: oldpdpe is missing PG_PS and/or PG_V"));
6478         if ((mpde = vm_page_alloc(NULL, va >> PDPSHIFT, VM_ALLOC_INTERRUPT |
6479             VM_ALLOC_NOOBJ | VM_ALLOC_WIRED)) == NULL) {
6480                 CTR2(KTR_PMAP, "pmap_demote_pdpe: failure for va %#lx"
6481                     " in pmap %p", va, pmap);
6482                 return (FALSE);
6483         }
6484         mpdepa = VM_PAGE_TO_PHYS(mpde);
6485         firstpde = (pd_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(mpdepa);
6486         newpdpe = mpdepa | PG_M | PG_A | (oldpdpe & PG_U) | PG_RW | PG_V;
6487         KASSERT((oldpdpe & PG_A) != 0,
6488             ("pmap_demote_pdpe: oldpdpe is missing PG_A"));
6489         KASSERT((oldpdpe & (PG_M | PG_RW)) != PG_RW,
6490             ("pmap_demote_pdpe: oldpdpe is missing PG_M"));
6491         newpde = oldpdpe;
6492
6493         /*
6494          * Initialize the page directory page.
6495          */
6496         for (pde = firstpde; pde < firstpde + NPDEPG; pde++) {
6497                 *pde = newpde;
6498                 newpde += NBPDR;
6499         }
6500
6501         /*
6502          * Demote the mapping.
6503          */
6504         *pdpe = newpdpe;
6505
6506         /*
6507          * Invalidate a stale recursive mapping of the page directory page.
6508          */
6509         pmap_invalidate_page(pmap, (vm_offset_t)vtopde(va));
6510
6511         pmap_pdpe_demotions++;
6512         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_demote_pdpe: success for va %#lx"
6513             " in pmap %p", va, pmap);
6514         return (TRUE);
6515 }
6516
6517 /*
6518  * Sets the memory attribute for the specified page.
6519  */
6520 void
6521 pmap_page_set_memattr(vm_page_t m, vm_memattr_t ma)
6522 {
6523
6524         m->md.pat_mode = ma;
6525
6526         /*
6527          * If "m" is a normal page, update its direct mapping.  This update
6528          * can be relied upon to perform any cache operations that are
6529          * required for data coherence.
6530          */
6531         if ((m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0 &&
6532             pmap_change_attr(PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(m)), PAGE_SIZE,
6533             m->md.pat_mode))
6534                 panic("memory attribute change on the direct map failed");
6535 }
6536
6537 /*
6538  * Changes the specified virtual address range's memory type to that given by
6539  * the parameter "mode".  The specified virtual address range must be
6540  * completely contained within either the direct map or the kernel map.  If
6541  * the virtual address range is contained within the kernel map, then the
6542  * memory type for each of the corresponding ranges of the direct map is also
6543  * changed.  (The corresponding ranges of the direct map are those ranges that
6544  * map the same physical pages as the specified virtual address range.)  These
6545  * changes to the direct map are necessary because Intel describes the
6546  * behavior of their processors as "undefined" if two or more mappings to the
6547  * same physical page have different memory types.
6548  *
6549  * Returns zero if the change completed successfully, and either EINVAL or
6550  * ENOMEM if the change failed.  Specifically, EINVAL is returned if some part
6551  * of the virtual address range was not mapped, and ENOMEM is returned if
6552  * there was insufficient memory available to complete the change.  In the
6553  * latter case, the memory type may have been changed on some part of the
6554  * virtual address range or the direct map.
6555  */
6556 int
6557 pmap_change_attr(vm_offset_t va, vm_size_t size, int mode)
6558 {
6559         int error;
6560
6561         PMAP_LOCK(kernel_pmap);
6562         error = pmap_change_attr_locked(va, size, mode);
6563         PMAP_UNLOCK(kernel_pmap);
6564         return (error);
6565 }
6566
6567 static int
6568 pmap_change_attr_locked(vm_offset_t va, vm_size_t size, int mode)
6569 {
6570         vm_offset_t base, offset, tmpva;
6571         vm_paddr_t pa_start, pa_end, pa_end1;
6572         pdp_entry_t *pdpe;
6573         pd_entry_t *pde;
6574         pt_entry_t *pte;
6575         int cache_bits_pte, cache_bits_pde, error;
6576         boolean_t changed;
6577
6578         PMAP_LOCK_ASSERT(kernel_pmap, MA_OWNED);
6579         base = trunc_page(va);
6580         offset = va & PAGE_MASK;
6581         size = round_page(offset + size);
6582
6583         /*
6584          * Only supported on kernel virtual addresses, including the direct
6585          * map but excluding the recursive map.
6586          */
6587         if (base < DMAP_MIN_ADDRESS)
6588                 return (EINVAL);
6589
6590         cache_bits_pde = pmap_cache_bits(kernel_pmap, mode, 1);
6591         cache_bits_pte = pmap_cache_bits(kernel_pmap, mode, 0);
6592         changed = FALSE;
6593
6594         /*
6595          * Pages that aren't mapped aren't supported.  Also break down 2MB pages
6596          * into 4KB pages if required.
6597          */
6598         for (tmpva = base; tmpva < base + size; ) {
6599                 pdpe = pmap_pdpe(kernel_pmap, tmpva);
6600                 if (pdpe == NULL || *pdpe == 0)
6601                         return (EINVAL);
6602                 if (*pdpe & PG_PS) {
6603                         /*
6604                          * If the current 1GB page already has the required
6605                          * memory type, then we need not demote this page. Just
6606                          * increment tmpva to the next 1GB page frame.
6607                          */
6608                         if ((*pdpe & X86_PG_PDE_CACHE) == cache_bits_pde) {
6609                                 tmpva = trunc_1gpage(tmpva) + NBPDP;
6610                                 continue;
6611                         }
6612
6613                         /*
6614                          * If the current offset aligns with a 1GB page frame
6615                          * and there is at least 1GB left within the range, then
6616                          * we need not break down this page into 2MB pages.
6617                          */
6618                         if ((tmpva & PDPMASK) == 0 &&
6619                             tmpva + PDPMASK < base + size) {
6620                                 tmpva += NBPDP;
6621                                 continue;
6622                         }
6623                         if (!pmap_demote_pdpe(kernel_pmap, pdpe, tmpva))
6624                                 return (ENOMEM);
6625                 }
6626                 pde = pmap_pdpe_to_pde(pdpe, tmpva);
6627                 if (*pde == 0)
6628                         return (EINVAL);
6629                 if (*pde & PG_PS) {
6630                         /*
6631                          * If the current 2MB page already has the required
6632                          * memory type, then we need not demote this page. Just
6633                          * increment tmpva to the next 2MB page frame.
6634                          */
6635                         if ((*pde & X86_PG_PDE_CACHE) == cache_bits_pde) {
6636                                 tmpva = trunc_2mpage(tmpva) + NBPDR;
6637                                 continue;
6638                         }
6639
6640                         /*
6641                          * If the current offset aligns with a 2MB page frame
6642                          * and there is at least 2MB left within the range, then
6643                          * we need not break down this page into 4KB pages.
6644                          */
6645                         if ((tmpva & PDRMASK) == 0 &&
6646                             tmpva + PDRMASK < base + size) {
6647                                 tmpva += NBPDR;
6648                                 continue;
6649                         }
6650                         if (!pmap_demote_pde(kernel_pmap, pde, tmpva))
6651                                 return (ENOMEM);
6652                 }
6653                 pte = pmap_pde_to_pte(pde, tmpva);
6654                 if (*pte == 0)
6655                         return (EINVAL);
6656                 tmpva += PAGE_SIZE;
6657         }
6658         error = 0;
6659
6660         /*
6661          * Ok, all the pages exist, so run through them updating their
6662          * cache mode if required.
6663          */
6664         pa_start = pa_end = 0;
6665         for (tmpva = base; tmpva < base + size; ) {
6666                 pdpe = pmap_pdpe(kernel_pmap, tmpva);
6667                 if (*pdpe & PG_PS) {
6668                         if ((*pdpe & X86_PG_PDE_CACHE) != cache_bits_pde) {
6669                                 pmap_pde_attr(pdpe, cache_bits_pde,
6670                                     X86_PG_PDE_CACHE);
6671                                 changed = TRUE;
6672                         }
6673                         if (tmpva >= VM_MIN_KERNEL_ADDRESS &&
6674                             (*pdpe & PG_PS_FRAME) < dmaplimit) {
6675                                 if (pa_start == pa_end) {
6676                                         /* Start physical address run. */
6677                                         pa_start = *pdpe & PG_PS_FRAME;
6678                                         pa_end = pa_start + NBPDP;
6679                                 } else if (pa_end == (*pdpe & PG_PS_FRAME))
6680                                         pa_end += NBPDP;
6681                                 else {
6682                                         /* Run ended, update direct map. */
6683                                         error = pmap_change_attr_locked(
6684                                             PHYS_TO_DMAP(pa_start),
6685                                             pa_end - pa_start, mode);
6686                                         if (error != 0)
6687                                                 break;
6688                                         /* Start physical address run. */
6689                                         pa_start = *pdpe & PG_PS_FRAME;
6690                                         pa_end = pa_start + NBPDP;
6691                                 }
6692                         }
6693                         tmpva = trunc_1gpage(tmpva) + NBPDP;
6694                         continue;
6695                 }
6696                 pde = pmap_pdpe_to_pde(pdpe, tmpva);
6697                 if (*pde & PG_PS) {
6698                         if ((*pde & X86_PG_PDE_CACHE) != cache_bits_pde) {
6699                                 pmap_pde_attr(pde, cache_bits_pde,
6700                                     X86_PG_PDE_CACHE);
6701                                 changed = TRUE;
6702                         }
6703                         if (tmpva >= VM_MIN_KERNEL_ADDRESS &&
6704                             (*pde & PG_PS_FRAME) < dmaplimit) {
6705                                 if (pa_start == pa_end) {
6706                                         /* Start physical address run. */
6707                                         pa_start = *pde & PG_PS_FRAME;
6708                                         pa_end = pa_start + NBPDR;
6709                                 } else if (pa_end == (*pde & PG_PS_FRAME))
6710                                         pa_end += NBPDR;
6711                                 else {
6712                                         /* Run ended, update direct map. */
6713                                         error = pmap_change_attr_locked(
6714                                             PHYS_TO_DMAP(pa_start),
6715                                             pa_end - pa_start, mode);
6716                                         if (error != 0)
6717                                                 break;
6718                                         /* Start physical address run. */
6719                                         pa_start = *pde & PG_PS_FRAME;
6720                                         pa_end = pa_start + NBPDR;
6721                                 }
6722                         }
6723                         tmpva = trunc_2mpage(tmpva) + NBPDR;
6724                 } else {
6725                         pte = pmap_pde_to_pte(pde, tmpva);
6726                         if ((*pte & X86_PG_PTE_CACHE) != cache_bits_pte) {
6727                                 pmap_pte_attr(pte, cache_bits_pte,
6728                                     X86_PG_PTE_CACHE);
6729                                 changed = TRUE;
6730                         }
6731                         if (tmpva >= VM_MIN_KERNEL_ADDRESS &&
6732                             (*pte & PG_PS_FRAME) < dmaplimit) {
6733                                 if (pa_start == pa_end) {
6734                                         /* Start physical address run. */
6735                                         pa_start = *pte & PG_FRAME;
6736                                         pa_end = pa_start + PAGE_SIZE;
6737                                 } else if (pa_end == (*pte & PG_FRAME))
6738                                         pa_end += PAGE_SIZE;
6739                                 else {
6740                                         /* Run ended, update direct map. */
6741                                         error = pmap_change_attr_locked(
6742                                             PHYS_TO_DMAP(pa_start),
6743                                             pa_end - pa_start, mode);
6744                                         if (error != 0)
6745                                                 break;
6746                                         /* Start physical address run. */
6747                                         pa_start = *pte & PG_FRAME;
6748                                         pa_end = pa_start + PAGE_SIZE;
6749                                 }
6750                         }
6751                         tmpva += PAGE_SIZE;
6752                 }
6753         }
6754         if (error == 0 && pa_start != pa_end && pa_start < dmaplimit) {
6755                 pa_end1 = MIN(pa_end, dmaplimit);
6756                 if (pa_start != pa_end1)
6757                         error = pmap_change_attr_locked(PHYS_TO_DMAP(pa_start),
6758                             pa_end1 - pa_start, mode);
6759         }
6760
6761         /*
6762          * Flush CPU caches if required to make sure any data isn't cached that
6763          * shouldn't be, etc.
6764          */
6765         if (changed) {
6766                 pmap_invalidate_range(kernel_pmap, base, tmpva);
6767                 pmap_invalidate_cache_range(base, tmpva, FALSE);
6768         }
6769         return (error);
6770 }
6771
6772 /*
6773  * Demotes any mapping within the direct map region that covers more than the
6774  * specified range of physical addresses.  This range's size must be a power
6775  * of two and its starting address must be a multiple of its size.  Since the
6776  * demotion does not change any attributes of the mapping, a TLB invalidation
6777  * is not mandatory.  The caller may, however, request a TLB invalidation.
6778  */
6779 void
6780 pmap_demote_DMAP(vm_paddr_t base, vm_size_t len, boolean_t invalidate)
6781 {
6782         pdp_entry_t *pdpe;
6783         pd_entry_t *pde;
6784         vm_offset_t va;
6785         boolean_t changed;
6786
6787         if (len == 0)
6788                 return;
6789         KASSERT(powerof2(len), ("pmap_demote_DMAP: len is not a power of 2"));
6790         KASSERT((base & (len - 1)) == 0,
6791             ("pmap_demote_DMAP: base is not a multiple of len"));
6792         if (len < NBPDP && base < dmaplimit) {
6793                 va = PHYS_TO_DMAP(base);
6794                 changed = FALSE;
6795                 PMAP_LOCK(kernel_pmap);
6796                 pdpe = pmap_pdpe(kernel_pmap, va);
6797                 if ((*pdpe & X86_PG_V) == 0)
6798                         panic("pmap_demote_DMAP: invalid PDPE");
6799                 if ((*pdpe & PG_PS) != 0) {
6800                         if (!pmap_demote_pdpe(kernel_pmap, pdpe, va))
6801                                 panic("pmap_demote_DMAP: PDPE failed");
6802                         changed = TRUE;
6803                 }
6804                 if (len < NBPDR) {
6805                         pde = pmap_pdpe_to_pde(pdpe, va);
6806                         if ((*pde & X86_PG_V) == 0)
6807                                 panic("pmap_demote_DMAP: invalid PDE");
6808                         if ((*pde & PG_PS) != 0) {
6809                                 if (!pmap_demote_pde(kernel_pmap, pde, va))
6810                                         panic("pmap_demote_DMAP: PDE failed");
6811                                 changed = TRUE;
6812                         }
6813                 }
6814                 if (changed && invalidate)
6815                         pmap_invalidate_page(kernel_pmap, va);
6816                 PMAP_UNLOCK(kernel_pmap);
6817         }
6818 }
6819
6820 /*
6821  * perform the pmap work for mincore
6822  */
6823 int
6824 pmap_mincore(pmap_t pmap, vm_offset_t addr, vm_paddr_t *locked_pa)
6825 {
6826         pd_entry_t *pdep;
6827         pt_entry_t pte, PG_A, PG_M, PG_RW, PG_V;
6828         vm_paddr_t pa;
6829         int val;
6830
6831         PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
6832         PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
6833         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
6834         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
6835
6836         PMAP_LOCK(pmap);
6837 retry:
6838         pdep = pmap_pde(pmap, addr);
6839         if (pdep != NULL && (*pdep & PG_V)) {
6840                 if (*pdep & PG_PS) {
6841                         pte = *pdep;
6842                         /* Compute the physical address of the 4KB page. */
6843                         pa = ((*pdep & PG_PS_FRAME) | (addr & PDRMASK)) &
6844                             PG_FRAME;
6845                         val = MINCORE_SUPER;
6846                 } else {
6847                         pte = *pmap_pde_to_pte(pdep, addr);
6848                         pa = pte & PG_FRAME;
6849                         val = 0;
6850                 }
6851         } else {
6852                 pte = 0;
6853                 pa = 0;
6854                 val = 0;
6855         }
6856         if ((pte & PG_V) != 0) {
6857                 val |= MINCORE_INCORE;
6858                 if ((pte & (PG_M | PG_RW)) == (PG_M | PG_RW))
6859                         val |= MINCORE_MODIFIED | MINCORE_MODIFIED_OTHER;
6860                 if ((pte & PG_A) != 0)
6861                         val |= MINCORE_REFERENCED | MINCORE_REFERENCED_OTHER;
6862         }
6863         if ((val & (MINCORE_MODIFIED_OTHER | MINCORE_REFERENCED_OTHER)) !=
6864             (MINCORE_MODIFIED_OTHER | MINCORE_REFERENCED_OTHER) &&
6865             (pte & (PG_MANAGED | PG_V)) == (PG_MANAGED | PG_V)) {
6866                 /* Ensure that "PHYS_TO_VM_PAGE(pa)->object" doesn't change. */
6867                 if (vm_page_pa_tryrelock(pmap, pa, locked_pa))
6868                         goto retry;
6869         } else
6870                 PA_UNLOCK_COND(*locked_pa);
6871         PMAP_UNLOCK(pmap);
6872         return (val);
6873 }
6874
6875 static uint64_t
6876 pmap_pcid_alloc(pmap_t pmap, u_int cpuid)
6877 {
6878         uint32_t gen, new_gen, pcid_next;
6879
6880         CRITICAL_ASSERT(curthread);
6881         gen = PCPU_GET(pcid_gen);
6882         if (pmap->pm_pcids[cpuid].pm_pcid == PMAP_PCID_KERN ||
6883             pmap->pm_pcids[cpuid].pm_gen == gen)
6884                 return (CR3_PCID_SAVE);
6885         pcid_next = PCPU_GET(pcid_next);
6886         KASSERT(pcid_next <= PMAP_PCID_OVERMAX, ("cpu %d pcid_next %#x",
6887             cpuid, pcid_next));
6888         if (pcid_next == PMAP_PCID_OVERMAX) {
6889                 new_gen = gen + 1;
6890                 if (new_gen == 0)
6891                         new_gen = 1;
6892                 PCPU_SET(pcid_gen, new_gen);
6893                 pcid_next = PMAP_PCID_KERN + 1;
6894         } else {
6895                 new_gen = gen;
6896         }
6897         pmap->pm_pcids[cpuid].pm_pcid = pcid_next;
6898         pmap->pm_pcids[cpuid].pm_gen = new_gen;
6899         PCPU_SET(pcid_next, pcid_next + 1);
6900         return (0);
6901 }
6902
6903 void
6904 pmap_activate_sw(struct thread *td)
6905 {
6906         pmap_t oldpmap, pmap;
6907         uint64_t cached, cr3;
6908         register_t rflags;
6909         u_int cpuid;
6910
6911         oldpmap = PCPU_GET(curpmap);
6912         pmap = vmspace_pmap(td->td_proc->p_vmspace);
6913         if (oldpmap == pmap)
6914                 return;
6915         cpuid = PCPU_GET(cpuid);
6916 #ifdef SMP
6917         CPU_SET_ATOMIC(cpuid, &pmap->pm_active);
6918 #else
6919         CPU_SET(cpuid, &pmap->pm_active);
6920 #endif
6921         cr3 = rcr3();
6922         if (pmap_pcid_enabled) {
6923                 cached = pmap_pcid_alloc(pmap, cpuid);
6924                 KASSERT(pmap->pm_pcids[cpuid].pm_pcid >= 0 &&
6925                     pmap->pm_pcids[cpuid].pm_pcid < PMAP_PCID_OVERMAX,
6926                     ("pmap %p cpu %d pcid %#x", pmap, cpuid,
6927                     pmap->pm_pcids[cpuid].pm_pcid));
6928                 KASSERT(pmap->pm_pcids[cpuid].pm_pcid != PMAP_PCID_KERN ||
6929                     pmap == kernel_pmap,
6930                     ("non-kernel pmap thread %p pmap %p cpu %d pcid %#x",
6931                     td, pmap, cpuid, pmap->pm_pcids[cpuid].pm_pcid));
6932
6933                 /*
6934                  * If the INVPCID instruction is not available,
6935                  * invltlb_pcid_handler() is used for handle
6936                  * invalidate_all IPI, which checks for curpmap ==
6937                  * smp_tlb_pmap.  Below operations sequence has a
6938                  * window where %CR3 is loaded with the new pmap's
6939                  * PML4 address, but curpmap value is not yet updated.
6940                  * This causes invltlb IPI handler, called between the
6941                  * updates, to execute as NOP, which leaves stale TLB
6942                  * entries.
6943                  *
6944                  * Note that the most typical use of
6945                  * pmap_activate_sw(), from the context switch, is
6946                  * immune to this race, because interrupts are
6947                  * disabled (while the thread lock is owned), and IPI
6948                  * happends after curpmap is updated.  Protect other
6949                  * callers in a similar way, by disabling interrupts
6950                  * around the %cr3 register reload and curpmap
6951                  * assignment.
6952                  */
6953                 if (!invpcid_works)
6954                         rflags = intr_disable();
6955
6956                 if (!cached || (cr3 & ~CR3_PCID_MASK) != pmap->pm_cr3) {
6957                         load_cr3(pmap->pm_cr3 | pmap->pm_pcids[cpuid].pm_pcid |
6958                             cached);
6959                         if (cached)
6960                                 PCPU_INC(pm_save_cnt);
6961                 }
6962                 PCPU_SET(curpmap, pmap);
6963                 if (!invpcid_works)
6964                         intr_restore(rflags);
6965         } else if (cr3 != pmap->pm_cr3) {
6966                 load_cr3(pmap->pm_cr3);
6967                 PCPU_SET(curpmap, pmap);
6968         }
6969 #ifdef SMP
6970         CPU_CLR_ATOMIC(cpuid, &oldpmap->pm_active);
6971 #else
6972         CPU_CLR(cpuid, &oldpmap->pm_active);
6973 #endif
6974 }
6975
6976 void
6977 pmap_activate(struct thread *td)
6978 {
6979
6980         critical_enter();
6981         pmap_activate_sw(td);
6982         critical_exit();
6983 }
6984
6985 void
6986 pmap_sync_icache(pmap_t pm, vm_offset_t va, vm_size_t sz)
6987 {
6988 }
6989
6990 /*
6991  *      Increase the starting virtual address of the given mapping if a
6992  *      different alignment might result in more superpage mappings.
6993  */
6994 void
6995 pmap_align_superpage(vm_object_t object, vm_ooffset_t offset,
6996     vm_offset_t *addr, vm_size_t size)
6997 {
6998         vm_offset_t superpage_offset;
6999
7000         if (size < NBPDR)
7001                 return;
7002         if (object != NULL && (object->flags & OBJ_COLORED) != 0)
7003                 offset += ptoa(object->pg_color);
7004         superpage_offset = offset & PDRMASK;
7005         if (size - ((NBPDR - superpage_offset) & PDRMASK) < NBPDR ||
7006             (*addr & PDRMASK) == superpage_offset)
7007                 return;
7008         if ((*addr & PDRMASK) < superpage_offset)
7009                 *addr = (*addr & ~PDRMASK) + superpage_offset;
7010         else
7011                 *addr = ((*addr + PDRMASK) & ~PDRMASK) + superpage_offset;
7012 }
7013
7014 #ifdef INVARIANTS
7015 static unsigned long num_dirty_emulations;
7016 SYSCTL_ULONG(_vm_pmap, OID_AUTO, num_dirty_emulations, CTLFLAG_RW,
7017              &num_dirty_emulations, 0, NULL);
7018
7019 static unsigned long num_accessed_emulations;
7020 SYSCTL_ULONG(_vm_pmap, OID_AUTO, num_accessed_emulations, CTLFLAG_RW,
7021              &num_accessed_emulations, 0, NULL);
7022
7023 static unsigned long num_superpage_accessed_emulations;
7024 SYSCTL_ULONG(_vm_pmap, OID_AUTO, num_superpage_accessed_emulations, CTLFLAG_RW,
7025              &num_superpage_accessed_emulations, 0, NULL);
7026
7027 static unsigned long ad_emulation_superpage_promotions;
7028 SYSCTL_ULONG(_vm_pmap, OID_AUTO, ad_emulation_superpage_promotions, CTLFLAG_RW,
7029              &ad_emulation_superpage_promotions, 0, NULL);
7030 #endif  /* INVARIANTS */
7031
7032 int
7033 pmap_emulate_accessed_dirty(pmap_t pmap, vm_offset_t va, int ftype)
7034 {
7035         int rv;
7036         struct rwlock *lock;
7037         vm_page_t m, mpte;
7038         pd_entry_t *pde;
7039         pt_entry_t *pte, PG_A, PG_M, PG_RW, PG_V;
7040
7041         KASSERT(ftype == VM_PROT_READ || ftype == VM_PROT_WRITE,
7042             ("pmap_emulate_accessed_dirty: invalid fault type %d", ftype));
7043
7044         if (!pmap_emulate_ad_bits(pmap))
7045                 return (-1);
7046
7047         PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
7048         PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
7049         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
7050         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
7051
7052         rv = -1;
7053         lock = NULL;
7054         PMAP_LOCK(pmap);
7055
7056         pde = pmap_pde(pmap, va);
7057         if (pde == NULL || (*pde & PG_V) == 0)
7058                 goto done;
7059
7060         if ((*pde & PG_PS) != 0) {
7061                 if (ftype == VM_PROT_READ) {
7062 #ifdef INVARIANTS
7063                         atomic_add_long(&num_superpage_accessed_emulations, 1);
7064 #endif
7065                         *pde |= PG_A;
7066                         rv = 0;
7067                 }
7068                 goto done;
7069         }
7070
7071         pte = pmap_pde_to_pte(pde, va);
7072         if ((*pte & PG_V) == 0)
7073                 goto done;
7074
7075         if (ftype == VM_PROT_WRITE) {
7076                 if ((*pte & PG_RW) == 0)
7077                         goto done;
7078                 /*
7079                  * Set the modified and accessed bits simultaneously.
7080                  *
7081                  * Intel EPT PTEs that do software emulation of A/D bits map
7082                  * PG_A and PG_M to EPT_PG_READ and EPT_PG_WRITE respectively.
7083                  * An EPT misconfiguration is triggered if the PTE is writable
7084                  * but not readable (WR=10). This is avoided by setting PG_A
7085                  * and PG_M simultaneously.
7086                  */
7087                 *pte |= PG_M | PG_A;
7088         } else {
7089                 *pte |= PG_A;
7090         }
7091
7092         /* try to promote the mapping */
7093         if (va < VM_MAXUSER_ADDRESS)
7094                 mpte = PHYS_TO_VM_PAGE(*pde & PG_FRAME);
7095         else
7096                 mpte = NULL;
7097
7098         m = PHYS_TO_VM_PAGE(*pte & PG_FRAME);
7099
7100         if ((mpte == NULL || mpte->wire_count == NPTEPG) &&
7101             pmap_ps_enabled(pmap) &&
7102             (m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0 &&
7103             vm_reserv_level_iffullpop(m) == 0) {
7104                 pmap_promote_pde(pmap, pde, va, &lock);
7105 #ifdef INVARIANTS
7106                 atomic_add_long(&ad_emulation_superpage_promotions, 1);
7107 #endif
7108         }
7109 #ifdef INVARIANTS
7110         if (ftype == VM_PROT_WRITE)
7111                 atomic_add_long(&num_dirty_emulations, 1);
7112         else
7113                 atomic_add_long(&num_accessed_emulations, 1);
7114 #endif
7115         rv = 0;         /* success */
7116 done:
7117         if (lock != NULL)
7118                 rw_wunlock(lock);
7119         PMAP_UNLOCK(pmap);
7120         return (rv);
7121 }
7122
7123 void
7124 pmap_get_mapping(pmap_t pmap, vm_offset_t va, uint64_t *ptr, int *num)
7125 {
7126         pml4_entry_t *pml4;
7127         pdp_entry_t *pdp;
7128         pd_entry_t *pde;
7129         pt_entry_t *pte, PG_V;
7130         int idx;
7131
7132         idx = 0;
7133         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
7134         PMAP_LOCK(pmap);
7135
7136         pml4 = pmap_pml4e(pmap, va);
7137         ptr[idx++] = *pml4;
7138         if ((*pml4 & PG_V) == 0)
7139                 goto done;
7140
7141         pdp = pmap_pml4e_to_pdpe(pml4, va);
7142         ptr[idx++] = *pdp;
7143         if ((*pdp & PG_V) == 0 || (*pdp & PG_PS) != 0)
7144                 goto done;
7145
7146         pde = pmap_pdpe_to_pde(pdp, va);
7147         ptr[idx++] = *pde;
7148         if ((*pde & PG_V) == 0 || (*pde & PG_PS) != 0)
7149                 goto done;
7150
7151         pte = pmap_pde_to_pte(pde, va);
7152         ptr[idx++] = *pte;
7153
7154 done:
7155         PMAP_UNLOCK(pmap);
7156         *num = idx;
7157 }
7158
7159 /**
7160  * Get the kernel virtual address of a set of physical pages. If there are
7161  * physical addresses not covered by the DMAP perform a transient mapping
7162  * that will be removed when calling pmap_unmap_io_transient.
7163  *
7164  * \param page        The pages the caller wishes to obtain the virtual
7165  *                    address on the kernel memory map.
7166  * \param vaddr       On return contains the kernel virtual memory address
7167  *                    of the pages passed in the page parameter.
7168  * \param count       Number of pages passed in.
7169  * \param can_fault   TRUE if the thread using the mapped pages can take
7170  *                    page faults, FALSE otherwise.
7171  *
7172  * \returns TRUE if the caller must call pmap_unmap_io_transient when
7173  *          finished or FALSE otherwise.
7174  *
7175  */
7176 boolean_t
7177 pmap_map_io_transient(vm_page_t page[], vm_offset_t vaddr[], int count,
7178     boolean_t can_fault)
7179 {
7180         vm_paddr_t paddr;
7181         boolean_t needs_mapping;
7182         pt_entry_t *pte;
7183         int cache_bits, error, i;
7184
7185         /*
7186          * Allocate any KVA space that we need, this is done in a separate
7187          * loop to prevent calling vmem_alloc while pinned.
7188          */
7189         needs_mapping = FALSE;
7190         for (i = 0; i < count; i++) {
7191                 paddr = VM_PAGE_TO_PHYS(page[i]);
7192                 if (__predict_false(paddr >= dmaplimit)) {
7193                         error = vmem_alloc(kernel_arena, PAGE_SIZE,
7194                             M_BESTFIT | M_WAITOK, &vaddr[i]);
7195                         KASSERT(error == 0, ("vmem_alloc failed: %d", error));
7196                         needs_mapping = TRUE;
7197                 } else {
7198                         vaddr[i] = PHYS_TO_DMAP(paddr);
7199                 }
7200         }
7201
7202         /* Exit early if everything is covered by the DMAP */
7203         if (!needs_mapping)
7204                 return (FALSE);
7205
7206         /*
7207          * NB:  The sequence of updating a page table followed by accesses
7208          * to the corresponding pages used in the !DMAP case is subject to
7209          * the situation described in the "AMD64 Architecture Programmer's
7210          * Manual Volume 2: System Programming" rev. 3.23, "7.3.1 Special
7211          * Coherency Considerations".  Therefore, issuing the INVLPG right
7212          * after modifying the PTE bits is crucial.
7213          */
7214         if (!can_fault)
7215                 sched_pin();
7216         for (i = 0; i < count; i++) {
7217                 paddr = VM_PAGE_TO_PHYS(page[i]);
7218                 if (paddr >= dmaplimit) {
7219                         if (can_fault) {
7220                                 /*
7221                                  * Slow path, since we can get page faults
7222                                  * while mappings are active don't pin the
7223                                  * thread to the CPU and instead add a global
7224                                  * mapping visible to all CPUs.
7225                                  */
7226                                 pmap_qenter(vaddr[i], &page[i], 1);
7227                         } else {
7228                                 pte = vtopte(vaddr[i]);
7229                                 cache_bits = pmap_cache_bits(kernel_pmap,
7230                                     page[i]->md.pat_mode, 0);
7231                                 pte_store(pte, paddr | X86_PG_RW | X86_PG_V |
7232                                     cache_bits);
7233                                 invlpg(vaddr[i]);
7234                         }
7235                 }
7236         }
7237
7238         return (needs_mapping);
7239 }
7240
7241 void
7242 pmap_unmap_io_transient(vm_page_t page[], vm_offset_t vaddr[], int count,
7243     boolean_t can_fault)
7244 {
7245         vm_paddr_t paddr;
7246         int i;
7247
7248         if (!can_fault)
7249                 sched_unpin();
7250         for (i = 0; i < count; i++) {
7251                 paddr = VM_PAGE_TO_PHYS(page[i]);
7252                 if (paddr >= dmaplimit) {
7253                         if (can_fault)
7254                                 pmap_qremove(vaddr[i], 1);
7255                         vmem_free(kernel_arena, vaddr[i], PAGE_SIZE);
7256                 }
7257         }
7258 }
7259
7260 vm_offset_t
7261 pmap_quick_enter_page(vm_page_t m)
7262 {
7263         vm_paddr_t paddr;
7264
7265         paddr = VM_PAGE_TO_PHYS(m);
7266         if (paddr < dmaplimit)
7267                 return (PHYS_TO_DMAP(paddr));
7268         mtx_lock_spin(&qframe_mtx);
7269         KASSERT(*vtopte(qframe) == 0, ("qframe busy"));
7270         pte_store(vtopte(qframe), paddr | X86_PG_RW | X86_PG_V | X86_PG_A |
7271             X86_PG_M | pmap_cache_bits(kernel_pmap, m->md.pat_mode, 0));
7272         return (qframe);
7273 }
7274
7275 void
7276 pmap_quick_remove_page(vm_offset_t addr)
7277 {
7278
7279         if (addr != qframe)
7280                 return;
7281         pte_store(vtopte(qframe), 0);
7282         invlpg(qframe);
7283         mtx_unlock_spin(&qframe_mtx);
7284 }
7285
7286 #include "opt_ddb.h"
7287 #ifdef DDB
7288 #include <ddb/ddb.h>
7289
7290 DB_SHOW_COMMAND(pte, pmap_print_pte)
7291 {
7292         pmap_t pmap;
7293         pml4_entry_t *pml4;
7294         pdp_entry_t *pdp;
7295         pd_entry_t *pde;
7296         pt_entry_t *pte, PG_V;
7297         vm_offset_t va;
7298
7299         if (have_addr) {
7300                 va = (vm_offset_t)addr;
7301                 pmap = PCPU_GET(curpmap); /* XXX */
7302         } else {
7303                 db_printf("show pte addr\n");
7304                 return;
7305         }
7306         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
7307         pml4 = pmap_pml4e(pmap, va);
7308         db_printf("VA %#016lx pml4e %#016lx", va, *pml4);
7309         if ((*pml4 & PG_V) == 0) {
7310                 db_printf("\n");
7311                 return;
7312         }
7313         pdp = pmap_pml4e_to_pdpe(pml4, va);
7314         db_printf(" pdpe %#016lx", *pdp);
7315         if ((*pdp & PG_V) == 0 || (*pdp & PG_PS) != 0) {
7316                 db_printf("\n");
7317                 return;
7318         }
7319         pde = pmap_pdpe_to_pde(pdp, va);
7320         db_printf(" pde %#016lx", *pde);
7321         if ((*pde & PG_V) == 0 || (*pde & PG_PS) != 0) {
7322                 db_printf("\n");
7323                 return;
7324         }
7325         pte = pmap_pde_to_pte(pde, va);
7326         db_printf(" pte %#016lx\n", *pte);
7327 }
7328
7329 DB_SHOW_COMMAND(phys2dmap, pmap_phys2dmap)
7330 {
7331         vm_paddr_t a;
7332
7333         if (have_addr) {
7334                 a = (vm_paddr_t)addr;
7335                 db_printf("0x%jx\n", (uintmax_t)PHYS_TO_DMAP(a));
7336         } else {
7337                 db_printf("show phys2dmap addr\n");
7338         }
7339 }
7340 #endif