]> CyberLeo.Net >> Repos - FreeBSD/FreeBSD.git/blob - sys/amd64/amd64/pmap.c
Update to Zstandard 1.4.4
[FreeBSD/FreeBSD.git] / sys / amd64 / amd64 / pmap.c
1 /*-
2  * SPDX-License-Identifier: BSD-4-Clause
3  *
4  * Copyright (c) 1991 Regents of the University of California.
5  * All rights reserved.
6  * Copyright (c) 1994 John S. Dyson
7  * All rights reserved.
8  * Copyright (c) 1994 David Greenman
9  * All rights reserved.
10  * Copyright (c) 2003 Peter Wemm
11  * All rights reserved.
12  * Copyright (c) 2005-2010 Alan L. Cox <alc@cs.rice.edu>
13  * All rights reserved.
14  *
15  * This code is derived from software contributed to Berkeley by
16  * the Systems Programming Group of the University of Utah Computer
17  * Science Department and William Jolitz of UUNET Technologies Inc.
18  *
19  * Redistribution and use in source and binary forms, with or without
20  * modification, are permitted provided that the following conditions
21  * are met:
22  * 1. Redistributions of source code must retain the above copyright
23  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer.
24  * 2. Redistributions in binary form must reproduce the above copyright
25  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer in the
26  *    documentation and/or other materials provided with the distribution.
27  * 3. All advertising materials mentioning features or use of this software
28  *    must display the following acknowledgement:
29  *      This product includes software developed by the University of
30  *      California, Berkeley and its contributors.
31  * 4. Neither the name of the University nor the names of its contributors
32  *    may be used to endorse or promote products derived from this software
33  *    without specific prior written permission.
34  *
35  * THIS SOFTWARE IS PROVIDED BY THE REGENTS AND CONTRIBUTORS ``AS IS'' AND
36  * ANY EXPRESS OR IMPLIED WARRANTIES, INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, THE
37  * IMPLIED WARRANTIES OF MERCHANTABILITY AND FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE
38  * ARE DISCLAIMED.  IN NO EVENT SHALL THE REGENTS OR CONTRIBUTORS BE LIABLE
39  * FOR ANY DIRECT, INDIRECT, INCIDENTAL, SPECIAL, EXEMPLARY, OR CONSEQUENTIAL
40  * DAMAGES (INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, PROCUREMENT OF SUBSTITUTE GOODS
41  * OR SERVICES; LOSS OF USE, DATA, OR PROFITS; OR BUSINESS INTERRUPTION)
42  * HOWEVER CAUSED AND ON ANY THEORY OF LIABILITY, WHETHER IN CONTRACT, STRICT
43  * LIABILITY, OR TORT (INCLUDING NEGLIGENCE OR OTHERWISE) ARISING IN ANY WAY
44  * OUT OF THE USE OF THIS SOFTWARE, EVEN IF ADVISED OF THE POSSIBILITY OF
45  * SUCH DAMAGE.
46  *
47  *      from:   @(#)pmap.c      7.7 (Berkeley)  5/12/91
48  */
49 /*-
50  * Copyright (c) 2003 Networks Associates Technology, Inc.
51  * Copyright (c) 2014-2019 The FreeBSD Foundation
52  * All rights reserved.
53  *
54  * This software was developed for the FreeBSD Project by Jake Burkholder,
55  * Safeport Network Services, and Network Associates Laboratories, the
56  * Security Research Division of Network Associates, Inc. under
57  * DARPA/SPAWAR contract N66001-01-C-8035 ("CBOSS"), as part of the DARPA
58  * CHATS research program.
59  *
60  * Portions of this software were developed by
61  * Konstantin Belousov <kib@FreeBSD.org> under sponsorship from
62  * the FreeBSD Foundation.
63  *
64  * Redistribution and use in source and binary forms, with or without
65  * modification, are permitted provided that the following conditions
66  * are met:
67  * 1. Redistributions of source code must retain the above copyright
68  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer.
69  * 2. Redistributions in binary form must reproduce the above copyright
70  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer in the
71  *    documentation and/or other materials provided with the distribution.
72  *
73  * THIS SOFTWARE IS PROVIDED BY THE AUTHOR AND CONTRIBUTORS ``AS IS'' AND
74  * ANY EXPRESS OR IMPLIED WARRANTIES, INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, THE
75  * IMPLIED WARRANTIES OF MERCHANTABILITY AND FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE
76  * ARE DISCLAIMED.  IN NO EVENT SHALL THE AUTHOR OR CONTRIBUTORS BE LIABLE
77  * FOR ANY DIRECT, INDIRECT, INCIDENTAL, SPECIAL, EXEMPLARY, OR CONSEQUENTIAL
78  * DAMAGES (INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, PROCUREMENT OF SUBSTITUTE GOODS
79  * OR SERVICES; LOSS OF USE, DATA, OR PROFITS; OR BUSINESS INTERRUPTION)
80  * HOWEVER CAUSED AND ON ANY THEORY OF LIABILITY, WHETHER IN CONTRACT, STRICT
81  * LIABILITY, OR TORT (INCLUDING NEGLIGENCE OR OTHERWISE) ARISING IN ANY WAY
82  * OUT OF THE USE OF THIS SOFTWARE, EVEN IF ADVISED OF THE POSSIBILITY OF
83  * SUCH DAMAGE.
84  */
85
86 #define AMD64_NPT_AWARE
87
88 #include <sys/cdefs.h>
89 __FBSDID("$FreeBSD$");
90
91 /*
92  *      Manages physical address maps.
93  *
94  *      Since the information managed by this module is
95  *      also stored by the logical address mapping module,
96  *      this module may throw away valid virtual-to-physical
97  *      mappings at almost any time.  However, invalidations
98  *      of virtual-to-physical mappings must be done as
99  *      requested.
100  *
101  *      In order to cope with hardware architectures which
102  *      make virtual-to-physical map invalidates expensive,
103  *      this module may delay invalidate or reduced protection
104  *      operations until such time as they are actually
105  *      necessary.  This module is given full information as
106  *      to which processors are currently using which maps,
107  *      and to when physical maps must be made correct.
108  */
109
110 #include "opt_ddb.h"
111 #include "opt_pmap.h"
112 #include "opt_vm.h"
113
114 #include <sys/param.h>
115 #include <sys/bitstring.h>
116 #include <sys/bus.h>
117 #include <sys/systm.h>
118 #include <sys/kernel.h>
119 #include <sys/ktr.h>
120 #include <sys/lock.h>
121 #include <sys/malloc.h>
122 #include <sys/mman.h>
123 #include <sys/mutex.h>
124 #include <sys/proc.h>
125 #include <sys/rangeset.h>
126 #include <sys/rwlock.h>
127 #include <sys/sbuf.h>
128 #include <sys/sx.h>
129 #include <sys/turnstile.h>
130 #include <sys/vmem.h>
131 #include <sys/vmmeter.h>
132 #include <sys/sched.h>
133 #include <sys/sysctl.h>
134 #include <sys/smp.h>
135 #ifdef DDB
136 #include <sys/kdb.h>
137 #include <ddb/ddb.h>
138 #endif
139
140 #include <vm/vm.h>
141 #include <vm/vm_param.h>
142 #include <vm/vm_kern.h>
143 #include <vm/vm_page.h>
144 #include <vm/vm_map.h>
145 #include <vm/vm_object.h>
146 #include <vm/vm_extern.h>
147 #include <vm/vm_pageout.h>
148 #include <vm/vm_pager.h>
149 #include <vm/vm_phys.h>
150 #include <vm/vm_radix.h>
151 #include <vm/vm_reserv.h>
152 #include <vm/uma.h>
153
154 #include <machine/intr_machdep.h>
155 #include <x86/apicvar.h>
156 #include <x86/ifunc.h>
157 #include <machine/cpu.h>
158 #include <machine/cputypes.h>
159 #include <machine/md_var.h>
160 #include <machine/pcb.h>
161 #include <machine/specialreg.h>
162 #ifdef SMP
163 #include <machine/smp.h>
164 #endif
165 #include <machine/sysarch.h>
166 #include <machine/tss.h>
167
168 #ifdef NUMA
169 #define PMAP_MEMDOM     MAXMEMDOM
170 #else
171 #define PMAP_MEMDOM     1
172 #endif
173
174 static __inline boolean_t
175 pmap_type_guest(pmap_t pmap)
176 {
177
178         return ((pmap->pm_type == PT_EPT) || (pmap->pm_type == PT_RVI));
179 }
180
181 static __inline boolean_t
182 pmap_emulate_ad_bits(pmap_t pmap)
183 {
184
185         return ((pmap->pm_flags & PMAP_EMULATE_AD_BITS) != 0);
186 }
187
188 static __inline pt_entry_t
189 pmap_valid_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_V;
197                 break;
198         case PT_EPT:
199                 if (pmap_emulate_ad_bits(pmap))
200                         mask = EPT_PG_EMUL_V;
201                 else
202                         mask = EPT_PG_READ;
203                 break;
204         default:
205                 panic("pmap_valid_bit: invalid pm_type %d", pmap->pm_type);
206         }
207
208         return (mask);
209 }
210
211 static __inline pt_entry_t
212 pmap_rw_bit(pmap_t pmap)
213 {
214         pt_entry_t mask;
215
216         switch (pmap->pm_type) {
217         case PT_X86:
218         case PT_RVI:
219                 mask = X86_PG_RW;
220                 break;
221         case PT_EPT:
222                 if (pmap_emulate_ad_bits(pmap))
223                         mask = EPT_PG_EMUL_RW;
224                 else
225                         mask = EPT_PG_WRITE;
226                 break;
227         default:
228                 panic("pmap_rw_bit: invalid pm_type %d", pmap->pm_type);
229         }
230
231         return (mask);
232 }
233
234 static pt_entry_t pg_g;
235
236 static __inline pt_entry_t
237 pmap_global_bit(pmap_t pmap)
238 {
239         pt_entry_t mask;
240
241         switch (pmap->pm_type) {
242         case PT_X86:
243                 mask = pg_g;
244                 break;
245         case PT_RVI:
246         case PT_EPT:
247                 mask = 0;
248                 break;
249         default:
250                 panic("pmap_global_bit: invalid pm_type %d", pmap->pm_type);
251         }
252
253         return (mask);
254 }
255
256 static __inline pt_entry_t
257 pmap_accessed_bit(pmap_t pmap)
258 {
259         pt_entry_t mask;
260
261         switch (pmap->pm_type) {
262         case PT_X86:
263         case PT_RVI:
264                 mask = X86_PG_A;
265                 break;
266         case PT_EPT:
267                 if (pmap_emulate_ad_bits(pmap))
268                         mask = EPT_PG_READ;
269                 else
270                         mask = EPT_PG_A;
271                 break;
272         default:
273                 panic("pmap_accessed_bit: invalid pm_type %d", pmap->pm_type);
274         }
275
276         return (mask);
277 }
278
279 static __inline pt_entry_t
280 pmap_modified_bit(pmap_t pmap)
281 {
282         pt_entry_t mask;
283
284         switch (pmap->pm_type) {
285         case PT_X86:
286         case PT_RVI:
287                 mask = X86_PG_M;
288                 break;
289         case PT_EPT:
290                 if (pmap_emulate_ad_bits(pmap))
291                         mask = EPT_PG_WRITE;
292                 else
293                         mask = EPT_PG_M;
294                 break;
295         default:
296                 panic("pmap_modified_bit: invalid pm_type %d", pmap->pm_type);
297         }
298
299         return (mask);
300 }
301
302 static __inline pt_entry_t
303 pmap_pku_mask_bit(pmap_t pmap)
304 {
305
306         return (pmap->pm_type == PT_X86 ? X86_PG_PKU_MASK : 0);
307 }
308
309 #if !defined(DIAGNOSTIC)
310 #ifdef __GNUC_GNU_INLINE__
311 #define PMAP_INLINE     __attribute__((__gnu_inline__)) inline
312 #else
313 #define PMAP_INLINE     extern inline
314 #endif
315 #else
316 #define PMAP_INLINE
317 #endif
318
319 #ifdef PV_STATS
320 #define PV_STAT(x)      do { x ; } while (0)
321 #else
322 #define PV_STAT(x)      do { } while (0)
323 #endif
324
325 #undef pa_index
326 #define pa_index(pa)    ({                                      \
327         KASSERT((pa) <= vm_phys_segs[vm_phys_nsegs - 1].end,    \
328             ("address %lx beyond the last segment", (pa)));     \
329         (pa) >> PDRSHIFT;                                       \
330 })
331 #ifdef NUMA
332 #define pa_to_pmdp(pa)  (&pv_table[pa_index(pa)])
333 #define pa_to_pvh(pa)   (&(pa_to_pmdp(pa)->pv_page))
334 #define PHYS_TO_PV_LIST_LOCK(pa)        ({                      \
335         struct rwlock *_lock;                                   \
336         if (__predict_false((pa) > pmap_last_pa))               \
337                 _lock = &pv_dummy_large.pv_lock;                \
338         else                                                    \
339                 _lock = &(pa_to_pmdp(pa)->pv_lock);             \
340         _lock;                                                  \
341 })
342 #else
343 #define pa_to_pvh(pa)   (&pv_table[pa_index(pa)])
344
345 #define NPV_LIST_LOCKS  MAXCPU
346
347 #define PHYS_TO_PV_LIST_LOCK(pa)        \
348                         (&pv_list_locks[pa_index(pa) % NPV_LIST_LOCKS])
349 #endif
350
351 #define CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_PHYS(lockp, pa)  do {    \
352         struct rwlock **_lockp = (lockp);               \
353         struct rwlock *_new_lock;                       \
354                                                         \
355         _new_lock = PHYS_TO_PV_LIST_LOCK(pa);           \
356         if (_new_lock != *_lockp) {                     \
357                 if (*_lockp != NULL)                    \
358                         rw_wunlock(*_lockp);            \
359                 *_lockp = _new_lock;                    \
360                 rw_wlock(*_lockp);                      \
361         }                                               \
362 } while (0)
363
364 #define CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_VM_PAGE(lockp, m)        \
365                         CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_PHYS(lockp, VM_PAGE_TO_PHYS(m))
366
367 #define RELEASE_PV_LIST_LOCK(lockp)             do {    \
368         struct rwlock **_lockp = (lockp);               \
369                                                         \
370         if (*_lockp != NULL) {                          \
371                 rw_wunlock(*_lockp);                    \
372                 *_lockp = NULL;                         \
373         }                                               \
374 } while (0)
375
376 #define VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m)      \
377                         PHYS_TO_PV_LIST_LOCK(VM_PAGE_TO_PHYS(m))
378
379 struct pmap kernel_pmap_store;
380
381 vm_offset_t virtual_avail;      /* VA of first avail page (after kernel bss) */
382 vm_offset_t virtual_end;        /* VA of last avail page (end of kernel AS) */
383
384 int nkpt;
385 SYSCTL_INT(_machdep, OID_AUTO, nkpt, CTLFLAG_RD, &nkpt, 0,
386     "Number of kernel page table pages allocated on bootup");
387
388 static int ndmpdp;
389 vm_paddr_t dmaplimit;
390 vm_offset_t kernel_vm_end = VM_MIN_KERNEL_ADDRESS;
391 pt_entry_t pg_nx;
392
393 static SYSCTL_NODE(_vm, OID_AUTO, pmap, CTLFLAG_RD, 0, "VM/pmap parameters");
394
395 static int pg_ps_enabled = 1;
396 SYSCTL_INT(_vm_pmap, OID_AUTO, pg_ps_enabled, CTLFLAG_RDTUN | CTLFLAG_NOFETCH,
397     &pg_ps_enabled, 0, "Are large page mappings enabled?");
398
399 #define PAT_INDEX_SIZE  8
400 static int pat_index[PAT_INDEX_SIZE];   /* cache mode to PAT index conversion */
401
402 static u_int64_t        KPTphys;        /* phys addr of kernel level 1 */
403 static u_int64_t        KPDphys;        /* phys addr of kernel level 2 */
404 u_int64_t               KPDPphys;       /* phys addr of kernel level 3 */
405 u_int64_t               KPML4phys;      /* phys addr of kernel level 4 */
406
407 static u_int64_t        DMPDphys;       /* phys addr of direct mapped level 2 */
408 static u_int64_t        DMPDPphys;      /* phys addr of direct mapped level 3 */
409 static int              ndmpdpphys;     /* number of DMPDPphys pages */
410
411 static vm_paddr_t       KERNend;        /* phys addr of end of bootstrap data */
412
413 /*
414  * pmap_mapdev support pre initialization (i.e. console)
415  */
416 #define PMAP_PREINIT_MAPPING_COUNT      8
417 static struct pmap_preinit_mapping {
418         vm_paddr_t      pa;
419         vm_offset_t     va;
420         vm_size_t       sz;
421         int             mode;
422 } pmap_preinit_mapping[PMAP_PREINIT_MAPPING_COUNT];
423 static int pmap_initialized;
424
425 /*
426  * Data for the pv entry allocation mechanism.
427  * Updates to pv_invl_gen are protected by the pv list lock but reads are not.
428  */
429 #ifdef NUMA
430 static __inline int
431 pc_to_domain(struct pv_chunk *pc)
432 {
433
434         return (_vm_phys_domain(DMAP_TO_PHYS((vm_offset_t)pc)));
435 }
436 #else
437 static __inline int
438 pc_to_domain(struct pv_chunk *pc __unused)
439 {
440
441         return (0);
442 }
443 #endif
444
445 struct pv_chunks_list {
446         struct mtx pvc_lock;
447         TAILQ_HEAD(pch, pv_chunk) pvc_list;
448         int active_reclaims;
449 } __aligned(CACHE_LINE_SIZE);
450
451 struct pv_chunks_list __exclusive_cache_line pv_chunks[PMAP_MEMDOM];
452
453 #ifdef  NUMA
454 struct pmap_large_md_page {
455         struct rwlock   pv_lock;
456         struct md_page  pv_page;
457         u_long pv_invl_gen;
458 };
459 __exclusive_cache_line static struct pmap_large_md_page pv_dummy_large;
460 #define pv_dummy pv_dummy_large.pv_page
461 __read_mostly static struct pmap_large_md_page *pv_table;
462 __read_mostly vm_paddr_t pmap_last_pa;
463 #else
464 static struct rwlock __exclusive_cache_line pv_list_locks[NPV_LIST_LOCKS];
465 static u_long pv_invl_gen[NPV_LIST_LOCKS];
466 static struct md_page *pv_table;
467 static struct md_page pv_dummy;
468 #endif
469
470 /*
471  * All those kernel PT submaps that BSD is so fond of
472  */
473 pt_entry_t *CMAP1 = NULL;
474 caddr_t CADDR1 = 0;
475 static vm_offset_t qframe = 0;
476 static struct mtx qframe_mtx;
477
478 static int pmap_flags = PMAP_PDE_SUPERPAGE;     /* flags for x86 pmaps */
479
480 static vmem_t *large_vmem;
481 static u_int lm_ents;
482 #define PMAP_ADDRESS_IN_LARGEMAP(va)    ((va) >= LARGEMAP_MIN_ADDRESS && \
483         (va) < LARGEMAP_MIN_ADDRESS + NBPML4 * (u_long)lm_ents)
484
485 int pmap_pcid_enabled = 1;
486 SYSCTL_INT(_vm_pmap, OID_AUTO, pcid_enabled, CTLFLAG_RDTUN | CTLFLAG_NOFETCH,
487     &pmap_pcid_enabled, 0, "Is TLB Context ID enabled ?");
488 int invpcid_works = 0;
489 SYSCTL_INT(_vm_pmap, OID_AUTO, invpcid_works, CTLFLAG_RD, &invpcid_works, 0,
490     "Is the invpcid instruction available ?");
491
492 int __read_frequently pti = 0;
493 SYSCTL_INT(_vm_pmap, OID_AUTO, pti, CTLFLAG_RDTUN | CTLFLAG_NOFETCH,
494     &pti, 0,
495     "Page Table Isolation enabled");
496 static vm_object_t pti_obj;
497 static pml4_entry_t *pti_pml4;
498 static vm_pindex_t pti_pg_idx;
499 static bool pti_finalized;
500
501 struct pmap_pkru_range {
502         struct rs_el    pkru_rs_el;
503         u_int           pkru_keyidx;
504         int             pkru_flags;
505 };
506
507 static uma_zone_t pmap_pkru_ranges_zone;
508 static bool pmap_pkru_same(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva);
509 static pt_entry_t pmap_pkru_get(pmap_t pmap, vm_offset_t va);
510 static void pmap_pkru_on_remove(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva);
511 static void *pkru_dup_range(void *ctx, void *data);
512 static void pkru_free_range(void *ctx, void *node);
513 static int pmap_pkru_copy(pmap_t dst_pmap, pmap_t src_pmap);
514 static int pmap_pkru_deassign(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva);
515 static void pmap_pkru_deassign_all(pmap_t pmap);
516
517 static int
518 pmap_pcid_save_cnt_proc(SYSCTL_HANDLER_ARGS)
519 {
520         int i;
521         uint64_t res;
522
523         res = 0;
524         CPU_FOREACH(i) {
525                 res += cpuid_to_pcpu[i]->pc_pm_save_cnt;
526         }
527         return (sysctl_handle_64(oidp, &res, 0, req));
528 }
529 SYSCTL_PROC(_vm_pmap, OID_AUTO, pcid_save_cnt, CTLTYPE_U64 | CTLFLAG_RD |
530     CTLFLAG_MPSAFE, NULL, 0, pmap_pcid_save_cnt_proc, "QU",
531     "Count of saved TLB context on switch");
532
533 static LIST_HEAD(, pmap_invl_gen) pmap_invl_gen_tracker =
534     LIST_HEAD_INITIALIZER(&pmap_invl_gen_tracker);
535 static struct mtx invl_gen_mtx;
536 /* Fake lock object to satisfy turnstiles interface. */
537 static struct lock_object invl_gen_ts = {
538         .lo_name = "invlts",
539 };
540 static struct pmap_invl_gen pmap_invl_gen_head = {
541         .gen = 1,
542         .next = NULL,
543 };
544 static u_long pmap_invl_gen = 1;
545 static int pmap_invl_waiters;
546 static struct callout pmap_invl_callout;
547 static bool pmap_invl_callout_inited;
548
549 #define PMAP_ASSERT_NOT_IN_DI() \
550     KASSERT(pmap_not_in_di(), ("DI already started"))
551
552 static bool
553 pmap_di_locked(void)
554 {
555         int tun;
556
557         if ((cpu_feature2 & CPUID2_CX16) == 0)
558                 return (true);
559         tun = 0;
560         TUNABLE_INT_FETCH("vm.pmap.di_locked", &tun);
561         return (tun != 0);
562 }
563
564 static int
565 sysctl_pmap_di_locked(SYSCTL_HANDLER_ARGS)
566 {
567         int locked;
568
569         locked = pmap_di_locked();
570         return (sysctl_handle_int(oidp, &locked, 0, req));
571 }
572 SYSCTL_PROC(_vm_pmap, OID_AUTO, di_locked, CTLTYPE_INT | CTLFLAG_RDTUN |
573     CTLFLAG_MPSAFE, 0, 0, sysctl_pmap_di_locked, "",
574     "Locked delayed invalidation");
575
576 static bool pmap_not_in_di_l(void);
577 static bool pmap_not_in_di_u(void);
578 DEFINE_IFUNC(, bool, pmap_not_in_di, (void))
579 {
580
581         return (pmap_di_locked() ? pmap_not_in_di_l : pmap_not_in_di_u);
582 }
583
584 static bool
585 pmap_not_in_di_l(void)
586 {
587         struct pmap_invl_gen *invl_gen;
588
589         invl_gen = &curthread->td_md.md_invl_gen;
590         return (invl_gen->gen == 0);
591 }
592
593 static void
594 pmap_thread_init_invl_gen_l(struct thread *td)
595 {
596         struct pmap_invl_gen *invl_gen;
597
598         invl_gen = &td->td_md.md_invl_gen;
599         invl_gen->gen = 0;
600 }
601
602 static void
603 pmap_delayed_invl_wait_block(u_long *m_gen, u_long *invl_gen)
604 {
605         struct turnstile *ts;
606
607         ts = turnstile_trywait(&invl_gen_ts);
608         if (*m_gen > atomic_load_long(invl_gen))
609                 turnstile_wait(ts, NULL, TS_SHARED_QUEUE);
610         else
611                 turnstile_cancel(ts);
612 }
613
614 static void
615 pmap_delayed_invl_finish_unblock(u_long new_gen)
616 {
617         struct turnstile *ts;
618
619         turnstile_chain_lock(&invl_gen_ts);
620         ts = turnstile_lookup(&invl_gen_ts);
621         if (new_gen != 0)
622                 pmap_invl_gen = new_gen;
623         if (ts != NULL) {
624                 turnstile_broadcast(ts, TS_SHARED_QUEUE);
625                 turnstile_unpend(ts);
626         }
627         turnstile_chain_unlock(&invl_gen_ts);
628 }
629
630 /*
631  * Start a new Delayed Invalidation (DI) block of code, executed by
632  * the current thread.  Within a DI block, the current thread may
633  * destroy both the page table and PV list entries for a mapping and
634  * then release the corresponding PV list lock before ensuring that
635  * the mapping is flushed from the TLBs of any processors with the
636  * pmap active.
637  */
638 static void
639 pmap_delayed_invl_start_l(void)
640 {
641         struct pmap_invl_gen *invl_gen;
642         u_long currgen;
643
644         invl_gen = &curthread->td_md.md_invl_gen;
645         PMAP_ASSERT_NOT_IN_DI();
646         mtx_lock(&invl_gen_mtx);
647         if (LIST_EMPTY(&pmap_invl_gen_tracker))
648                 currgen = pmap_invl_gen;
649         else
650                 currgen = LIST_FIRST(&pmap_invl_gen_tracker)->gen;
651         invl_gen->gen = currgen + 1;
652         LIST_INSERT_HEAD(&pmap_invl_gen_tracker, invl_gen, link);
653         mtx_unlock(&invl_gen_mtx);
654 }
655
656 /*
657  * Finish the DI block, previously started by the current thread.  All
658  * required TLB flushes for the pages marked by
659  * pmap_delayed_invl_page() must be finished before this function is
660  * called.
661  *
662  * This function works by bumping the global DI generation number to
663  * the generation number of the current thread's DI, unless there is a
664  * pending DI that started earlier.  In the latter case, bumping the
665  * global DI generation number would incorrectly signal that the
666  * earlier DI had finished.  Instead, this function bumps the earlier
667  * DI's generation number to match the generation number of the
668  * current thread's DI.
669  */
670 static void
671 pmap_delayed_invl_finish_l(void)
672 {
673         struct pmap_invl_gen *invl_gen, *next;
674
675         invl_gen = &curthread->td_md.md_invl_gen;
676         KASSERT(invl_gen->gen != 0, ("missed invl_start"));
677         mtx_lock(&invl_gen_mtx);
678         next = LIST_NEXT(invl_gen, link);
679         if (next == NULL)
680                 pmap_delayed_invl_finish_unblock(invl_gen->gen);
681         else
682                 next->gen = invl_gen->gen;
683         LIST_REMOVE(invl_gen, link);
684         mtx_unlock(&invl_gen_mtx);
685         invl_gen->gen = 0;
686 }
687
688 static bool
689 pmap_not_in_di_u(void)
690 {
691         struct pmap_invl_gen *invl_gen;
692
693         invl_gen = &curthread->td_md.md_invl_gen;
694         return (((uintptr_t)invl_gen->next & PMAP_INVL_GEN_NEXT_INVALID) != 0);
695 }
696
697 static void
698 pmap_thread_init_invl_gen_u(struct thread *td)
699 {
700         struct pmap_invl_gen *invl_gen;
701
702         invl_gen = &td->td_md.md_invl_gen;
703         invl_gen->gen = 0;
704         invl_gen->next = (void *)PMAP_INVL_GEN_NEXT_INVALID;
705 }
706
707 static bool
708 pmap_di_load_invl(struct pmap_invl_gen *ptr, struct pmap_invl_gen *out)
709 {
710         uint64_t new_high, new_low, old_high, old_low;
711         char res;
712
713         old_low = new_low = 0;
714         old_high = new_high = (uintptr_t)0;
715
716         __asm volatile("lock;cmpxchg16b\t%1;sete\t%0"
717             : "=r" (res), "+m" (*ptr), "+a" (old_low), "+d" (old_high)
718             : "b"(new_low), "c" (new_high)
719             : "memory", "cc");
720         if (res == 0) {
721                 if ((old_high & PMAP_INVL_GEN_NEXT_INVALID) != 0)
722                         return (false);
723                 out->gen = old_low;
724                 out->next = (void *)old_high;
725         } else {
726                 out->gen = new_low;
727                 out->next = (void *)new_high;
728         }
729         return (true);
730 }
731
732 static bool
733 pmap_di_store_invl(struct pmap_invl_gen *ptr, struct pmap_invl_gen *old_val,
734     struct pmap_invl_gen *new_val)
735 {
736         uint64_t new_high, new_low, old_high, old_low;
737         char res;
738
739         new_low = new_val->gen;
740         new_high = (uintptr_t)new_val->next;
741         old_low = old_val->gen;
742         old_high = (uintptr_t)old_val->next;
743
744         __asm volatile("lock;cmpxchg16b\t%1;sete\t%0"
745             : "=r" (res), "+m" (*ptr), "+a" (old_low), "+d" (old_high)
746             : "b"(new_low), "c" (new_high)
747             : "memory", "cc");
748         return (res);
749 }
750
751 #ifdef PV_STATS
752 static long invl_start_restart;
753 SYSCTL_LONG(_vm_pmap, OID_AUTO, invl_start_restart, CTLFLAG_RD,
754     &invl_start_restart, 0,
755     "");
756 static long invl_finish_restart;
757 SYSCTL_LONG(_vm_pmap, OID_AUTO, invl_finish_restart, CTLFLAG_RD,
758     &invl_finish_restart, 0,
759     "");
760 static int invl_max_qlen;
761 SYSCTL_INT(_vm_pmap, OID_AUTO, invl_max_qlen, CTLFLAG_RD,
762     &invl_max_qlen, 0,
763     "");
764 #endif
765
766 static struct lock_delay_config __read_frequently di_delay;
767 LOCK_DELAY_SYSINIT_DEFAULT(di_delay);
768
769 static void
770 pmap_delayed_invl_start_u(void)
771 {
772         struct pmap_invl_gen *invl_gen, *p, prev, new_prev;
773         struct thread *td;
774         struct lock_delay_arg lda;
775         uintptr_t prevl;
776         u_char pri;
777 #ifdef PV_STATS
778         int i, ii;
779 #endif
780
781         td = curthread;
782         invl_gen = &td->td_md.md_invl_gen;
783         PMAP_ASSERT_NOT_IN_DI();
784         lock_delay_arg_init(&lda, &di_delay);
785         invl_gen->saved_pri = 0;
786         pri = td->td_base_pri;
787         if (pri > PVM) {
788                 thread_lock(td);
789                 pri = td->td_base_pri;
790                 if (pri > PVM) {
791                         invl_gen->saved_pri = pri;
792                         sched_prio(td, PVM);
793                 }
794                 thread_unlock(td);
795         }
796 again:
797         PV_STAT(i = 0);
798         for (p = &pmap_invl_gen_head;; p = prev.next) {
799                 PV_STAT(i++);
800                 prevl = atomic_load_ptr(&p->next);
801                 if ((prevl & PMAP_INVL_GEN_NEXT_INVALID) != 0) {
802                         PV_STAT(atomic_add_long(&invl_start_restart, 1));
803                         lock_delay(&lda);
804                         goto again;
805                 }
806                 if (prevl == 0)
807                         break;
808                 prev.next = (void *)prevl;
809         }
810 #ifdef PV_STATS
811         if ((ii = invl_max_qlen) < i)
812                 atomic_cmpset_int(&invl_max_qlen, ii, i);
813 #endif
814
815         if (!pmap_di_load_invl(p, &prev) || prev.next != NULL) {
816                 PV_STAT(atomic_add_long(&invl_start_restart, 1));
817                 lock_delay(&lda);
818                 goto again;
819         }
820
821         new_prev.gen = prev.gen;
822         new_prev.next = invl_gen;
823         invl_gen->gen = prev.gen + 1;
824
825         /* Formal fence between store to invl->gen and updating *p. */
826         atomic_thread_fence_rel();
827
828         /*
829          * After inserting an invl_gen element with invalid bit set,
830          * this thread blocks any other thread trying to enter the
831          * delayed invalidation block.  Do not allow to remove us from
832          * the CPU, because it causes starvation for other threads.
833          */
834         critical_enter();
835
836         /*
837          * ABA for *p is not possible there, since p->gen can only
838          * increase.  So if the *p thread finished its di, then
839          * started a new one and got inserted into the list at the
840          * same place, its gen will appear greater than the previously
841          * read gen.
842          */
843         if (!pmap_di_store_invl(p, &prev, &new_prev)) {
844                 critical_exit();
845                 PV_STAT(atomic_add_long(&invl_start_restart, 1));
846                 lock_delay(&lda);
847                 goto again;
848         }
849
850         /*
851          * There we clear PMAP_INVL_GEN_NEXT_INVALID in
852          * invl_gen->next, allowing other threads to iterate past us.
853          * pmap_di_store_invl() provides fence between the generation
854          * write and the update of next.
855          */
856         invl_gen->next = NULL;
857         critical_exit();
858 }
859
860 static bool
861 pmap_delayed_invl_finish_u_crit(struct pmap_invl_gen *invl_gen,
862     struct pmap_invl_gen *p)
863 {
864         struct pmap_invl_gen prev, new_prev;
865         u_long mygen;
866
867         /*
868          * Load invl_gen->gen after setting invl_gen->next
869          * PMAP_INVL_GEN_NEXT_INVALID.  This prevents larger
870          * generations to propagate to our invl_gen->gen.  Lock prefix
871          * in atomic_set_ptr() worked as seq_cst fence.
872          */
873         mygen = atomic_load_long(&invl_gen->gen);
874
875         if (!pmap_di_load_invl(p, &prev) || prev.next != invl_gen)
876                 return (false);
877
878         KASSERT(prev.gen < mygen,
879             ("invalid di gen sequence %lu %lu", prev.gen, mygen));
880         new_prev.gen = mygen;
881         new_prev.next = (void *)((uintptr_t)invl_gen->next &
882             ~PMAP_INVL_GEN_NEXT_INVALID);
883
884         /* Formal fence between load of prev and storing update to it. */
885         atomic_thread_fence_rel();
886
887         return (pmap_di_store_invl(p, &prev, &new_prev));
888 }
889
890 static void
891 pmap_delayed_invl_finish_u(void)
892 {
893         struct pmap_invl_gen *invl_gen, *p;
894         struct thread *td;
895         struct lock_delay_arg lda;
896         uintptr_t prevl;
897
898         td = curthread;
899         invl_gen = &td->td_md.md_invl_gen;
900         KASSERT(invl_gen->gen != 0, ("missed invl_start: gen 0"));
901         KASSERT(((uintptr_t)invl_gen->next & PMAP_INVL_GEN_NEXT_INVALID) == 0,
902             ("missed invl_start: INVALID"));
903         lock_delay_arg_init(&lda, &di_delay);
904
905 again:
906         for (p = &pmap_invl_gen_head; p != NULL; p = (void *)prevl) {
907                 prevl = atomic_load_ptr(&p->next);
908                 if ((prevl & PMAP_INVL_GEN_NEXT_INVALID) != 0) {
909                         PV_STAT(atomic_add_long(&invl_finish_restart, 1));
910                         lock_delay(&lda);
911                         goto again;
912                 }
913                 if ((void *)prevl == invl_gen)
914                         break;
915         }
916
917         /*
918          * It is legitimate to not find ourself on the list if a
919          * thread before us finished its DI and started it again.
920          */
921         if (__predict_false(p == NULL)) {
922                 PV_STAT(atomic_add_long(&invl_finish_restart, 1));
923                 lock_delay(&lda);
924                 goto again;
925         }
926
927         critical_enter();
928         atomic_set_ptr((uintptr_t *)&invl_gen->next,
929             PMAP_INVL_GEN_NEXT_INVALID);
930         if (!pmap_delayed_invl_finish_u_crit(invl_gen, p)) {
931                 atomic_clear_ptr((uintptr_t *)&invl_gen->next,
932                     PMAP_INVL_GEN_NEXT_INVALID);
933                 critical_exit();
934                 PV_STAT(atomic_add_long(&invl_finish_restart, 1));
935                 lock_delay(&lda);
936                 goto again;
937         }
938         critical_exit();
939         if (atomic_load_int(&pmap_invl_waiters) > 0)
940                 pmap_delayed_invl_finish_unblock(0);
941         if (invl_gen->saved_pri != 0) {
942                 thread_lock(td);
943                 sched_prio(td, invl_gen->saved_pri);
944                 thread_unlock(td);
945         }
946 }
947
948 #ifdef DDB
949 DB_SHOW_COMMAND(di_queue, pmap_di_queue)
950 {
951         struct pmap_invl_gen *p, *pn;
952         struct thread *td;
953         uintptr_t nextl;
954         bool first;
955
956         for (p = &pmap_invl_gen_head, first = true; p != NULL; p = pn,
957             first = false) {
958                 nextl = atomic_load_ptr(&p->next);
959                 pn = (void *)(nextl & ~PMAP_INVL_GEN_NEXT_INVALID);
960                 td = first ? NULL : __containerof(p, struct thread,
961                     td_md.md_invl_gen);
962                 db_printf("gen %lu inv %d td %p tid %d\n", p->gen,
963                     (nextl & PMAP_INVL_GEN_NEXT_INVALID) != 0, td,
964                     td != NULL ? td->td_tid : -1);
965         }
966 }
967 #endif
968
969 #ifdef PV_STATS
970 static long invl_wait;
971 SYSCTL_LONG(_vm_pmap, OID_AUTO, invl_wait, CTLFLAG_RD, &invl_wait, 0,
972     "Number of times DI invalidation blocked pmap_remove_all/write");
973 static long invl_wait_slow;
974 SYSCTL_LONG(_vm_pmap, OID_AUTO, invl_wait_slow, CTLFLAG_RD, &invl_wait_slow, 0,
975     "Number of slow invalidation waits for lockless DI");
976 #endif
977
978 #ifdef NUMA
979 static u_long *
980 pmap_delayed_invl_genp(vm_page_t m)
981 {
982         vm_paddr_t pa;
983         u_long *gen;
984
985         pa = VM_PAGE_TO_PHYS(m);
986         if (__predict_false((pa) > pmap_last_pa))
987                 gen = &pv_dummy_large.pv_invl_gen;
988         else
989                 gen = &(pa_to_pmdp(pa)->pv_invl_gen);
990
991         return (gen);
992 }
993 #else
994 static u_long *
995 pmap_delayed_invl_genp(vm_page_t m)
996 {
997
998         return (&pv_invl_gen[pa_index(VM_PAGE_TO_PHYS(m)) % NPV_LIST_LOCKS]);
999 }
1000 #endif
1001
1002 static void
1003 pmap_delayed_invl_callout_func(void *arg __unused)
1004 {
1005
1006         if (atomic_load_int(&pmap_invl_waiters) == 0)
1007                 return;
1008         pmap_delayed_invl_finish_unblock(0);
1009 }
1010
1011 static void
1012 pmap_delayed_invl_callout_init(void *arg __unused)
1013 {
1014
1015         if (pmap_di_locked())
1016                 return;
1017         callout_init(&pmap_invl_callout, 1);
1018         pmap_invl_callout_inited = true;
1019 }
1020 SYSINIT(pmap_di_callout, SI_SUB_CPU + 1, SI_ORDER_ANY,
1021     pmap_delayed_invl_callout_init, NULL);
1022
1023 /*
1024  * Ensure that all currently executing DI blocks, that need to flush
1025  * TLB for the given page m, actually flushed the TLB at the time the
1026  * function returned.  If the page m has an empty PV list and we call
1027  * pmap_delayed_invl_wait(), upon its return we know that no CPU has a
1028  * valid mapping for the page m in either its page table or TLB.
1029  *
1030  * This function works by blocking until the global DI generation
1031  * number catches up with the generation number associated with the
1032  * given page m and its PV list.  Since this function's callers
1033  * typically own an object lock and sometimes own a page lock, it
1034  * cannot sleep.  Instead, it blocks on a turnstile to relinquish the
1035  * processor.
1036  */
1037 static void
1038 pmap_delayed_invl_wait_l(vm_page_t m)
1039 {
1040         u_long *m_gen;
1041 #ifdef PV_STATS
1042         bool accounted = false;
1043 #endif
1044
1045         m_gen = pmap_delayed_invl_genp(m);
1046         while (*m_gen > pmap_invl_gen) {
1047 #ifdef PV_STATS
1048                 if (!accounted) {
1049                         atomic_add_long(&invl_wait, 1);
1050                         accounted = true;
1051                 }
1052 #endif
1053                 pmap_delayed_invl_wait_block(m_gen, &pmap_invl_gen);
1054         }
1055 }
1056
1057 static void
1058 pmap_delayed_invl_wait_u(vm_page_t m)
1059 {
1060         u_long *m_gen;
1061         struct lock_delay_arg lda;
1062         bool fast;
1063
1064         fast = true;
1065         m_gen = pmap_delayed_invl_genp(m);
1066         lock_delay_arg_init(&lda, &di_delay);
1067         while (*m_gen > atomic_load_long(&pmap_invl_gen_head.gen)) {
1068                 if (fast || !pmap_invl_callout_inited) {
1069                         PV_STAT(atomic_add_long(&invl_wait, 1));
1070                         lock_delay(&lda);
1071                         fast = false;
1072                 } else {
1073                         /*
1074                          * The page's invalidation generation number
1075                          * is still below the current thread's number.
1076                          * Prepare to block so that we do not waste
1077                          * CPU cycles or worse, suffer livelock.
1078                          *
1079                          * Since it is impossible to block without
1080                          * racing with pmap_delayed_invl_finish_u(),
1081                          * prepare for the race by incrementing
1082                          * pmap_invl_waiters and arming a 1-tick
1083                          * callout which will unblock us if we lose
1084                          * the race.
1085                          */
1086                         atomic_add_int(&pmap_invl_waiters, 1);
1087
1088                         /*
1089                          * Re-check the current thread's invalidation
1090                          * generation after incrementing
1091                          * pmap_invl_waiters, so that there is no race
1092                          * with pmap_delayed_invl_finish_u() setting
1093                          * the page generation and checking
1094                          * pmap_invl_waiters.  The only race allowed
1095                          * is for a missed unblock, which is handled
1096                          * by the callout.
1097                          */
1098                         if (*m_gen >
1099                             atomic_load_long(&pmap_invl_gen_head.gen)) {
1100                                 callout_reset(&pmap_invl_callout, 1,
1101                                     pmap_delayed_invl_callout_func, NULL);
1102                                 PV_STAT(atomic_add_long(&invl_wait_slow, 1));
1103                                 pmap_delayed_invl_wait_block(m_gen,
1104                                     &pmap_invl_gen_head.gen);
1105                         }
1106                         atomic_add_int(&pmap_invl_waiters, -1);
1107                 }
1108         }
1109 }
1110
1111 DEFINE_IFUNC(, void, pmap_thread_init_invl_gen, (struct thread *))
1112 {
1113
1114         return (pmap_di_locked() ? pmap_thread_init_invl_gen_l :
1115             pmap_thread_init_invl_gen_u);
1116 }
1117
1118 DEFINE_IFUNC(static, void, pmap_delayed_invl_start, (void))
1119 {
1120
1121         return (pmap_di_locked() ? pmap_delayed_invl_start_l :
1122             pmap_delayed_invl_start_u);
1123 }
1124
1125 DEFINE_IFUNC(static, void, pmap_delayed_invl_finish, (void))
1126 {
1127
1128         return (pmap_di_locked() ? pmap_delayed_invl_finish_l :
1129             pmap_delayed_invl_finish_u);
1130 }
1131
1132 DEFINE_IFUNC(static, void, pmap_delayed_invl_wait, (vm_page_t))
1133 {
1134
1135         return (pmap_di_locked() ? pmap_delayed_invl_wait_l :
1136             pmap_delayed_invl_wait_u);
1137 }
1138
1139 /*
1140  * Mark the page m's PV list as participating in the current thread's
1141  * DI block.  Any threads concurrently using m's PV list to remove or
1142  * restrict all mappings to m will wait for the current thread's DI
1143  * block to complete before proceeding.
1144  *
1145  * The function works by setting the DI generation number for m's PV
1146  * list to at least the DI generation number of the current thread.
1147  * This forces a caller of pmap_delayed_invl_wait() to block until
1148  * current thread calls pmap_delayed_invl_finish().
1149  */
1150 static void
1151 pmap_delayed_invl_page(vm_page_t m)
1152 {
1153         u_long gen, *m_gen;
1154
1155         rw_assert(VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m), RA_WLOCKED);
1156         gen = curthread->td_md.md_invl_gen.gen;
1157         if (gen == 0)
1158                 return;
1159         m_gen = pmap_delayed_invl_genp(m);
1160         if (*m_gen < gen)
1161                 *m_gen = gen;
1162 }
1163
1164 /*
1165  * Crashdump maps.
1166  */
1167 static caddr_t crashdumpmap;
1168
1169 /*
1170  * Internal flags for pmap_enter()'s helper functions.
1171  */
1172 #define PMAP_ENTER_NORECLAIM    0x1000000       /* Don't reclaim PV entries. */
1173 #define PMAP_ENTER_NOREPLACE    0x2000000       /* Don't replace mappings. */
1174
1175 /*
1176  * Internal flags for pmap_mapdev_internal() and
1177  * pmap_change_props_locked().
1178  */
1179 #define MAPDEV_FLUSHCACHE       0x00000001      /* Flush cache after mapping. */
1180 #define MAPDEV_SETATTR          0x00000002      /* Modify existing attrs. */
1181 #define MAPDEV_ASSERTVALID      0x00000004      /* Assert mapping validity. */
1182
1183 TAILQ_HEAD(pv_chunklist, pv_chunk);
1184
1185 static void     free_pv_chunk(struct pv_chunk *pc);
1186 static void     free_pv_chunk_batch(struct pv_chunklist *batch);
1187 static void     free_pv_entry(pmap_t pmap, pv_entry_t pv);
1188 static pv_entry_t get_pv_entry(pmap_t pmap, struct rwlock **lockp);
1189 static int      popcnt_pc_map_pq(uint64_t *map);
1190 static vm_page_t reclaim_pv_chunk(pmap_t locked_pmap, struct rwlock **lockp);
1191 static void     reserve_pv_entries(pmap_t pmap, int needed,
1192                     struct rwlock **lockp);
1193 static void     pmap_pv_demote_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_paddr_t pa,
1194                     struct rwlock **lockp);
1195 static bool     pmap_pv_insert_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t pde,
1196                     u_int flags, struct rwlock **lockp);
1197 #if VM_NRESERVLEVEL > 0
1198 static void     pmap_pv_promote_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_paddr_t pa,
1199                     struct rwlock **lockp);
1200 #endif
1201 static void     pmap_pvh_free(struct md_page *pvh, pmap_t pmap, vm_offset_t va);
1202 static pv_entry_t pmap_pvh_remove(struct md_page *pvh, pmap_t pmap,
1203                     vm_offset_t va);
1204
1205 static int pmap_change_props_locked(vm_offset_t va, vm_size_t size,
1206     vm_prot_t prot, int mode, int flags);
1207 static boolean_t pmap_demote_pde(pmap_t pmap, pd_entry_t *pde, vm_offset_t va);
1208 static boolean_t pmap_demote_pde_locked(pmap_t pmap, pd_entry_t *pde,
1209     vm_offset_t va, struct rwlock **lockp);
1210 static boolean_t pmap_demote_pdpe(pmap_t pmap, pdp_entry_t *pdpe,
1211     vm_offset_t va);
1212 static bool     pmap_enter_2mpage(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m,
1213                     vm_prot_t prot, struct rwlock **lockp);
1214 static int      pmap_enter_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t newpde,
1215                     u_int flags, vm_page_t m, struct rwlock **lockp);
1216 static vm_page_t pmap_enter_quick_locked(pmap_t pmap, vm_offset_t va,
1217     vm_page_t m, vm_prot_t prot, vm_page_t mpte, struct rwlock **lockp);
1218 static void pmap_fill_ptp(pt_entry_t *firstpte, pt_entry_t newpte);
1219 static int pmap_insert_pt_page(pmap_t pmap, vm_page_t mpte, bool promoted);
1220 static void pmap_invalidate_cache_range_selfsnoop(vm_offset_t sva,
1221     vm_offset_t eva);
1222 static void pmap_invalidate_cache_range_all(vm_offset_t sva,
1223     vm_offset_t eva);
1224 static void pmap_invalidate_pde_page(pmap_t pmap, vm_offset_t va,
1225                     pd_entry_t pde);
1226 static void pmap_kenter_attr(vm_offset_t va, vm_paddr_t pa, int mode);
1227 static vm_page_t pmap_large_map_getptp_unlocked(void);
1228 static vm_paddr_t pmap_large_map_kextract(vm_offset_t va);
1229 #if VM_NRESERVLEVEL > 0
1230 static void pmap_promote_pde(pmap_t pmap, pd_entry_t *pde, vm_offset_t va,
1231     struct rwlock **lockp);
1232 #endif
1233 static boolean_t pmap_protect_pde(pmap_t pmap, pd_entry_t *pde, vm_offset_t sva,
1234     vm_prot_t prot);
1235 static void pmap_pte_props(pt_entry_t *pte, u_long bits, u_long mask);
1236 static void pmap_pti_add_kva_locked(vm_offset_t sva, vm_offset_t eva,
1237     bool exec);
1238 static pdp_entry_t *pmap_pti_pdpe(vm_offset_t va);
1239 static pd_entry_t *pmap_pti_pde(vm_offset_t va);
1240 static void pmap_pti_wire_pte(void *pte);
1241 static int pmap_remove_pde(pmap_t pmap, pd_entry_t *pdq, vm_offset_t sva,
1242     struct spglist *free, struct rwlock **lockp);
1243 static int pmap_remove_pte(pmap_t pmap, pt_entry_t *ptq, vm_offset_t sva,
1244     pd_entry_t ptepde, struct spglist *free, struct rwlock **lockp);
1245 static vm_page_t pmap_remove_pt_page(pmap_t pmap, vm_offset_t va);
1246 static void pmap_remove_page(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t *pde,
1247     struct spglist *free);
1248 static bool     pmap_remove_ptes(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva,
1249                     pd_entry_t *pde, struct spglist *free,
1250                     struct rwlock **lockp);
1251 static boolean_t pmap_try_insert_pv_entry(pmap_t pmap, vm_offset_t va,
1252     vm_page_t m, struct rwlock **lockp);
1253 static void pmap_update_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t *pde,
1254     pd_entry_t newpde);
1255 static void pmap_update_pde_invalidate(pmap_t, vm_offset_t va, pd_entry_t pde);
1256
1257 static vm_page_t _pmap_allocpte(pmap_t pmap, vm_pindex_t ptepindex,
1258                 struct rwlock **lockp);
1259 static vm_page_t pmap_allocpde(pmap_t pmap, vm_offset_t va,
1260                 struct rwlock **lockp);
1261 static vm_page_t pmap_allocpte(pmap_t pmap, vm_offset_t va,
1262                 struct rwlock **lockp);
1263
1264 static void _pmap_unwire_ptp(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m,
1265     struct spglist *free);
1266 static int pmap_unuse_pt(pmap_t, vm_offset_t, pd_entry_t, struct spglist *);
1267
1268 /********************/
1269 /* Inline functions */
1270 /********************/
1271
1272 /* Return a non-clipped PD index for a given VA */
1273 static __inline vm_pindex_t
1274 pmap_pde_pindex(vm_offset_t va)
1275 {
1276         return (va >> PDRSHIFT);
1277 }
1278
1279
1280 /* Return a pointer to the PML4 slot that corresponds to a VA */
1281 static __inline pml4_entry_t *
1282 pmap_pml4e(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
1283 {
1284
1285         return (&pmap->pm_pml4[pmap_pml4e_index(va)]);
1286 }
1287
1288 /* Return a pointer to the PDP slot that corresponds to a VA */
1289 static __inline pdp_entry_t *
1290 pmap_pml4e_to_pdpe(pml4_entry_t *pml4e, vm_offset_t va)
1291 {
1292         pdp_entry_t *pdpe;
1293
1294         pdpe = (pdp_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(*pml4e & PG_FRAME);
1295         return (&pdpe[pmap_pdpe_index(va)]);
1296 }
1297
1298 /* Return a pointer to the PDP slot that corresponds to a VA */
1299 static __inline pdp_entry_t *
1300 pmap_pdpe(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
1301 {
1302         pml4_entry_t *pml4e;
1303         pt_entry_t PG_V;
1304
1305         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
1306         pml4e = pmap_pml4e(pmap, va);
1307         if ((*pml4e & PG_V) == 0)
1308                 return (NULL);
1309         return (pmap_pml4e_to_pdpe(pml4e, va));
1310 }
1311
1312 /* Return a pointer to the PD slot that corresponds to a VA */
1313 static __inline pd_entry_t *
1314 pmap_pdpe_to_pde(pdp_entry_t *pdpe, vm_offset_t va)
1315 {
1316         pd_entry_t *pde;
1317
1318         pde = (pd_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(*pdpe & PG_FRAME);
1319         return (&pde[pmap_pde_index(va)]);
1320 }
1321
1322 /* Return a pointer to the PD slot that corresponds to a VA */
1323 static __inline pd_entry_t *
1324 pmap_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
1325 {
1326         pdp_entry_t *pdpe;
1327         pt_entry_t PG_V;
1328
1329         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
1330         pdpe = pmap_pdpe(pmap, va);
1331         if (pdpe == NULL || (*pdpe & PG_V) == 0)
1332                 return (NULL);
1333         return (pmap_pdpe_to_pde(pdpe, va));
1334 }
1335
1336 /* Return a pointer to the PT slot that corresponds to a VA */
1337 static __inline pt_entry_t *
1338 pmap_pde_to_pte(pd_entry_t *pde, vm_offset_t va)
1339 {
1340         pt_entry_t *pte;
1341
1342         pte = (pt_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(*pde & PG_FRAME);
1343         return (&pte[pmap_pte_index(va)]);
1344 }
1345
1346 /* Return a pointer to the PT slot that corresponds to a VA */
1347 static __inline pt_entry_t *
1348 pmap_pte(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
1349 {
1350         pd_entry_t *pde;
1351         pt_entry_t PG_V;
1352
1353         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
1354         pde = pmap_pde(pmap, va);
1355         if (pde == NULL || (*pde & PG_V) == 0)
1356                 return (NULL);
1357         if ((*pde & PG_PS) != 0)        /* compat with i386 pmap_pte() */
1358                 return ((pt_entry_t *)pde);
1359         return (pmap_pde_to_pte(pde, va));
1360 }
1361
1362 static __inline void
1363 pmap_resident_count_inc(pmap_t pmap, int count)
1364 {
1365
1366         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
1367         pmap->pm_stats.resident_count += count;
1368 }
1369
1370 static __inline void
1371 pmap_resident_count_dec(pmap_t pmap, int count)
1372 {
1373
1374         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
1375         KASSERT(pmap->pm_stats.resident_count >= count,
1376             ("pmap %p resident count underflow %ld %d", pmap,
1377             pmap->pm_stats.resident_count, count));
1378         pmap->pm_stats.resident_count -= count;
1379 }
1380
1381 PMAP_INLINE pt_entry_t *
1382 vtopte(vm_offset_t va)
1383 {
1384         u_int64_t mask = ((1ul << (NPTEPGSHIFT + NPDEPGSHIFT + NPDPEPGSHIFT + NPML4EPGSHIFT)) - 1);
1385
1386         KASSERT(va >= VM_MAXUSER_ADDRESS, ("vtopte on a uva/gpa 0x%0lx", va));
1387
1388         return (PTmap + ((va >> PAGE_SHIFT) & mask));
1389 }
1390
1391 static __inline pd_entry_t *
1392 vtopde(vm_offset_t va)
1393 {
1394         u_int64_t mask = ((1ul << (NPDEPGSHIFT + NPDPEPGSHIFT + NPML4EPGSHIFT)) - 1);
1395
1396         KASSERT(va >= VM_MAXUSER_ADDRESS, ("vtopde on a uva/gpa 0x%0lx", va));
1397
1398         return (PDmap + ((va >> PDRSHIFT) & mask));
1399 }
1400
1401 static u_int64_t
1402 allocpages(vm_paddr_t *firstaddr, int n)
1403 {
1404         u_int64_t ret;
1405
1406         ret = *firstaddr;
1407         bzero((void *)ret, n * PAGE_SIZE);
1408         *firstaddr += n * PAGE_SIZE;
1409         return (ret);
1410 }
1411
1412 CTASSERT(powerof2(NDMPML4E));
1413
1414 /* number of kernel PDP slots */
1415 #define NKPDPE(ptpgs)           howmany(ptpgs, NPDEPG)
1416
1417 static void
1418 nkpt_init(vm_paddr_t addr)
1419 {
1420         int pt_pages;
1421         
1422 #ifdef NKPT
1423         pt_pages = NKPT;
1424 #else
1425         pt_pages = howmany(addr, 1 << PDRSHIFT);
1426         pt_pages += NKPDPE(pt_pages);
1427
1428         /*
1429          * Add some slop beyond the bare minimum required for bootstrapping
1430          * the kernel.
1431          *
1432          * This is quite important when allocating KVA for kernel modules.
1433          * The modules are required to be linked in the negative 2GB of
1434          * the address space.  If we run out of KVA in this region then
1435          * pmap_growkernel() will need to allocate page table pages to map
1436          * the entire 512GB of KVA space which is an unnecessary tax on
1437          * physical memory.
1438          *
1439          * Secondly, device memory mapped as part of setting up the low-
1440          * level console(s) is taken from KVA, starting at virtual_avail.
1441          * This is because cninit() is called after pmap_bootstrap() but
1442          * before vm_init() and pmap_init(). 20MB for a frame buffer is
1443          * not uncommon.
1444          */
1445         pt_pages += 32;         /* 64MB additional slop. */
1446 #endif
1447         nkpt = pt_pages;
1448 }
1449
1450 /*
1451  * Returns the proper write/execute permission for a physical page that is
1452  * part of the initial boot allocations.
1453  *
1454  * If the page has kernel text, it is marked as read-only. If the page has
1455  * kernel read-only data, it is marked as read-only/not-executable. If the
1456  * page has only read-write data, it is marked as read-write/not-executable.
1457  * If the page is below/above the kernel range, it is marked as read-write.
1458  *
1459  * This function operates on 2M pages, since we map the kernel space that
1460  * way.
1461  */
1462 static inline pt_entry_t
1463 bootaddr_rwx(vm_paddr_t pa)
1464 {
1465
1466         /*
1467          * The kernel is loaded at a 2MB-aligned address, and memory below that
1468          * need not be executable.  The .bss section is padded to a 2MB
1469          * boundary, so memory following the kernel need not be executable
1470          * either.  Preloaded kernel modules have their mapping permissions
1471          * fixed up by the linker.
1472          */
1473         if (pa < trunc_2mpage(btext - KERNBASE) ||
1474             pa >= trunc_2mpage(_end - KERNBASE))
1475                 return (X86_PG_RW | pg_nx);
1476
1477         /*
1478          * The linker should ensure that the read-only and read-write
1479          * portions don't share the same 2M page, so this shouldn't
1480          * impact read-only data. However, in any case, any page with
1481          * read-write data needs to be read-write.
1482          */
1483         if (pa >= trunc_2mpage(brwsection - KERNBASE))
1484                 return (X86_PG_RW | pg_nx);
1485
1486         /*
1487          * Mark any 2M page containing kernel text as read-only. Mark
1488          * other pages with read-only data as read-only and not executable.
1489          * (It is likely a small portion of the read-only data section will
1490          * be marked as read-only, but executable. This should be acceptable
1491          * since the read-only protection will keep the data from changing.)
1492          * Note that fixups to the .text section will still work until we
1493          * set CR0.WP.
1494          */
1495         if (pa < round_2mpage(etext - KERNBASE))
1496                 return (0);
1497         return (pg_nx);
1498 }
1499
1500 static void
1501 create_pagetables(vm_paddr_t *firstaddr)
1502 {
1503         int i, j, ndm1g, nkpdpe, nkdmpde;
1504         pd_entry_t *pd_p;
1505         pdp_entry_t *pdp_p;
1506         pml4_entry_t *p4_p;
1507         uint64_t DMPDkernphys;
1508
1509         /* Allocate page table pages for the direct map */
1510         ndmpdp = howmany(ptoa(Maxmem), NBPDP);
1511         if (ndmpdp < 4)         /* Minimum 4GB of dirmap */
1512                 ndmpdp = 4;
1513         ndmpdpphys = howmany(ndmpdp, NPDPEPG);
1514         if (ndmpdpphys > NDMPML4E) {
1515                 /*
1516                  * Each NDMPML4E allows 512 GB, so limit to that,
1517                  * and then readjust ndmpdp and ndmpdpphys.
1518                  */
1519                 printf("NDMPML4E limits system to %d GB\n", NDMPML4E * 512);
1520                 Maxmem = atop(NDMPML4E * NBPML4);
1521                 ndmpdpphys = NDMPML4E;
1522                 ndmpdp = NDMPML4E * NPDEPG;
1523         }
1524         DMPDPphys = allocpages(firstaddr, ndmpdpphys);
1525         ndm1g = 0;
1526         if ((amd_feature & AMDID_PAGE1GB) != 0) {
1527                 /*
1528                  * Calculate the number of 1G pages that will fully fit in
1529                  * Maxmem.
1530                  */
1531                 ndm1g = ptoa(Maxmem) >> PDPSHIFT;
1532
1533                 /*
1534                  * Allocate 2M pages for the kernel. These will be used in
1535                  * place of the first one or more 1G pages from ndm1g.
1536                  */
1537                 nkdmpde = howmany((vm_offset_t)(brwsection - KERNBASE), NBPDP);
1538                 DMPDkernphys = allocpages(firstaddr, nkdmpde);
1539         }
1540         if (ndm1g < ndmpdp)
1541                 DMPDphys = allocpages(firstaddr, ndmpdp - ndm1g);
1542         dmaplimit = (vm_paddr_t)ndmpdp << PDPSHIFT;
1543
1544         /* Allocate pages */
1545         KPML4phys = allocpages(firstaddr, 1);
1546         KPDPphys = allocpages(firstaddr, NKPML4E);
1547
1548         /*
1549          * Allocate the initial number of kernel page table pages required to
1550          * bootstrap.  We defer this until after all memory-size dependent
1551          * allocations are done (e.g. direct map), so that we don't have to
1552          * build in too much slop in our estimate.
1553          *
1554          * Note that when NKPML4E > 1, we have an empty page underneath
1555          * all but the KPML4I'th one, so we need NKPML4E-1 extra (zeroed)
1556          * pages.  (pmap_enter requires a PD page to exist for each KPML4E.)
1557          */
1558         nkpt_init(*firstaddr);
1559         nkpdpe = NKPDPE(nkpt);
1560
1561         KPTphys = allocpages(firstaddr, nkpt);
1562         KPDphys = allocpages(firstaddr, nkpdpe);
1563
1564         /*
1565          * Connect the zero-filled PT pages to their PD entries.  This
1566          * implicitly maps the PT pages at their correct locations within
1567          * the PTmap.
1568          */
1569         pd_p = (pd_entry_t *)KPDphys;
1570         for (i = 0; i < nkpt; i++)
1571                 pd_p[i] = (KPTphys + ptoa(i)) | X86_PG_RW | X86_PG_V;
1572
1573         /*
1574          * Map from physical address zero to the end of loader preallocated
1575          * memory using 2MB pages.  This replaces some of the PD entries
1576          * created above.
1577          */
1578         for (i = 0; (i << PDRSHIFT) < KERNend; i++)
1579                 /* Preset PG_M and PG_A because demotion expects it. */
1580                 pd_p[i] = (i << PDRSHIFT) | X86_PG_V | PG_PS | pg_g |
1581                     X86_PG_M | X86_PG_A | bootaddr_rwx(i << PDRSHIFT);
1582
1583         /*
1584          * Because we map the physical blocks in 2M pages, adjust firstaddr
1585          * to record the physical blocks we've actually mapped into kernel
1586          * virtual address space.
1587          */
1588         if (*firstaddr < round_2mpage(KERNend))
1589                 *firstaddr = round_2mpage(KERNend);
1590
1591         /* And connect up the PD to the PDP (leaving room for L4 pages) */
1592         pdp_p = (pdp_entry_t *)(KPDPphys + ptoa(KPML4I - KPML4BASE));
1593         for (i = 0; i < nkpdpe; i++)
1594                 pdp_p[i + KPDPI] = (KPDphys + ptoa(i)) | X86_PG_RW | X86_PG_V;
1595
1596         /*
1597          * Now, set up the direct map region using 2MB and/or 1GB pages.  If
1598          * the end of physical memory is not aligned to a 1GB page boundary,
1599          * then the residual physical memory is mapped with 2MB pages.  Later,
1600          * if pmap_mapdev{_attr}() uses the direct map for non-write-back
1601          * memory, pmap_change_attr() will demote any 2MB or 1GB page mappings
1602          * that are partially used. 
1603          */
1604         pd_p = (pd_entry_t *)DMPDphys;
1605         for (i = NPDEPG * ndm1g, j = 0; i < NPDEPG * ndmpdp; i++, j++) {
1606                 pd_p[j] = (vm_paddr_t)i << PDRSHIFT;
1607                 /* Preset PG_M and PG_A because demotion expects it. */
1608                 pd_p[j] |= X86_PG_RW | X86_PG_V | PG_PS | pg_g |
1609                     X86_PG_M | X86_PG_A | pg_nx;
1610         }
1611         pdp_p = (pdp_entry_t *)DMPDPphys;
1612         for (i = 0; i < ndm1g; i++) {
1613                 pdp_p[i] = (vm_paddr_t)i << PDPSHIFT;
1614                 /* Preset PG_M and PG_A because demotion expects it. */
1615                 pdp_p[i] |= X86_PG_RW | X86_PG_V | PG_PS | pg_g |
1616                     X86_PG_M | X86_PG_A | pg_nx;
1617         }
1618         for (j = 0; i < ndmpdp; i++, j++) {
1619                 pdp_p[i] = DMPDphys + ptoa(j);
1620                 pdp_p[i] |= X86_PG_RW | X86_PG_V | pg_nx;
1621         }
1622
1623         /*
1624          * Instead of using a 1G page for the memory containing the kernel,
1625          * use 2M pages with read-only and no-execute permissions.  (If using 1G
1626          * pages, this will partially overwrite the PDPEs above.)
1627          */
1628         if (ndm1g) {
1629                 pd_p = (pd_entry_t *)DMPDkernphys;
1630                 for (i = 0; i < (NPDEPG * nkdmpde); i++)
1631                         pd_p[i] = (i << PDRSHIFT) | X86_PG_V | PG_PS | pg_g |
1632                             X86_PG_M | X86_PG_A | pg_nx |
1633                             bootaddr_rwx(i << PDRSHIFT);
1634                 for (i = 0; i < nkdmpde; i++)
1635                         pdp_p[i] = (DMPDkernphys + ptoa(i)) | X86_PG_RW |
1636                             X86_PG_V | pg_nx;
1637         }
1638
1639         /* And recursively map PML4 to itself in order to get PTmap */
1640         p4_p = (pml4_entry_t *)KPML4phys;
1641         p4_p[PML4PML4I] = KPML4phys;
1642         p4_p[PML4PML4I] |= X86_PG_RW | X86_PG_V | pg_nx;
1643
1644         /* Connect the Direct Map slot(s) up to the PML4. */
1645         for (i = 0; i < ndmpdpphys; i++) {
1646                 p4_p[DMPML4I + i] = DMPDPphys + ptoa(i);
1647                 p4_p[DMPML4I + i] |= X86_PG_RW | X86_PG_V | pg_nx;
1648         }
1649
1650         /* Connect the KVA slots up to the PML4 */
1651         for (i = 0; i < NKPML4E; i++) {
1652                 p4_p[KPML4BASE + i] = KPDPphys + ptoa(i);
1653                 p4_p[KPML4BASE + i] |= X86_PG_RW | X86_PG_V;
1654         }
1655 }
1656
1657 /*
1658  *      Bootstrap the system enough to run with virtual memory.
1659  *
1660  *      On amd64 this is called after mapping has already been enabled
1661  *      and just syncs the pmap module with what has already been done.
1662  *      [We can't call it easily with mapping off since the kernel is not
1663  *      mapped with PA == VA, hence we would have to relocate every address
1664  *      from the linked base (virtual) address "KERNBASE" to the actual
1665  *      (physical) address starting relative to 0]
1666  */
1667 void
1668 pmap_bootstrap(vm_paddr_t *firstaddr)
1669 {
1670         vm_offset_t va;
1671         pt_entry_t *pte, *pcpu_pte;
1672         struct region_descriptor r_gdt;
1673         uint64_t cr4, pcpu_phys;
1674         u_long res;
1675         int i;
1676
1677         KERNend = *firstaddr;
1678         res = atop(KERNend - (vm_paddr_t)kernphys);
1679
1680         if (!pti)
1681                 pg_g = X86_PG_G;
1682
1683         /*
1684          * Create an initial set of page tables to run the kernel in.
1685          */
1686         create_pagetables(firstaddr);
1687
1688         pcpu_phys = allocpages(firstaddr, MAXCPU);
1689
1690         /*
1691          * Add a physical memory segment (vm_phys_seg) corresponding to the
1692          * preallocated kernel page table pages so that vm_page structures
1693          * representing these pages will be created.  The vm_page structures
1694          * are required for promotion of the corresponding kernel virtual
1695          * addresses to superpage mappings.
1696          */
1697         vm_phys_add_seg(KPTphys, KPTphys + ptoa(nkpt));
1698
1699         /*
1700          * Account for the virtual addresses mapped by create_pagetables().
1701          */
1702         virtual_avail = (vm_offset_t)KERNBASE + round_2mpage(KERNend);
1703         virtual_end = VM_MAX_KERNEL_ADDRESS;
1704
1705         /*
1706          * Enable PG_G global pages, then switch to the kernel page
1707          * table from the bootstrap page table.  After the switch, it
1708          * is possible to enable SMEP and SMAP since PG_U bits are
1709          * correct now.
1710          */
1711         cr4 = rcr4();
1712         cr4 |= CR4_PGE;
1713         load_cr4(cr4);
1714         load_cr3(KPML4phys);
1715         if (cpu_stdext_feature & CPUID_STDEXT_SMEP)
1716                 cr4 |= CR4_SMEP;
1717         if (cpu_stdext_feature & CPUID_STDEXT_SMAP)
1718                 cr4 |= CR4_SMAP;
1719         load_cr4(cr4);
1720
1721         /*
1722          * Initialize the kernel pmap (which is statically allocated).
1723          * Count bootstrap data as being resident in case any of this data is
1724          * later unmapped (using pmap_remove()) and freed.
1725          */
1726         PMAP_LOCK_INIT(kernel_pmap);
1727         kernel_pmap->pm_pml4 = (pdp_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(KPML4phys);
1728         kernel_pmap->pm_cr3 = KPML4phys;
1729         kernel_pmap->pm_ucr3 = PMAP_NO_CR3;
1730         CPU_FILL(&kernel_pmap->pm_active);      /* don't allow deactivation */
1731         TAILQ_INIT(&kernel_pmap->pm_pvchunk);
1732         kernel_pmap->pm_stats.resident_count = res;
1733         kernel_pmap->pm_flags = pmap_flags;
1734
1735         /*
1736          * Initialize the TLB invalidations generation number lock.
1737          */
1738         mtx_init(&invl_gen_mtx, "invlgn", NULL, MTX_DEF);
1739
1740         /*
1741          * Reserve some special page table entries/VA space for temporary
1742          * mapping of pages.
1743          */
1744 #define SYSMAP(c, p, v, n)      \
1745         v = (c)va; va += ((n)*PAGE_SIZE); p = pte; pte += (n);
1746
1747         va = virtual_avail;
1748         pte = vtopte(va);
1749
1750         /*
1751          * Crashdump maps.  The first page is reused as CMAP1 for the
1752          * memory test.
1753          */
1754         SYSMAP(caddr_t, CMAP1, crashdumpmap, MAXDUMPPGS)
1755         CADDR1 = crashdumpmap;
1756
1757         SYSMAP(struct pcpu *, pcpu_pte, __pcpu, MAXCPU);
1758         virtual_avail = va;
1759
1760         for (i = 0; i < MAXCPU; i++) {
1761                 pcpu_pte[i] = (pcpu_phys + ptoa(i)) | X86_PG_V | X86_PG_RW |
1762                     pg_g | pg_nx | X86_PG_M | X86_PG_A;
1763         }
1764
1765         /*
1766          * Re-initialize PCPU area for BSP after switching.
1767          * Make hardware use gdt and common_tss from the new PCPU.
1768          */
1769         STAILQ_INIT(&cpuhead);
1770         wrmsr(MSR_GSBASE, (uint64_t)&__pcpu[0]);
1771         pcpu_init(&__pcpu[0], 0, sizeof(struct pcpu));
1772         amd64_bsp_pcpu_init1(&__pcpu[0]);
1773         amd64_bsp_ist_init(&__pcpu[0]);
1774         memcpy(__pcpu[0].pc_gdt, temp_bsp_pcpu.pc_gdt, NGDT *
1775             sizeof(struct user_segment_descriptor));
1776         gdt_segs[GPROC0_SEL].ssd_base = (uintptr_t)&__pcpu[0].pc_common_tss;
1777         ssdtosyssd(&gdt_segs[GPROC0_SEL],
1778             (struct system_segment_descriptor *)&__pcpu[0].pc_gdt[GPROC0_SEL]);
1779         r_gdt.rd_limit = NGDT * sizeof(struct user_segment_descriptor) - 1;
1780         r_gdt.rd_base = (long)__pcpu[0].pc_gdt;
1781         lgdt(&r_gdt);
1782         wrmsr(MSR_GSBASE, (uint64_t)&__pcpu[0]);
1783         ltr(GSEL(GPROC0_SEL, SEL_KPL));
1784         __pcpu[0].pc_dynamic = temp_bsp_pcpu.pc_dynamic;
1785         __pcpu[0].pc_acpi_id = temp_bsp_pcpu.pc_acpi_id;
1786
1787         /*
1788          * Initialize the PAT MSR.
1789          * pmap_init_pat() clears and sets CR4_PGE, which, as a
1790          * side-effect, invalidates stale PG_G TLB entries that might
1791          * have been created in our pre-boot environment.
1792          */
1793         pmap_init_pat();
1794
1795         /* Initialize TLB Context Id. */
1796         if (pmap_pcid_enabled) {
1797                 for (i = 0; i < MAXCPU; i++) {
1798                         kernel_pmap->pm_pcids[i].pm_pcid = PMAP_PCID_KERN;
1799                         kernel_pmap->pm_pcids[i].pm_gen = 1;
1800                 }
1801
1802                 /*
1803                  * PMAP_PCID_KERN + 1 is used for initialization of
1804                  * proc0 pmap.  The pmap' pcid state might be used by
1805                  * EFIRT entry before first context switch, so it
1806                  * needs to be valid.
1807                  */
1808                 PCPU_SET(pcid_next, PMAP_PCID_KERN + 2);
1809                 PCPU_SET(pcid_gen, 1);
1810
1811                 /*
1812                  * pcpu area for APs is zeroed during AP startup.
1813                  * pc_pcid_next and pc_pcid_gen are initialized by AP
1814                  * during pcpu setup.
1815                  */
1816                 load_cr4(rcr4() | CR4_PCIDE);
1817         }
1818 }
1819
1820 /*
1821  * Setup the PAT MSR.
1822  */
1823 void
1824 pmap_init_pat(void)
1825 {
1826         uint64_t pat_msr;
1827         u_long cr0, cr4;
1828         int i;
1829
1830         /* Bail if this CPU doesn't implement PAT. */
1831         if ((cpu_feature & CPUID_PAT) == 0)
1832                 panic("no PAT??");
1833
1834         /* Set default PAT index table. */
1835         for (i = 0; i < PAT_INDEX_SIZE; i++)
1836                 pat_index[i] = -1;
1837         pat_index[PAT_WRITE_BACK] = 0;
1838         pat_index[PAT_WRITE_THROUGH] = 1;
1839         pat_index[PAT_UNCACHEABLE] = 3;
1840         pat_index[PAT_WRITE_COMBINING] = 6;
1841         pat_index[PAT_WRITE_PROTECTED] = 5;
1842         pat_index[PAT_UNCACHED] = 2;
1843
1844         /*
1845          * Initialize default PAT entries.
1846          * Leave the indices 0-3 at the default of WB, WT, UC-, and UC.
1847          * Program 5 and 6 as WP and WC.
1848          *
1849          * Leave 4 and 7 as WB and UC.  Note that a recursive page table
1850          * mapping for a 2M page uses a PAT value with the bit 3 set due
1851          * to its overload with PG_PS.
1852          */
1853         pat_msr = PAT_VALUE(0, PAT_WRITE_BACK) |
1854             PAT_VALUE(1, PAT_WRITE_THROUGH) |
1855             PAT_VALUE(2, PAT_UNCACHED) |
1856             PAT_VALUE(3, PAT_UNCACHEABLE) |
1857             PAT_VALUE(4, PAT_WRITE_BACK) |
1858             PAT_VALUE(5, PAT_WRITE_PROTECTED) |
1859             PAT_VALUE(6, PAT_WRITE_COMBINING) |
1860             PAT_VALUE(7, PAT_UNCACHEABLE);
1861
1862         /* Disable PGE. */
1863         cr4 = rcr4();
1864         load_cr4(cr4 & ~CR4_PGE);
1865
1866         /* Disable caches (CD = 1, NW = 0). */
1867         cr0 = rcr0();
1868         load_cr0((cr0 & ~CR0_NW) | CR0_CD);
1869
1870         /* Flushes caches and TLBs. */
1871         wbinvd();
1872         invltlb();
1873
1874         /* Update PAT and index table. */
1875         wrmsr(MSR_PAT, pat_msr);
1876
1877         /* Flush caches and TLBs again. */
1878         wbinvd();
1879         invltlb();
1880
1881         /* Restore caches and PGE. */
1882         load_cr0(cr0);
1883         load_cr4(cr4);
1884 }
1885
1886 /*
1887  *      Initialize a vm_page's machine-dependent fields.
1888  */
1889 void
1890 pmap_page_init(vm_page_t m)
1891 {
1892
1893         TAILQ_INIT(&m->md.pv_list);
1894         m->md.pat_mode = PAT_WRITE_BACK;
1895 }
1896
1897 static int pmap_allow_2m_x_ept;
1898 SYSCTL_INT(_vm_pmap, OID_AUTO, allow_2m_x_ept, CTLFLAG_RWTUN | CTLFLAG_NOFETCH,
1899     &pmap_allow_2m_x_ept, 0,
1900     "Allow executable superpage mappings in EPT");
1901
1902 void
1903 pmap_allow_2m_x_ept_recalculate(void)
1904 {
1905         /*
1906          * SKL002, SKL012S.  Since the EPT format is only used by
1907          * Intel CPUs, the vendor check is merely a formality.
1908          */
1909         if (!(cpu_vendor_id != CPU_VENDOR_INTEL ||
1910             (cpu_ia32_arch_caps & IA32_ARCH_CAP_IF_PSCHANGE_MC_NO) != 0 ||
1911             (CPUID_TO_FAMILY(cpu_id) == 0x6 &&
1912             (CPUID_TO_MODEL(cpu_id) == 0x26 ||  /* Atoms */
1913             CPUID_TO_MODEL(cpu_id) == 0x27 ||
1914             CPUID_TO_MODEL(cpu_id) == 0x35 ||
1915             CPUID_TO_MODEL(cpu_id) == 0x36 ||
1916             CPUID_TO_MODEL(cpu_id) == 0x37 ||
1917             CPUID_TO_MODEL(cpu_id) == 0x86 ||
1918             CPUID_TO_MODEL(cpu_id) == 0x1c ||
1919             CPUID_TO_MODEL(cpu_id) == 0x4a ||
1920             CPUID_TO_MODEL(cpu_id) == 0x4c ||
1921             CPUID_TO_MODEL(cpu_id) == 0x4d ||
1922             CPUID_TO_MODEL(cpu_id) == 0x5a ||
1923             CPUID_TO_MODEL(cpu_id) == 0x5c ||
1924             CPUID_TO_MODEL(cpu_id) == 0x5d ||
1925             CPUID_TO_MODEL(cpu_id) == 0x5f ||
1926             CPUID_TO_MODEL(cpu_id) == 0x6e ||
1927             CPUID_TO_MODEL(cpu_id) == 0x7a ||
1928             CPUID_TO_MODEL(cpu_id) == 0x57 ||   /* Knights */
1929             CPUID_TO_MODEL(cpu_id) == 0x85))))
1930                 pmap_allow_2m_x_ept = 1;
1931         TUNABLE_INT_FETCH("hw.allow_2m_x_ept", &pmap_allow_2m_x_ept);
1932 }
1933
1934 static bool
1935 pmap_allow_2m_x_page(pmap_t pmap, bool executable)
1936 {
1937
1938         return (pmap->pm_type != PT_EPT || !executable ||
1939             !pmap_allow_2m_x_ept);
1940 }
1941
1942 #ifdef NUMA
1943 static void
1944 pmap_init_pv_table(void)
1945 {
1946         struct pmap_large_md_page *pvd;
1947         vm_size_t s;
1948         long start, end, highest, pv_npg;
1949         int domain, i, j, pages;
1950
1951         /*
1952          * We strongly depend on the size being a power of two, so the assert
1953          * is overzealous. However, should the struct be resized to a
1954          * different power of two, the code below needs to be revisited.
1955          */
1956         CTASSERT((sizeof(*pvd) == 64));
1957
1958         /*
1959          * Calculate the size of the array.
1960          */
1961         pmap_last_pa = vm_phys_segs[vm_phys_nsegs - 1].end;
1962         pv_npg = howmany(pmap_last_pa, NBPDR);
1963         s = (vm_size_t)pv_npg * sizeof(struct pmap_large_md_page);
1964         s = round_page(s);
1965         pv_table = (struct pmap_large_md_page *)kva_alloc(s);
1966         if (pv_table == NULL)
1967                 panic("%s: kva_alloc failed\n", __func__);
1968
1969         /*
1970          * Iterate physical segments to allocate space for respective pages.
1971          */
1972         highest = -1;
1973         s = 0;
1974         for (i = 0; i < vm_phys_nsegs; i++) {
1975                 end = vm_phys_segs[i].end / NBPDR;
1976                 domain = vm_phys_segs[i].domain;
1977
1978                 if (highest >= end)
1979                         continue;
1980
1981                 start = highest + 1;
1982                 pvd = &pv_table[start];
1983
1984                 pages = end - start + 1;
1985                 s = round_page(pages * sizeof(*pvd));
1986                 highest = start + (s / sizeof(*pvd)) - 1;
1987
1988                 for (j = 0; j < s; j += PAGE_SIZE) {
1989                         vm_page_t m = vm_page_alloc_domain(NULL, 0,
1990                             domain, VM_ALLOC_NORMAL | VM_ALLOC_NOOBJ);
1991                         if (m == NULL)
1992                                 panic("vm_page_alloc_domain failed for %lx\n", (vm_offset_t)pvd + j);
1993                         pmap_qenter((vm_offset_t)pvd + j, &m, 1);
1994                 }
1995
1996                 for (j = 0; j < s / sizeof(*pvd); j++) {
1997                         rw_init_flags(&pvd->pv_lock, "pmap pv list", RW_NEW);
1998                         TAILQ_INIT(&pvd->pv_page.pv_list);
1999                         pvd->pv_page.pv_gen = 0;
2000                         pvd->pv_page.pat_mode = 0;
2001                         pvd->pv_invl_gen = 0;
2002                         pvd++;
2003                 }
2004         }
2005         pvd = &pv_dummy_large;
2006         rw_init_flags(&pvd->pv_lock, "pmap pv list dummy", RW_NEW);
2007         TAILQ_INIT(&pvd->pv_page.pv_list);
2008         pvd->pv_page.pv_gen = 0;
2009         pvd->pv_page.pat_mode = 0;
2010         pvd->pv_invl_gen = 0;
2011 }
2012 #else
2013 static void
2014 pmap_init_pv_table(void)
2015 {
2016         vm_size_t s;
2017         long i, pv_npg;
2018
2019         /*
2020          * Initialize the pool of pv list locks.
2021          */
2022         for (i = 0; i < NPV_LIST_LOCKS; i++)
2023                 rw_init(&pv_list_locks[i], "pmap pv list");
2024
2025         /*
2026          * Calculate the size of the pv head table for superpages.
2027          */
2028         pv_npg = howmany(vm_phys_segs[vm_phys_nsegs - 1].end, NBPDR);
2029
2030         /*
2031          * Allocate memory for the pv head table for superpages.
2032          */
2033         s = (vm_size_t)pv_npg * sizeof(struct md_page);
2034         s = round_page(s);
2035         pv_table = (struct md_page *)kmem_malloc(s, M_WAITOK | M_ZERO);
2036         for (i = 0; i < pv_npg; i++)
2037                 TAILQ_INIT(&pv_table[i].pv_list);
2038         TAILQ_INIT(&pv_dummy.pv_list);
2039 }
2040 #endif
2041
2042 /*
2043  *      Initialize the pmap module.
2044  *      Called by vm_init, to initialize any structures that the pmap
2045  *      system needs to map virtual memory.
2046  */
2047 void
2048 pmap_init(void)
2049 {
2050         struct pmap_preinit_mapping *ppim;
2051         vm_page_t m, mpte;
2052         int error, i, ret, skz63;
2053
2054         /* L1TF, reserve page @0 unconditionally */
2055         vm_page_blacklist_add(0, bootverbose);
2056
2057         /* Detect bare-metal Skylake Server and Skylake-X. */
2058         if (vm_guest == VM_GUEST_NO && cpu_vendor_id == CPU_VENDOR_INTEL &&
2059             CPUID_TO_FAMILY(cpu_id) == 0x6 && CPUID_TO_MODEL(cpu_id) == 0x55) {
2060                 /*
2061                  * Skylake-X errata SKZ63. Processor May Hang When
2062                  * Executing Code In an HLE Transaction Region between
2063                  * 40000000H and 403FFFFFH.
2064                  *
2065                  * Mark the pages in the range as preallocated.  It
2066                  * seems to be impossible to distinguish between
2067                  * Skylake Server and Skylake X.
2068                  */
2069                 skz63 = 1;
2070                 TUNABLE_INT_FETCH("hw.skz63_enable", &skz63);
2071                 if (skz63 != 0) {
2072                         if (bootverbose)
2073                                 printf("SKZ63: skipping 4M RAM starting "
2074                                     "at physical 1G\n");
2075                         for (i = 0; i < atop(0x400000); i++) {
2076                                 ret = vm_page_blacklist_add(0x40000000 +
2077                                     ptoa(i), FALSE);
2078                                 if (!ret && bootverbose)
2079                                         printf("page at %#lx already used\n",
2080                                             0x40000000 + ptoa(i));
2081                         }
2082                 }
2083         }
2084
2085         /* IFU */
2086         pmap_allow_2m_x_ept_recalculate();
2087
2088         /*
2089          * Initialize the vm page array entries for the kernel pmap's
2090          * page table pages.
2091          */ 
2092         PMAP_LOCK(kernel_pmap);
2093         for (i = 0; i < nkpt; i++) {
2094                 mpte = PHYS_TO_VM_PAGE(KPTphys + (i << PAGE_SHIFT));
2095                 KASSERT(mpte >= vm_page_array &&
2096                     mpte < &vm_page_array[vm_page_array_size],
2097                     ("pmap_init: page table page is out of range"));
2098                 mpte->pindex = pmap_pde_pindex(KERNBASE) + i;
2099                 mpte->phys_addr = KPTphys + (i << PAGE_SHIFT);
2100                 mpte->ref_count = 1;
2101
2102                 /*
2103                  * Collect the page table pages that were replaced by a 2MB
2104                  * page in create_pagetables().  They are zero filled.
2105                  */
2106                 if (i << PDRSHIFT < KERNend &&
2107                     pmap_insert_pt_page(kernel_pmap, mpte, false))
2108                         panic("pmap_init: pmap_insert_pt_page failed");
2109         }
2110         PMAP_UNLOCK(kernel_pmap);
2111         vm_wire_add(nkpt);
2112
2113         /*
2114          * If the kernel is running on a virtual machine, then it must assume
2115          * that MCA is enabled by the hypervisor.  Moreover, the kernel must
2116          * be prepared for the hypervisor changing the vendor and family that
2117          * are reported by CPUID.  Consequently, the workaround for AMD Family
2118          * 10h Erratum 383 is enabled if the processor's feature set does not
2119          * include at least one feature that is only supported by older Intel
2120          * or newer AMD processors.
2121          */
2122         if (vm_guest != VM_GUEST_NO && (cpu_feature & CPUID_SS) == 0 &&
2123             (cpu_feature2 & (CPUID2_SSSE3 | CPUID2_SSE41 | CPUID2_AESNI |
2124             CPUID2_AVX | CPUID2_XSAVE)) == 0 && (amd_feature2 & (AMDID2_XOP |
2125             AMDID2_FMA4)) == 0)
2126                 workaround_erratum383 = 1;
2127
2128         /*
2129          * Are large page mappings enabled?
2130          */
2131         TUNABLE_INT_FETCH("vm.pmap.pg_ps_enabled", &pg_ps_enabled);
2132         if (pg_ps_enabled) {
2133                 KASSERT(MAXPAGESIZES > 1 && pagesizes[1] == 0,
2134                     ("pmap_init: can't assign to pagesizes[1]"));
2135                 pagesizes[1] = NBPDR;
2136         }
2137
2138         /*
2139          * Initialize pv chunk lists.
2140          */
2141         for (i = 0; i < PMAP_MEMDOM; i++) {
2142                 mtx_init(&pv_chunks[i].pvc_lock, "pmap pv chunk list", NULL, MTX_DEF);
2143                 TAILQ_INIT(&pv_chunks[i].pvc_list);
2144         }
2145         pmap_init_pv_table();
2146
2147         pmap_initialized = 1;
2148         for (i = 0; i < PMAP_PREINIT_MAPPING_COUNT; i++) {
2149                 ppim = pmap_preinit_mapping + i;
2150                 if (ppim->va == 0)
2151                         continue;
2152                 /* Make the direct map consistent */
2153                 if (ppim->pa < dmaplimit && ppim->pa + ppim->sz <= dmaplimit) {
2154                         (void)pmap_change_attr(PHYS_TO_DMAP(ppim->pa),
2155                             ppim->sz, ppim->mode);
2156                 }
2157                 if (!bootverbose)
2158                         continue;
2159                 printf("PPIM %u: PA=%#lx, VA=%#lx, size=%#lx, mode=%#x\n", i,
2160                     ppim->pa, ppim->va, ppim->sz, ppim->mode);
2161         }
2162
2163         mtx_init(&qframe_mtx, "qfrmlk", NULL, MTX_SPIN);
2164         error = vmem_alloc(kernel_arena, PAGE_SIZE, M_BESTFIT | M_WAITOK,
2165             (vmem_addr_t *)&qframe);
2166         if (error != 0)
2167                 panic("qframe allocation failed");
2168
2169         lm_ents = 8;
2170         TUNABLE_INT_FETCH("vm.pmap.large_map_pml4_entries", &lm_ents);
2171         if (lm_ents > LMEPML4I - LMSPML4I + 1)
2172                 lm_ents = LMEPML4I - LMSPML4I + 1;
2173         if (bootverbose)
2174                 printf("pmap: large map %u PML4 slots (%lu GB)\n",
2175                     lm_ents, (u_long)lm_ents * (NBPML4 / 1024 / 1024 / 1024));
2176         if (lm_ents != 0) {
2177                 large_vmem = vmem_create("large", LARGEMAP_MIN_ADDRESS,
2178                     (vmem_size_t)lm_ents * NBPML4, PAGE_SIZE, 0, M_WAITOK);
2179                 if (large_vmem == NULL) {
2180                         printf("pmap: cannot create large map\n");
2181                         lm_ents = 0;
2182                 }
2183                 for (i = 0; i < lm_ents; i++) {
2184                         m = pmap_large_map_getptp_unlocked();
2185                         kernel_pmap->pm_pml4[LMSPML4I + i] = X86_PG_V |
2186                             X86_PG_RW | X86_PG_A | X86_PG_M | pg_nx |
2187                             VM_PAGE_TO_PHYS(m);
2188                 }
2189         }
2190 }
2191
2192 SYSCTL_UINT(_vm_pmap, OID_AUTO, large_map_pml4_entries,
2193     CTLFLAG_RDTUN | CTLFLAG_NOFETCH, &lm_ents, 0,
2194     "Maximum number of PML4 entries for use by large map (tunable).  "
2195     "Each entry corresponds to 512GB of address space.");
2196
2197 static SYSCTL_NODE(_vm_pmap, OID_AUTO, pde, CTLFLAG_RD, 0,
2198     "2MB page mapping counters");
2199
2200 static u_long pmap_pde_demotions;
2201 SYSCTL_ULONG(_vm_pmap_pde, OID_AUTO, demotions, CTLFLAG_RD,
2202     &pmap_pde_demotions, 0, "2MB page demotions");
2203
2204 static u_long pmap_pde_mappings;
2205 SYSCTL_ULONG(_vm_pmap_pde, OID_AUTO, mappings, CTLFLAG_RD,
2206     &pmap_pde_mappings, 0, "2MB page mappings");
2207
2208 static u_long pmap_pde_p_failures;
2209 SYSCTL_ULONG(_vm_pmap_pde, OID_AUTO, p_failures, CTLFLAG_RD,
2210     &pmap_pde_p_failures, 0, "2MB page promotion failures");
2211
2212 static u_long pmap_pde_promotions;
2213 SYSCTL_ULONG(_vm_pmap_pde, OID_AUTO, promotions, CTLFLAG_RD,
2214     &pmap_pde_promotions, 0, "2MB page promotions");
2215
2216 static SYSCTL_NODE(_vm_pmap, OID_AUTO, pdpe, CTLFLAG_RD, 0,
2217     "1GB page mapping counters");
2218
2219 static u_long pmap_pdpe_demotions;
2220 SYSCTL_ULONG(_vm_pmap_pdpe, OID_AUTO, demotions, CTLFLAG_RD,
2221     &pmap_pdpe_demotions, 0, "1GB page demotions");
2222
2223 /***************************************************
2224  * Low level helper routines.....
2225  ***************************************************/
2226
2227 static pt_entry_t
2228 pmap_swap_pat(pmap_t pmap, pt_entry_t entry)
2229 {
2230         int x86_pat_bits = X86_PG_PTE_PAT | X86_PG_PDE_PAT;
2231
2232         switch (pmap->pm_type) {
2233         case PT_X86:
2234         case PT_RVI:
2235                 /* Verify that both PAT bits are not set at the same time */
2236                 KASSERT((entry & x86_pat_bits) != x86_pat_bits,
2237                     ("Invalid PAT bits in entry %#lx", entry));
2238
2239                 /* Swap the PAT bits if one of them is set */
2240                 if ((entry & x86_pat_bits) != 0)
2241                         entry ^= x86_pat_bits;
2242                 break;
2243         case PT_EPT:
2244                 /*
2245                  * Nothing to do - the memory attributes are represented
2246                  * the same way for regular pages and superpages.
2247                  */
2248                 break;
2249         default:
2250                 panic("pmap_switch_pat_bits: bad pm_type %d", pmap->pm_type);
2251         }
2252
2253         return (entry);
2254 }
2255
2256 boolean_t
2257 pmap_is_valid_memattr(pmap_t pmap __unused, vm_memattr_t mode)
2258 {
2259
2260         return (mode >= 0 && mode < PAT_INDEX_SIZE &&
2261             pat_index[(int)mode] >= 0);
2262 }
2263
2264 /*
2265  * Determine the appropriate bits to set in a PTE or PDE for a specified
2266  * caching mode.
2267  */
2268 int
2269 pmap_cache_bits(pmap_t pmap, int mode, boolean_t is_pde)
2270 {
2271         int cache_bits, pat_flag, pat_idx;
2272
2273         if (!pmap_is_valid_memattr(pmap, mode))
2274                 panic("Unknown caching mode %d\n", mode);
2275
2276         switch (pmap->pm_type) {
2277         case PT_X86:
2278         case PT_RVI:
2279                 /* The PAT bit is different for PTE's and PDE's. */
2280                 pat_flag = is_pde ? X86_PG_PDE_PAT : X86_PG_PTE_PAT;
2281
2282                 /* Map the caching mode to a PAT index. */
2283                 pat_idx = pat_index[mode];
2284
2285                 /* Map the 3-bit index value into the PAT, PCD, and PWT bits. */
2286                 cache_bits = 0;
2287                 if (pat_idx & 0x4)
2288                         cache_bits |= pat_flag;
2289                 if (pat_idx & 0x2)
2290                         cache_bits |= PG_NC_PCD;
2291                 if (pat_idx & 0x1)
2292                         cache_bits |= PG_NC_PWT;
2293                 break;
2294
2295         case PT_EPT:
2296                 cache_bits = EPT_PG_IGNORE_PAT | EPT_PG_MEMORY_TYPE(mode);
2297                 break;
2298
2299         default:
2300                 panic("unsupported pmap type %d", pmap->pm_type);
2301         }
2302
2303         return (cache_bits);
2304 }
2305
2306 static int
2307 pmap_cache_mask(pmap_t pmap, boolean_t is_pde)
2308 {
2309         int mask;
2310
2311         switch (pmap->pm_type) {
2312         case PT_X86:
2313         case PT_RVI:
2314                 mask = is_pde ? X86_PG_PDE_CACHE : X86_PG_PTE_CACHE;
2315                 break;
2316         case PT_EPT:
2317                 mask = EPT_PG_IGNORE_PAT | EPT_PG_MEMORY_TYPE(0x7);
2318                 break;
2319         default:
2320                 panic("pmap_cache_mask: invalid pm_type %d", pmap->pm_type);
2321         }
2322
2323         return (mask);
2324 }
2325
2326 static int
2327 pmap_pat_index(pmap_t pmap, pt_entry_t pte, bool is_pde)
2328 {
2329         int pat_flag, pat_idx;
2330
2331         pat_idx = 0;
2332         switch (pmap->pm_type) {
2333         case PT_X86:
2334         case PT_RVI:
2335                 /* The PAT bit is different for PTE's and PDE's. */
2336                 pat_flag = is_pde ? X86_PG_PDE_PAT : X86_PG_PTE_PAT;
2337
2338                 if ((pte & pat_flag) != 0)
2339                         pat_idx |= 0x4;
2340                 if ((pte & PG_NC_PCD) != 0)
2341                         pat_idx |= 0x2;
2342                 if ((pte & PG_NC_PWT) != 0)
2343                         pat_idx |= 0x1;
2344                 break;
2345         case PT_EPT:
2346                 if ((pte & EPT_PG_IGNORE_PAT) != 0)
2347                         panic("EPT PTE %#lx has no PAT memory type", pte);
2348                 pat_idx = (pte & EPT_PG_MEMORY_TYPE(0x7)) >> 3;
2349                 break;
2350         }
2351
2352         /* See pmap_init_pat(). */
2353         if (pat_idx == 4)
2354                 pat_idx = 0;
2355         if (pat_idx == 7)
2356                 pat_idx = 3;
2357
2358         return (pat_idx);
2359 }
2360
2361 bool
2362 pmap_ps_enabled(pmap_t pmap)
2363 {
2364
2365         return (pg_ps_enabled && (pmap->pm_flags & PMAP_PDE_SUPERPAGE) != 0);
2366 }
2367
2368 static void
2369 pmap_update_pde_store(pmap_t pmap, pd_entry_t *pde, pd_entry_t newpde)
2370 {
2371
2372         switch (pmap->pm_type) {
2373         case PT_X86:
2374                 break;
2375         case PT_RVI:
2376         case PT_EPT:
2377                 /*
2378                  * XXX
2379                  * This is a little bogus since the generation number is
2380                  * supposed to be bumped up when a region of the address
2381                  * space is invalidated in the page tables.
2382                  *
2383                  * In this case the old PDE entry is valid but yet we want
2384                  * to make sure that any mappings using the old entry are
2385                  * invalidated in the TLB.
2386                  *
2387                  * The reason this works as expected is because we rendezvous
2388                  * "all" host cpus and force any vcpu context to exit as a
2389                  * side-effect.
2390                  */
2391                 atomic_add_acq_long(&pmap->pm_eptgen, 1);
2392                 break;
2393         default:
2394                 panic("pmap_update_pde_store: bad pm_type %d", pmap->pm_type);
2395         }
2396         pde_store(pde, newpde);
2397 }
2398
2399 /*
2400  * After changing the page size for the specified virtual address in the page
2401  * table, flush the corresponding entries from the processor's TLB.  Only the
2402  * calling processor's TLB is affected.
2403  *
2404  * The calling thread must be pinned to a processor.
2405  */
2406 static void
2407 pmap_update_pde_invalidate(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t newpde)
2408 {
2409         pt_entry_t PG_G;
2410
2411         if (pmap_type_guest(pmap))
2412                 return;
2413
2414         KASSERT(pmap->pm_type == PT_X86,
2415             ("pmap_update_pde_invalidate: invalid type %d", pmap->pm_type));
2416
2417         PG_G = pmap_global_bit(pmap);
2418
2419         if ((newpde & PG_PS) == 0)
2420                 /* Demotion: flush a specific 2MB page mapping. */
2421                 invlpg(va);
2422         else if ((newpde & PG_G) == 0)
2423                 /*
2424                  * Promotion: flush every 4KB page mapping from the TLB
2425                  * because there are too many to flush individually.
2426                  */
2427                 invltlb();
2428         else {
2429                 /*
2430                  * Promotion: flush every 4KB page mapping from the TLB,
2431                  * including any global (PG_G) mappings.
2432                  */
2433                 invltlb_glob();
2434         }
2435 }
2436 #ifdef SMP
2437
2438 /*
2439  * For SMP, these functions have to use the IPI mechanism for coherence.
2440  *
2441  * N.B.: Before calling any of the following TLB invalidation functions,
2442  * the calling processor must ensure that all stores updating a non-
2443  * kernel page table are globally performed.  Otherwise, another
2444  * processor could cache an old, pre-update entry without being
2445  * invalidated.  This can happen one of two ways: (1) The pmap becomes
2446  * active on another processor after its pm_active field is checked by
2447  * one of the following functions but before a store updating the page
2448  * table is globally performed. (2) The pmap becomes active on another
2449  * processor before its pm_active field is checked but due to
2450  * speculative loads one of the following functions stills reads the
2451  * pmap as inactive on the other processor.
2452  * 
2453  * The kernel page table is exempt because its pm_active field is
2454  * immutable.  The kernel page table is always active on every
2455  * processor.
2456  */
2457
2458 /*
2459  * Interrupt the cpus that are executing in the guest context.
2460  * This will force the vcpu to exit and the cached EPT mappings
2461  * will be invalidated by the host before the next vmresume.
2462  */
2463 static __inline void
2464 pmap_invalidate_ept(pmap_t pmap)
2465 {
2466         int ipinum;
2467
2468         sched_pin();
2469         KASSERT(!CPU_ISSET(curcpu, &pmap->pm_active),
2470             ("pmap_invalidate_ept: absurd pm_active"));
2471
2472         /*
2473          * The TLB mappings associated with a vcpu context are not
2474          * flushed each time a different vcpu is chosen to execute.
2475          *
2476          * This is in contrast with a process's vtop mappings that
2477          * are flushed from the TLB on each context switch.
2478          *
2479          * Therefore we need to do more than just a TLB shootdown on
2480          * the active cpus in 'pmap->pm_active'. To do this we keep
2481          * track of the number of invalidations performed on this pmap.
2482          *
2483          * Each vcpu keeps a cache of this counter and compares it
2484          * just before a vmresume. If the counter is out-of-date an
2485          * invept will be done to flush stale mappings from the TLB.
2486          */
2487         atomic_add_acq_long(&pmap->pm_eptgen, 1);
2488
2489         /*
2490          * Force the vcpu to exit and trap back into the hypervisor.
2491          */
2492         ipinum = pmap->pm_flags & PMAP_NESTED_IPIMASK;
2493         ipi_selected(pmap->pm_active, ipinum);
2494         sched_unpin();
2495 }
2496
2497 static cpuset_t
2498 pmap_invalidate_cpu_mask(pmap_t pmap)
2499 {
2500
2501         return (pmap == kernel_pmap ? all_cpus : pmap->pm_active);
2502 }
2503
2504 static inline void
2505 pmap_invalidate_page_pcid(pmap_t pmap, vm_offset_t va,
2506     const bool invpcid_works1)
2507 {
2508         struct invpcid_descr d;
2509         uint64_t kcr3, ucr3;
2510         uint32_t pcid;
2511         u_int cpuid, i;
2512
2513         cpuid = PCPU_GET(cpuid);
2514         if (pmap == PCPU_GET(curpmap)) {
2515                 if (pmap->pm_ucr3 != PMAP_NO_CR3) {
2516                         /*
2517                          * Because pm_pcid is recalculated on a
2518                          * context switch, we must disable switching.
2519                          * Otherwise, we might use a stale value
2520                          * below.
2521                          */
2522                         critical_enter();
2523                         pcid = pmap->pm_pcids[cpuid].pm_pcid;
2524                         if (invpcid_works1) {
2525                                 d.pcid = pcid | PMAP_PCID_USER_PT;
2526                                 d.pad = 0;
2527                                 d.addr = va;
2528                                 invpcid(&d, INVPCID_ADDR);
2529                         } else {
2530                                 kcr3 = pmap->pm_cr3 | pcid | CR3_PCID_SAVE;
2531                                 ucr3 = pmap->pm_ucr3 | pcid |
2532                                     PMAP_PCID_USER_PT | CR3_PCID_SAVE;
2533                                 pmap_pti_pcid_invlpg(ucr3, kcr3, va);
2534                         }
2535                         critical_exit();
2536                 }
2537         } else
2538                 pmap->pm_pcids[cpuid].pm_gen = 0;
2539
2540         CPU_FOREACH(i) {
2541                 if (cpuid != i)
2542                         pmap->pm_pcids[i].pm_gen = 0;
2543         }
2544
2545         /*
2546          * The fence is between stores to pm_gen and the read of the
2547          * pm_active mask.  We need to ensure that it is impossible
2548          * for us to miss the bit update in pm_active and
2549          * simultaneously observe a non-zero pm_gen in
2550          * pmap_activate_sw(), otherwise TLB update is missed.
2551          * Without the fence, IA32 allows such an outcome.  Note that
2552          * pm_active is updated by a locked operation, which provides
2553          * the reciprocal fence.
2554          */
2555         atomic_thread_fence_seq_cst();
2556 }
2557
2558 static void
2559 pmap_invalidate_page_pcid_invpcid(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
2560 {
2561
2562         pmap_invalidate_page_pcid(pmap, va, true);
2563 }
2564
2565 static void
2566 pmap_invalidate_page_pcid_noinvpcid(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
2567 {
2568
2569         pmap_invalidate_page_pcid(pmap, va, false);
2570 }
2571
2572 static void
2573 pmap_invalidate_page_nopcid(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
2574 {
2575 }
2576
2577 DEFINE_IFUNC(static, void, pmap_invalidate_page_mode, (pmap_t, vm_offset_t))
2578 {
2579
2580         if (pmap_pcid_enabled)
2581                 return (invpcid_works ? pmap_invalidate_page_pcid_invpcid :
2582                     pmap_invalidate_page_pcid_noinvpcid);
2583         return (pmap_invalidate_page_nopcid);
2584 }
2585
2586 void
2587 pmap_invalidate_page(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
2588 {
2589
2590         if (pmap_type_guest(pmap)) {
2591                 pmap_invalidate_ept(pmap);
2592                 return;
2593         }
2594
2595         KASSERT(pmap->pm_type == PT_X86,
2596             ("pmap_invalidate_page: invalid type %d", pmap->pm_type));
2597
2598         sched_pin();
2599         if (pmap == kernel_pmap) {
2600                 invlpg(va);
2601         } else {
2602                 if (pmap == PCPU_GET(curpmap))
2603                         invlpg(va);
2604                 pmap_invalidate_page_mode(pmap, va);
2605         }
2606         smp_masked_invlpg(pmap_invalidate_cpu_mask(pmap), va, pmap);
2607         sched_unpin();
2608 }
2609
2610 /* 4k PTEs -- Chosen to exceed the total size of Broadwell L2 TLB */
2611 #define PMAP_INVLPG_THRESHOLD   (4 * 1024 * PAGE_SIZE)
2612
2613 static void
2614 pmap_invalidate_range_pcid(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva,
2615     const bool invpcid_works1)
2616 {
2617         struct invpcid_descr d;
2618         uint64_t kcr3, ucr3;
2619         uint32_t pcid;
2620         u_int cpuid, i;
2621
2622         cpuid = PCPU_GET(cpuid);
2623         if (pmap == PCPU_GET(curpmap)) {
2624                 if (pmap->pm_ucr3 != PMAP_NO_CR3) {
2625                         critical_enter();
2626                         pcid = pmap->pm_pcids[cpuid].pm_pcid;
2627                         if (invpcid_works1) {
2628                                 d.pcid = pcid | PMAP_PCID_USER_PT;
2629                                 d.pad = 0;
2630                                 d.addr = sva;
2631                                 for (; d.addr < eva; d.addr += PAGE_SIZE)
2632                                         invpcid(&d, INVPCID_ADDR);
2633                         } else {
2634                                 kcr3 = pmap->pm_cr3 | pcid | CR3_PCID_SAVE;
2635                                 ucr3 = pmap->pm_ucr3 | pcid |
2636                                     PMAP_PCID_USER_PT | CR3_PCID_SAVE;
2637                                 pmap_pti_pcid_invlrng(ucr3, kcr3, sva, eva);
2638                         }
2639                         critical_exit();
2640                 }
2641         } else
2642                 pmap->pm_pcids[cpuid].pm_gen = 0;
2643
2644         CPU_FOREACH(i) {
2645                 if (cpuid != i)
2646                         pmap->pm_pcids[i].pm_gen = 0;
2647         }
2648         /* See the comment in pmap_invalidate_page_pcid(). */
2649         atomic_thread_fence_seq_cst();
2650 }
2651
2652 static void
2653 pmap_invalidate_range_pcid_invpcid(pmap_t pmap, vm_offset_t sva,
2654     vm_offset_t eva)
2655 {
2656
2657         pmap_invalidate_range_pcid(pmap, sva, eva, true);
2658 }
2659
2660 static void
2661 pmap_invalidate_range_pcid_noinvpcid(pmap_t pmap, vm_offset_t sva,
2662     vm_offset_t eva)
2663 {
2664
2665         pmap_invalidate_range_pcid(pmap, sva, eva, false);
2666 }
2667
2668 static void
2669 pmap_invalidate_range_nopcid(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
2670 {
2671 }
2672
2673 DEFINE_IFUNC(static, void, pmap_invalidate_range_mode, (pmap_t, vm_offset_t,
2674     vm_offset_t))
2675 {
2676
2677         if (pmap_pcid_enabled)
2678                 return (invpcid_works ? pmap_invalidate_range_pcid_invpcid :
2679                     pmap_invalidate_range_pcid_noinvpcid);
2680         return (pmap_invalidate_range_nopcid);
2681 }
2682
2683 void
2684 pmap_invalidate_range(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
2685 {
2686         vm_offset_t addr;
2687
2688         if (eva - sva >= PMAP_INVLPG_THRESHOLD) {
2689                 pmap_invalidate_all(pmap);
2690                 return;
2691         }
2692
2693         if (pmap_type_guest(pmap)) {
2694                 pmap_invalidate_ept(pmap);
2695                 return;
2696         }
2697
2698         KASSERT(pmap->pm_type == PT_X86,
2699             ("pmap_invalidate_range: invalid type %d", pmap->pm_type));
2700
2701         sched_pin();
2702         if (pmap == kernel_pmap) {
2703                 for (addr = sva; addr < eva; addr += PAGE_SIZE)
2704                         invlpg(addr);
2705         } else {
2706                 if (pmap == PCPU_GET(curpmap)) {
2707                         for (addr = sva; addr < eva; addr += PAGE_SIZE)
2708                                 invlpg(addr);
2709                 }
2710                 pmap_invalidate_range_mode(pmap, sva, eva);
2711         }
2712         smp_masked_invlpg_range(pmap_invalidate_cpu_mask(pmap), sva, eva, pmap);
2713         sched_unpin();
2714 }
2715
2716 static inline void
2717 pmap_invalidate_all_pcid(pmap_t pmap, bool invpcid_works1)
2718 {
2719         struct invpcid_descr d;
2720         uint64_t kcr3, ucr3;
2721         uint32_t pcid;
2722         u_int cpuid, i;
2723
2724         if (pmap == kernel_pmap) {
2725                 if (invpcid_works1) {
2726                         bzero(&d, sizeof(d));
2727                         invpcid(&d, INVPCID_CTXGLOB);
2728                 } else {
2729                         invltlb_glob();
2730                 }
2731         } else {
2732                 cpuid = PCPU_GET(cpuid);
2733                 if (pmap == PCPU_GET(curpmap)) {
2734                         critical_enter();
2735                         pcid = pmap->pm_pcids[cpuid].pm_pcid;
2736                         if (invpcid_works1) {
2737                                 d.pcid = pcid;
2738                                 d.pad = 0;
2739                                 d.addr = 0;
2740                                 invpcid(&d, INVPCID_CTX);
2741                                 if (pmap->pm_ucr3 != PMAP_NO_CR3) {
2742                                         d.pcid |= PMAP_PCID_USER_PT;
2743                                         invpcid(&d, INVPCID_CTX);
2744                                 }
2745                         } else {
2746                                 kcr3 = pmap->pm_cr3 | pcid;
2747                                 ucr3 = pmap->pm_ucr3;
2748                                 if (ucr3 != PMAP_NO_CR3) {
2749                                         ucr3 |= pcid | PMAP_PCID_USER_PT;
2750                                         pmap_pti_pcid_invalidate(ucr3, kcr3);
2751                                 } else {
2752                                         load_cr3(kcr3);
2753                                 }
2754                         }
2755                         critical_exit();
2756                 } else
2757                         pmap->pm_pcids[cpuid].pm_gen = 0;
2758                 CPU_FOREACH(i) {
2759                         if (cpuid != i)
2760                                 pmap->pm_pcids[i].pm_gen = 0;
2761                 }
2762         }
2763         /* See the comment in pmap_invalidate_page_pcid(). */
2764         atomic_thread_fence_seq_cst();
2765 }
2766
2767 static void
2768 pmap_invalidate_all_pcid_invpcid(pmap_t pmap)
2769 {
2770
2771         pmap_invalidate_all_pcid(pmap, true);
2772 }
2773
2774 static void
2775 pmap_invalidate_all_pcid_noinvpcid(pmap_t pmap)
2776 {
2777
2778         pmap_invalidate_all_pcid(pmap, false);
2779 }
2780
2781 static void
2782 pmap_invalidate_all_nopcid(pmap_t pmap)
2783 {
2784
2785         if (pmap == kernel_pmap)
2786                 invltlb_glob();
2787         else if (pmap == PCPU_GET(curpmap))
2788                 invltlb();
2789 }
2790
2791 DEFINE_IFUNC(static, void, pmap_invalidate_all_mode, (pmap_t))
2792 {
2793
2794         if (pmap_pcid_enabled)
2795                 return (invpcid_works ? pmap_invalidate_all_pcid_invpcid :
2796                     pmap_invalidate_all_pcid_noinvpcid);
2797         return (pmap_invalidate_all_nopcid);
2798 }
2799
2800 void
2801 pmap_invalidate_all(pmap_t pmap)
2802 {
2803
2804         if (pmap_type_guest(pmap)) {
2805                 pmap_invalidate_ept(pmap);
2806                 return;
2807         }
2808
2809         KASSERT(pmap->pm_type == PT_X86,
2810             ("pmap_invalidate_all: invalid type %d", pmap->pm_type));
2811
2812         sched_pin();
2813         pmap_invalidate_all_mode(pmap);
2814         smp_masked_invltlb(pmap_invalidate_cpu_mask(pmap), pmap);
2815         sched_unpin();
2816 }
2817
2818 void
2819 pmap_invalidate_cache(void)
2820 {
2821
2822         sched_pin();
2823         wbinvd();
2824         smp_cache_flush();
2825         sched_unpin();
2826 }
2827
2828 struct pde_action {
2829         cpuset_t invalidate;    /* processors that invalidate their TLB */
2830         pmap_t pmap;
2831         vm_offset_t va;
2832         pd_entry_t *pde;
2833         pd_entry_t newpde;
2834         u_int store;            /* processor that updates the PDE */
2835 };
2836
2837 static void
2838 pmap_update_pde_action(void *arg)
2839 {
2840         struct pde_action *act = arg;
2841
2842         if (act->store == PCPU_GET(cpuid))
2843                 pmap_update_pde_store(act->pmap, act->pde, act->newpde);
2844 }
2845
2846 static void
2847 pmap_update_pde_teardown(void *arg)
2848 {
2849         struct pde_action *act = arg;
2850
2851         if (CPU_ISSET(PCPU_GET(cpuid), &act->invalidate))
2852                 pmap_update_pde_invalidate(act->pmap, act->va, act->newpde);
2853 }
2854
2855 /*
2856  * Change the page size for the specified virtual address in a way that
2857  * prevents any possibility of the TLB ever having two entries that map the
2858  * same virtual address using different page sizes.  This is the recommended
2859  * workaround for Erratum 383 on AMD Family 10h processors.  It prevents a
2860  * machine check exception for a TLB state that is improperly diagnosed as a
2861  * hardware error.
2862  */
2863 static void
2864 pmap_update_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t *pde, pd_entry_t newpde)
2865 {
2866         struct pde_action act;
2867         cpuset_t active, other_cpus;
2868         u_int cpuid;
2869
2870         sched_pin();
2871         cpuid = PCPU_GET(cpuid);
2872         other_cpus = all_cpus;
2873         CPU_CLR(cpuid, &other_cpus);
2874         if (pmap == kernel_pmap || pmap_type_guest(pmap)) 
2875                 active = all_cpus;
2876         else {
2877                 active = pmap->pm_active;
2878         }
2879         if (CPU_OVERLAP(&active, &other_cpus)) { 
2880                 act.store = cpuid;
2881                 act.invalidate = active;
2882                 act.va = va;
2883                 act.pmap = pmap;
2884                 act.pde = pde;
2885                 act.newpde = newpde;
2886                 CPU_SET(cpuid, &active);
2887                 smp_rendezvous_cpus(active,
2888                     smp_no_rendezvous_barrier, pmap_update_pde_action,
2889                     pmap_update_pde_teardown, &act);
2890         } else {
2891                 pmap_update_pde_store(pmap, pde, newpde);
2892                 if (CPU_ISSET(cpuid, &active))
2893                         pmap_update_pde_invalidate(pmap, va, newpde);
2894         }
2895         sched_unpin();
2896 }
2897 #else /* !SMP */
2898 /*
2899  * Normal, non-SMP, invalidation functions.
2900  */
2901 void
2902 pmap_invalidate_page(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
2903 {
2904         struct invpcid_descr d;
2905         uint64_t kcr3, ucr3;
2906         uint32_t pcid;
2907
2908         if (pmap->pm_type == PT_RVI || pmap->pm_type == PT_EPT) {
2909                 pmap->pm_eptgen++;
2910                 return;
2911         }
2912         KASSERT(pmap->pm_type == PT_X86,
2913             ("pmap_invalidate_range: unknown type %d", pmap->pm_type));
2914
2915         if (pmap == kernel_pmap || pmap == PCPU_GET(curpmap)) {
2916                 invlpg(va);
2917                 if (pmap == PCPU_GET(curpmap) && pmap_pcid_enabled &&
2918                     pmap->pm_ucr3 != PMAP_NO_CR3) {
2919                         critical_enter();
2920                         pcid = pmap->pm_pcids[0].pm_pcid;
2921                         if (invpcid_works) {
2922                                 d.pcid = pcid | PMAP_PCID_USER_PT;
2923                                 d.pad = 0;
2924                                 d.addr = va;
2925                                 invpcid(&d, INVPCID_ADDR);
2926                         } else {
2927                                 kcr3 = pmap->pm_cr3 | pcid | CR3_PCID_SAVE;
2928                                 ucr3 = pmap->pm_ucr3 | pcid |
2929                                     PMAP_PCID_USER_PT | CR3_PCID_SAVE;
2930                                 pmap_pti_pcid_invlpg(ucr3, kcr3, va);
2931                         }
2932                         critical_exit();
2933                 }
2934         } else if (pmap_pcid_enabled)
2935                 pmap->pm_pcids[0].pm_gen = 0;
2936 }
2937
2938 void
2939 pmap_invalidate_range(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
2940 {
2941         struct invpcid_descr d;
2942         vm_offset_t addr;
2943         uint64_t kcr3, ucr3;
2944
2945         if (pmap->pm_type == PT_RVI || pmap->pm_type == PT_EPT) {
2946                 pmap->pm_eptgen++;
2947                 return;
2948         }
2949         KASSERT(pmap->pm_type == PT_X86,
2950             ("pmap_invalidate_range: unknown type %d", pmap->pm_type));
2951
2952         if (pmap == kernel_pmap || pmap == PCPU_GET(curpmap)) {
2953                 for (addr = sva; addr < eva; addr += PAGE_SIZE)
2954                         invlpg(addr);
2955                 if (pmap == PCPU_GET(curpmap) && pmap_pcid_enabled &&
2956                     pmap->pm_ucr3 != PMAP_NO_CR3) {
2957                         critical_enter();
2958                         if (invpcid_works) {
2959                                 d.pcid = pmap->pm_pcids[0].pm_pcid |
2960                                     PMAP_PCID_USER_PT;
2961                                 d.pad = 0;
2962                                 d.addr = sva;
2963                                 for (; d.addr < eva; d.addr += PAGE_SIZE)
2964                                         invpcid(&d, INVPCID_ADDR);
2965                         } else {
2966                                 kcr3 = pmap->pm_cr3 | pmap->pm_pcids[0].
2967                                     pm_pcid | CR3_PCID_SAVE;
2968                                 ucr3 = pmap->pm_ucr3 | pmap->pm_pcids[0].
2969                                     pm_pcid | PMAP_PCID_USER_PT | CR3_PCID_SAVE;
2970                                 pmap_pti_pcid_invlrng(ucr3, kcr3, sva, eva);
2971                         }
2972                         critical_exit();
2973                 }
2974         } else if (pmap_pcid_enabled) {
2975                 pmap->pm_pcids[0].pm_gen = 0;
2976         }
2977 }
2978
2979 void
2980 pmap_invalidate_all(pmap_t pmap)
2981 {
2982         struct invpcid_descr d;
2983         uint64_t kcr3, ucr3;
2984
2985         if (pmap->pm_type == PT_RVI || pmap->pm_type == PT_EPT) {
2986                 pmap->pm_eptgen++;
2987                 return;
2988         }
2989         KASSERT(pmap->pm_type == PT_X86,
2990             ("pmap_invalidate_all: unknown type %d", pmap->pm_type));
2991
2992         if (pmap == kernel_pmap) {
2993                 if (pmap_pcid_enabled && invpcid_works) {
2994                         bzero(&d, sizeof(d));
2995                         invpcid(&d, INVPCID_CTXGLOB);
2996                 } else {
2997                         invltlb_glob();
2998                 }
2999         } else if (pmap == PCPU_GET(curpmap)) {
3000                 if (pmap_pcid_enabled) {
3001                         critical_enter();
3002                         if (invpcid_works) {
3003                                 d.pcid = pmap->pm_pcids[0].pm_pcid;
3004                                 d.pad = 0;
3005                                 d.addr = 0;
3006                                 invpcid(&d, INVPCID_CTX);
3007                                 if (pmap->pm_ucr3 != PMAP_NO_CR3) {
3008                                         d.pcid |= PMAP_PCID_USER_PT;
3009                                         invpcid(&d, INVPCID_CTX);
3010                                 }
3011                         } else {
3012                                 kcr3 = pmap->pm_cr3 | pmap->pm_pcids[0].pm_pcid;
3013                                 if (pmap->pm_ucr3 != PMAP_NO_CR3) {
3014                                         ucr3 = pmap->pm_ucr3 | pmap->pm_pcids[
3015                                             0].pm_pcid | PMAP_PCID_USER_PT;
3016                                         pmap_pti_pcid_invalidate(ucr3, kcr3);
3017                                 } else
3018                                         load_cr3(kcr3);
3019                         }
3020                         critical_exit();
3021                 } else {
3022                         invltlb();
3023                 }
3024         } else if (pmap_pcid_enabled) {
3025                 pmap->pm_pcids[0].pm_gen = 0;
3026         }
3027 }
3028
3029 PMAP_INLINE void
3030 pmap_invalidate_cache(void)
3031 {
3032
3033         wbinvd();
3034 }
3035
3036 static void
3037 pmap_update_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t *pde, pd_entry_t newpde)
3038 {
3039
3040         pmap_update_pde_store(pmap, pde, newpde);
3041         if (pmap == kernel_pmap || pmap == PCPU_GET(curpmap))
3042                 pmap_update_pde_invalidate(pmap, va, newpde);
3043         else
3044                 pmap->pm_pcids[0].pm_gen = 0;
3045 }
3046 #endif /* !SMP */
3047
3048 static void
3049 pmap_invalidate_pde_page(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t pde)
3050 {
3051
3052         /*
3053          * When the PDE has PG_PROMOTED set, the 2MB page mapping was created
3054          * by a promotion that did not invalidate the 512 4KB page mappings
3055          * that might exist in the TLB.  Consequently, at this point, the TLB
3056          * may hold both 4KB and 2MB page mappings for the address range [va,
3057          * va + NBPDR).  Therefore, the entire range must be invalidated here.
3058          * In contrast, when PG_PROMOTED is clear, the TLB will not hold any
3059          * 4KB page mappings for the address range [va, va + NBPDR), and so a
3060          * single INVLPG suffices to invalidate the 2MB page mapping from the
3061          * TLB.
3062          */
3063         if ((pde & PG_PROMOTED) != 0)
3064                 pmap_invalidate_range(pmap, va, va + NBPDR - 1);
3065         else
3066                 pmap_invalidate_page(pmap, va);
3067 }
3068
3069 DEFINE_IFUNC(, void, pmap_invalidate_cache_range,
3070     (vm_offset_t sva, vm_offset_t eva))
3071 {
3072
3073         if ((cpu_feature & CPUID_SS) != 0)
3074                 return (pmap_invalidate_cache_range_selfsnoop);
3075         if ((cpu_feature & CPUID_CLFSH) != 0)
3076                 return (pmap_force_invalidate_cache_range);
3077         return (pmap_invalidate_cache_range_all);
3078 }
3079
3080 #define PMAP_CLFLUSH_THRESHOLD   (2 * 1024 * 1024)
3081
3082 static void
3083 pmap_invalidate_cache_range_check_align(vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
3084 {
3085
3086         KASSERT((sva & PAGE_MASK) == 0,
3087             ("pmap_invalidate_cache_range: sva not page-aligned"));
3088         KASSERT((eva & PAGE_MASK) == 0,
3089             ("pmap_invalidate_cache_range: eva not page-aligned"));
3090 }
3091
3092 static void
3093 pmap_invalidate_cache_range_selfsnoop(vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
3094 {
3095
3096         pmap_invalidate_cache_range_check_align(sva, eva);
3097 }
3098
3099 void
3100 pmap_force_invalidate_cache_range(vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
3101 {
3102
3103         sva &= ~(vm_offset_t)(cpu_clflush_line_size - 1);
3104
3105         /*
3106          * XXX: Some CPUs fault, hang, or trash the local APIC
3107          * registers if we use CLFLUSH on the local APIC range.  The
3108          * local APIC is always uncached, so we don't need to flush
3109          * for that range anyway.
3110          */
3111         if (pmap_kextract(sva) == lapic_paddr)
3112                 return;
3113
3114         if ((cpu_stdext_feature & CPUID_STDEXT_CLFLUSHOPT) != 0) {
3115                 /*
3116                  * Do per-cache line flush.  Use a locked
3117                  * instruction to insure that previous stores are
3118                  * included in the write-back.  The processor
3119                  * propagates flush to other processors in the cache
3120                  * coherence domain.
3121                  */
3122                 atomic_thread_fence_seq_cst();
3123                 for (; sva < eva; sva += cpu_clflush_line_size)
3124                         clflushopt(sva);
3125                 atomic_thread_fence_seq_cst();
3126         } else {
3127                 /*
3128                  * Writes are ordered by CLFLUSH on Intel CPUs.
3129                  */
3130                 if (cpu_vendor_id != CPU_VENDOR_INTEL)
3131                         mfence();
3132                 for (; sva < eva; sva += cpu_clflush_line_size)
3133                         clflush(sva);
3134                 if (cpu_vendor_id != CPU_VENDOR_INTEL)
3135                         mfence();
3136         }
3137 }
3138
3139 static void
3140 pmap_invalidate_cache_range_all(vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
3141 {
3142
3143         pmap_invalidate_cache_range_check_align(sva, eva);
3144         pmap_invalidate_cache();
3145 }
3146
3147 /*
3148  * Remove the specified set of pages from the data and instruction caches.
3149  *
3150  * In contrast to pmap_invalidate_cache_range(), this function does not
3151  * rely on the CPU's self-snoop feature, because it is intended for use
3152  * when moving pages into a different cache domain.
3153  */
3154 void
3155 pmap_invalidate_cache_pages(vm_page_t *pages, int count)
3156 {
3157         vm_offset_t daddr, eva;
3158         int i;
3159         bool useclflushopt;
3160
3161         useclflushopt = (cpu_stdext_feature & CPUID_STDEXT_CLFLUSHOPT) != 0;
3162         if (count >= PMAP_CLFLUSH_THRESHOLD / PAGE_SIZE ||
3163             ((cpu_feature & CPUID_CLFSH) == 0 && !useclflushopt))
3164                 pmap_invalidate_cache();
3165         else {
3166                 if (useclflushopt)
3167                         atomic_thread_fence_seq_cst();
3168                 else if (cpu_vendor_id != CPU_VENDOR_INTEL)
3169                         mfence();
3170                 for (i = 0; i < count; i++) {
3171                         daddr = PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(pages[i]));
3172                         eva = daddr + PAGE_SIZE;
3173                         for (; daddr < eva; daddr += cpu_clflush_line_size) {
3174                                 if (useclflushopt)
3175                                         clflushopt(daddr);
3176                                 else
3177                                         clflush(daddr);
3178                         }
3179                 }
3180                 if (useclflushopt)
3181                         atomic_thread_fence_seq_cst();
3182                 else if (cpu_vendor_id != CPU_VENDOR_INTEL)
3183                         mfence();
3184         }
3185 }
3186
3187 void
3188 pmap_flush_cache_range(vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
3189 {
3190
3191         pmap_invalidate_cache_range_check_align(sva, eva);
3192
3193         if ((cpu_stdext_feature & CPUID_STDEXT_CLWB) == 0) {
3194                 pmap_force_invalidate_cache_range(sva, eva);
3195                 return;
3196         }
3197
3198         /* See comment in pmap_force_invalidate_cache_range(). */
3199         if (pmap_kextract(sva) == lapic_paddr)
3200                 return;
3201
3202         atomic_thread_fence_seq_cst();
3203         for (; sva < eva; sva += cpu_clflush_line_size)
3204                 clwb(sva);
3205         atomic_thread_fence_seq_cst();
3206 }
3207
3208 void
3209 pmap_flush_cache_phys_range(vm_paddr_t spa, vm_paddr_t epa, vm_memattr_t mattr)
3210 {
3211         pt_entry_t *pte;
3212         vm_offset_t vaddr;
3213         int error, pte_bits;
3214
3215         KASSERT((spa & PAGE_MASK) == 0,
3216             ("pmap_flush_cache_phys_range: spa not page-aligned"));
3217         KASSERT((epa & PAGE_MASK) == 0,
3218             ("pmap_flush_cache_phys_range: epa not page-aligned"));
3219
3220         if (spa < dmaplimit) {
3221                 pmap_flush_cache_range(PHYS_TO_DMAP(spa), PHYS_TO_DMAP(MIN(
3222                     dmaplimit, epa)));
3223                 if (dmaplimit >= epa)
3224                         return;
3225                 spa = dmaplimit;
3226         }
3227
3228         pte_bits = pmap_cache_bits(kernel_pmap, mattr, 0) | X86_PG_RW |
3229             X86_PG_V;
3230         error = vmem_alloc(kernel_arena, PAGE_SIZE, M_BESTFIT | M_WAITOK,
3231             &vaddr);
3232         KASSERT(error == 0, ("vmem_alloc failed: %d", error));
3233         pte = vtopte(vaddr);
3234         for (; spa < epa; spa += PAGE_SIZE) {
3235                 sched_pin();
3236                 pte_store(pte, spa | pte_bits);
3237                 invlpg(vaddr);
3238                 /* XXXKIB atomic inside flush_cache_range are excessive */
3239                 pmap_flush_cache_range(vaddr, vaddr + PAGE_SIZE);
3240                 sched_unpin();
3241         }
3242         vmem_free(kernel_arena, vaddr, PAGE_SIZE);
3243 }
3244
3245 /*
3246  *      Routine:        pmap_extract
3247  *      Function:
3248  *              Extract the physical page address associated
3249  *              with the given map/virtual_address pair.
3250  */
3251 vm_paddr_t 
3252 pmap_extract(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
3253 {
3254         pdp_entry_t *pdpe;
3255         pd_entry_t *pde;
3256         pt_entry_t *pte, PG_V;
3257         vm_paddr_t pa;
3258
3259         pa = 0;
3260         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
3261         PMAP_LOCK(pmap);
3262         pdpe = pmap_pdpe(pmap, va);
3263         if (pdpe != NULL && (*pdpe & PG_V) != 0) {
3264                 if ((*pdpe & PG_PS) != 0)
3265                         pa = (*pdpe & PG_PS_FRAME) | (va & PDPMASK);
3266                 else {
3267                         pde = pmap_pdpe_to_pde(pdpe, va);
3268                         if ((*pde & PG_V) != 0) {
3269                                 if ((*pde & PG_PS) != 0) {
3270                                         pa = (*pde & PG_PS_FRAME) |
3271                                             (va & PDRMASK);
3272                                 } else {
3273                                         pte = pmap_pde_to_pte(pde, va);
3274                                         pa = (*pte & PG_FRAME) |
3275                                             (va & PAGE_MASK);
3276                                 }
3277                         }
3278                 }
3279         }
3280         PMAP_UNLOCK(pmap);
3281         return (pa);
3282 }
3283
3284 /*
3285  *      Routine:        pmap_extract_and_hold
3286  *      Function:
3287  *              Atomically extract and hold the physical page
3288  *              with the given pmap and virtual address pair
3289  *              if that mapping permits the given protection.
3290  */
3291 vm_page_t
3292 pmap_extract_and_hold(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_prot_t prot)
3293 {
3294         pd_entry_t pde, *pdep;
3295         pt_entry_t pte, PG_RW, PG_V;
3296         vm_page_t m;
3297
3298         m = NULL;
3299         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
3300         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
3301
3302         PMAP_LOCK(pmap);
3303         pdep = pmap_pde(pmap, va);
3304         if (pdep != NULL && (pde = *pdep)) {
3305                 if (pde & PG_PS) {
3306                         if ((pde & PG_RW) != 0 || (prot & VM_PROT_WRITE) == 0)
3307                                 m = PHYS_TO_VM_PAGE((pde & PG_PS_FRAME) |
3308                                     (va & PDRMASK));
3309                 } else {
3310                         pte = *pmap_pde_to_pte(pdep, va);
3311                         if ((pte & PG_V) != 0 &&
3312                             ((pte & PG_RW) != 0 || (prot & VM_PROT_WRITE) == 0))
3313                                 m = PHYS_TO_VM_PAGE(pte & PG_FRAME);
3314                 }
3315                 if (m != NULL && !vm_page_wire_mapped(m))
3316                         m = NULL;
3317         }
3318         PMAP_UNLOCK(pmap);
3319         return (m);
3320 }
3321
3322 vm_paddr_t
3323 pmap_kextract(vm_offset_t va)
3324 {
3325         pd_entry_t pde;
3326         vm_paddr_t pa;
3327
3328         if (va >= DMAP_MIN_ADDRESS && va < DMAP_MAX_ADDRESS) {
3329                 pa = DMAP_TO_PHYS(va);
3330         } else if (PMAP_ADDRESS_IN_LARGEMAP(va)) {
3331                 pa = pmap_large_map_kextract(va);
3332         } else {
3333                 pde = *vtopde(va);
3334                 if (pde & PG_PS) {
3335                         pa = (pde & PG_PS_FRAME) | (va & PDRMASK);
3336                 } else {
3337                         /*
3338                          * Beware of a concurrent promotion that changes the
3339                          * PDE at this point!  For example, vtopte() must not
3340                          * be used to access the PTE because it would use the
3341                          * new PDE.  It is, however, safe to use the old PDE
3342                          * because the page table page is preserved by the
3343                          * promotion.
3344                          */
3345                         pa = *pmap_pde_to_pte(&pde, va);
3346                         pa = (pa & PG_FRAME) | (va & PAGE_MASK);
3347                 }
3348         }
3349         return (pa);
3350 }
3351
3352 /***************************************************
3353  * Low level mapping routines.....
3354  ***************************************************/
3355
3356 /*
3357  * Add a wired page to the kva.
3358  * Note: not SMP coherent.
3359  */
3360 PMAP_INLINE void 
3361 pmap_kenter(vm_offset_t va, vm_paddr_t pa)
3362 {
3363         pt_entry_t *pte;
3364
3365         pte = vtopte(va);
3366         pte_store(pte, pa | X86_PG_RW | X86_PG_V | pg_g | pg_nx);
3367 }
3368
3369 static __inline void
3370 pmap_kenter_attr(vm_offset_t va, vm_paddr_t pa, int mode)
3371 {
3372         pt_entry_t *pte;
3373         int cache_bits;
3374
3375         pte = vtopte(va);
3376         cache_bits = pmap_cache_bits(kernel_pmap, mode, 0);
3377         pte_store(pte, pa | X86_PG_RW | X86_PG_V | pg_g | pg_nx | cache_bits);
3378 }
3379
3380 /*
3381  * Remove a page from the kernel pagetables.
3382  * Note: not SMP coherent.
3383  */
3384 PMAP_INLINE void
3385 pmap_kremove(vm_offset_t va)
3386 {
3387         pt_entry_t *pte;
3388
3389         pte = vtopte(va);
3390         pte_clear(pte);
3391 }
3392
3393 /*
3394  *      Used to map a range of physical addresses into kernel
3395  *      virtual address space.
3396  *
3397  *      The value passed in '*virt' is a suggested virtual address for
3398  *      the mapping. Architectures which can support a direct-mapped
3399  *      physical to virtual region can return the appropriate address
3400  *      within that region, leaving '*virt' unchanged. Other
3401  *      architectures should map the pages starting at '*virt' and
3402  *      update '*virt' with the first usable address after the mapped
3403  *      region.
3404  */
3405 vm_offset_t
3406 pmap_map(vm_offset_t *virt, vm_paddr_t start, vm_paddr_t end, int prot)
3407 {
3408         return PHYS_TO_DMAP(start);
3409 }
3410
3411
3412 /*
3413  * Add a list of wired pages to the kva
3414  * this routine is only used for temporary
3415  * kernel mappings that do not need to have
3416  * page modification or references recorded.
3417  * Note that old mappings are simply written
3418  * over.  The page *must* be wired.
3419  * Note: SMP coherent.  Uses a ranged shootdown IPI.
3420  */
3421 void
3422 pmap_qenter(vm_offset_t sva, vm_page_t *ma, int count)
3423 {
3424         pt_entry_t *endpte, oldpte, pa, *pte;
3425         vm_page_t m;
3426         int cache_bits;
3427
3428         oldpte = 0;
3429         pte = vtopte(sva);
3430         endpte = pte + count;
3431         while (pte < endpte) {
3432                 m = *ma++;
3433                 cache_bits = pmap_cache_bits(kernel_pmap, m->md.pat_mode, 0);
3434                 pa = VM_PAGE_TO_PHYS(m) | cache_bits;
3435                 if ((*pte & (PG_FRAME | X86_PG_PTE_CACHE)) != pa) {
3436                         oldpte |= *pte;
3437                         pte_store(pte, pa | pg_g | pg_nx | X86_PG_RW | X86_PG_V);
3438                 }
3439                 pte++;
3440         }
3441         if (__predict_false((oldpte & X86_PG_V) != 0))
3442                 pmap_invalidate_range(kernel_pmap, sva, sva + count *
3443                     PAGE_SIZE);
3444 }
3445
3446 /*
3447  * This routine tears out page mappings from the
3448  * kernel -- it is meant only for temporary mappings.
3449  * Note: SMP coherent.  Uses a ranged shootdown IPI.
3450  */
3451 void
3452 pmap_qremove(vm_offset_t sva, int count)
3453 {
3454         vm_offset_t va;
3455
3456         va = sva;
3457         while (count-- > 0) {
3458                 KASSERT(va >= VM_MIN_KERNEL_ADDRESS, ("usermode va %lx", va));
3459                 pmap_kremove(va);
3460                 va += PAGE_SIZE;
3461         }
3462         pmap_invalidate_range(kernel_pmap, sva, va);
3463 }
3464
3465 /***************************************************
3466  * Page table page management routines.....
3467  ***************************************************/
3468 /*
3469  * Schedule the specified unused page table page to be freed.  Specifically,
3470  * add the page to the specified list of pages that will be released to the
3471  * physical memory manager after the TLB has been updated.
3472  */
3473 static __inline void
3474 pmap_add_delayed_free_list(vm_page_t m, struct spglist *free,
3475     boolean_t set_PG_ZERO)
3476 {
3477
3478         if (set_PG_ZERO)
3479                 m->flags |= PG_ZERO;
3480         else
3481                 m->flags &= ~PG_ZERO;
3482         SLIST_INSERT_HEAD(free, m, plinks.s.ss);
3483 }
3484         
3485 /*
3486  * Inserts the specified page table page into the specified pmap's collection
3487  * of idle page table pages.  Each of a pmap's page table pages is responsible
3488  * for mapping a distinct range of virtual addresses.  The pmap's collection is
3489  * ordered by this virtual address range.
3490  *
3491  * If "promoted" is false, then the page table page "mpte" must be zero filled.
3492  */
3493 static __inline int
3494 pmap_insert_pt_page(pmap_t pmap, vm_page_t mpte, bool promoted)
3495 {
3496
3497         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
3498         mpte->valid = promoted ? VM_PAGE_BITS_ALL : 0;
3499         return (vm_radix_insert(&pmap->pm_root, mpte));
3500 }
3501
3502 /*
3503  * Removes the page table page mapping the specified virtual address from the
3504  * specified pmap's collection of idle page table pages, and returns it.
3505  * Otherwise, returns NULL if there is no page table page corresponding to the
3506  * specified virtual address.
3507  */
3508 static __inline vm_page_t
3509 pmap_remove_pt_page(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
3510 {
3511
3512         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
3513         return (vm_radix_remove(&pmap->pm_root, pmap_pde_pindex(va)));
3514 }
3515
3516 /*
3517  * Decrements a page table page's reference count, which is used to record the
3518  * number of valid page table entries within the page.  If the reference count
3519  * drops to zero, then the page table page is unmapped.  Returns TRUE if the
3520  * page table page was unmapped and FALSE otherwise.
3521  */
3522 static inline boolean_t
3523 pmap_unwire_ptp(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m, struct spglist *free)
3524 {
3525
3526         --m->ref_count;
3527         if (m->ref_count == 0) {
3528                 _pmap_unwire_ptp(pmap, va, m, free);
3529                 return (TRUE);
3530         } else
3531                 return (FALSE);
3532 }
3533
3534 static void
3535 _pmap_unwire_ptp(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m, struct spglist *free)
3536 {
3537
3538         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
3539         /*
3540          * unmap the page table page
3541          */
3542         if (m->pindex >= (NUPDE + NUPDPE)) {
3543                 /* PDP page */
3544                 pml4_entry_t *pml4;
3545                 pml4 = pmap_pml4e(pmap, va);
3546                 *pml4 = 0;
3547                 if (pmap->pm_pml4u != NULL && va <= VM_MAXUSER_ADDRESS) {
3548                         pml4 = &pmap->pm_pml4u[pmap_pml4e_index(va)];
3549                         *pml4 = 0;
3550                 }
3551         } else if (m->pindex >= NUPDE) {
3552                 /* PD page */
3553                 pdp_entry_t *pdp;
3554                 pdp = pmap_pdpe(pmap, va);
3555                 *pdp = 0;
3556         } else {
3557                 /* PTE page */
3558                 pd_entry_t *pd;
3559                 pd = pmap_pde(pmap, va);
3560                 *pd = 0;
3561         }
3562         pmap_resident_count_dec(pmap, 1);
3563         if (m->pindex < NUPDE) {
3564                 /* We just released a PT, unhold the matching PD */
3565                 vm_page_t pdpg;
3566
3567                 pdpg = PHYS_TO_VM_PAGE(*pmap_pdpe(pmap, va) & PG_FRAME);
3568                 pmap_unwire_ptp(pmap, va, pdpg, free);
3569         }
3570         if (m->pindex >= NUPDE && m->pindex < (NUPDE + NUPDPE)) {
3571                 /* We just released a PD, unhold the matching PDP */
3572                 vm_page_t pdppg;
3573
3574                 pdppg = PHYS_TO_VM_PAGE(*pmap_pml4e(pmap, va) & PG_FRAME);
3575                 pmap_unwire_ptp(pmap, va, pdppg, free);
3576         }
3577
3578         /* 
3579          * Put page on a list so that it is released after
3580          * *ALL* TLB shootdown is done
3581          */
3582         pmap_add_delayed_free_list(m, free, TRUE);
3583 }
3584
3585 /*
3586  * After removing a page table entry, this routine is used to
3587  * conditionally free the page, and manage the reference count.
3588  */
3589 static int
3590 pmap_unuse_pt(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t ptepde,
3591     struct spglist *free)
3592 {
3593         vm_page_t mpte;
3594
3595         if (va >= VM_MAXUSER_ADDRESS)
3596                 return (0);
3597         KASSERT(ptepde != 0, ("pmap_unuse_pt: ptepde != 0"));
3598         mpte = PHYS_TO_VM_PAGE(ptepde & PG_FRAME);
3599         return (pmap_unwire_ptp(pmap, va, mpte, free));
3600 }
3601
3602 void
3603 pmap_pinit0(pmap_t pmap)
3604 {
3605         struct proc *p;
3606         struct thread *td;
3607         int i;
3608
3609         PMAP_LOCK_INIT(pmap);
3610         pmap->pm_pml4 = (pml4_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(KPML4phys);
3611         pmap->pm_pml4u = NULL;
3612         pmap->pm_cr3 = KPML4phys;
3613         /* hack to keep pmap_pti_pcid_invalidate() alive */
3614         pmap->pm_ucr3 = PMAP_NO_CR3;
3615         pmap->pm_root.rt_root = 0;
3616         CPU_ZERO(&pmap->pm_active);
3617         TAILQ_INIT(&pmap->pm_pvchunk);
3618         bzero(&pmap->pm_stats, sizeof pmap->pm_stats);
3619         pmap->pm_flags = pmap_flags;
3620         CPU_FOREACH(i) {
3621                 pmap->pm_pcids[i].pm_pcid = PMAP_PCID_KERN + 1;
3622                 pmap->pm_pcids[i].pm_gen = 1;
3623         }
3624         pmap_activate_boot(pmap);
3625         td = curthread;
3626         if (pti) {
3627                 p = td->td_proc;
3628                 PROC_LOCK(p);
3629                 p->p_md.md_flags |= P_MD_KPTI;
3630                 PROC_UNLOCK(p);
3631         }
3632         pmap_thread_init_invl_gen(td);
3633
3634         if ((cpu_stdext_feature2 & CPUID_STDEXT2_PKU) != 0) {
3635                 pmap_pkru_ranges_zone = uma_zcreate("pkru ranges",
3636                     sizeof(struct pmap_pkru_range), NULL, NULL, NULL, NULL,
3637                     UMA_ALIGN_PTR, 0);
3638         }
3639 }
3640
3641 void
3642 pmap_pinit_pml4(vm_page_t pml4pg)
3643 {
3644         pml4_entry_t *pm_pml4;
3645         int i;
3646
3647         pm_pml4 = (pml4_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(pml4pg));
3648
3649         /* Wire in kernel global address entries. */
3650         for (i = 0; i < NKPML4E; i++) {
3651                 pm_pml4[KPML4BASE + i] = (KPDPphys + ptoa(i)) | X86_PG_RW |
3652                     X86_PG_V;
3653         }
3654         for (i = 0; i < ndmpdpphys; i++) {
3655                 pm_pml4[DMPML4I + i] = (DMPDPphys + ptoa(i)) | X86_PG_RW |
3656                     X86_PG_V;
3657         }
3658
3659         /* install self-referential address mapping entry(s) */
3660         pm_pml4[PML4PML4I] = VM_PAGE_TO_PHYS(pml4pg) | X86_PG_V | X86_PG_RW |
3661             X86_PG_A | X86_PG_M;
3662
3663         /* install large map entries if configured */
3664         for (i = 0; i < lm_ents; i++)
3665                 pm_pml4[LMSPML4I + i] = kernel_pmap->pm_pml4[LMSPML4I + i];
3666 }
3667
3668 static void
3669 pmap_pinit_pml4_pti(vm_page_t pml4pg)
3670 {
3671         pml4_entry_t *pm_pml4;
3672         int i;
3673
3674         pm_pml4 = (pml4_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(pml4pg));
3675         for (i = 0; i < NPML4EPG; i++)
3676                 pm_pml4[i] = pti_pml4[i];
3677 }
3678
3679 /*
3680  * Initialize a preallocated and zeroed pmap structure,
3681  * such as one in a vmspace structure.
3682  */
3683 int
3684 pmap_pinit_type(pmap_t pmap, enum pmap_type pm_type, int flags)
3685 {
3686         vm_page_t pml4pg, pml4pgu;
3687         vm_paddr_t pml4phys;
3688         int i;
3689
3690         /*
3691          * allocate the page directory page
3692          */
3693         pml4pg = vm_page_alloc(NULL, 0, VM_ALLOC_NORMAL | VM_ALLOC_NOOBJ |
3694             VM_ALLOC_WIRED | VM_ALLOC_ZERO | VM_ALLOC_WAITOK);
3695
3696         pml4phys = VM_PAGE_TO_PHYS(pml4pg);
3697         pmap->pm_pml4 = (pml4_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(pml4phys);
3698         CPU_FOREACH(i) {
3699                 pmap->pm_pcids[i].pm_pcid = PMAP_PCID_NONE;
3700                 pmap->pm_pcids[i].pm_gen = 0;
3701         }
3702         pmap->pm_cr3 = PMAP_NO_CR3;     /* initialize to an invalid value */
3703         pmap->pm_ucr3 = PMAP_NO_CR3;
3704         pmap->pm_pml4u = NULL;
3705
3706         pmap->pm_type = pm_type;
3707         if ((pml4pg->flags & PG_ZERO) == 0)
3708                 pagezero(pmap->pm_pml4);
3709
3710         /*
3711          * Do not install the host kernel mappings in the nested page
3712          * tables. These mappings are meaningless in the guest physical
3713          * address space.
3714          * Install minimal kernel mappings in PTI case.
3715          */
3716         if (pm_type == PT_X86) {
3717                 pmap->pm_cr3 = pml4phys;
3718                 pmap_pinit_pml4(pml4pg);
3719                 if ((curproc->p_md.md_flags & P_MD_KPTI) != 0) {
3720                         pml4pgu = vm_page_alloc(NULL, 0, VM_ALLOC_NORMAL |
3721                             VM_ALLOC_NOOBJ | VM_ALLOC_WIRED | VM_ALLOC_WAITOK);
3722                         pmap->pm_pml4u = (pml4_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(
3723                             VM_PAGE_TO_PHYS(pml4pgu));
3724                         pmap_pinit_pml4_pti(pml4pgu);
3725                         pmap->pm_ucr3 = VM_PAGE_TO_PHYS(pml4pgu);
3726                 }
3727                 if ((cpu_stdext_feature2 & CPUID_STDEXT2_PKU) != 0) {
3728                         rangeset_init(&pmap->pm_pkru, pkru_dup_range,
3729                             pkru_free_range, pmap, M_NOWAIT);
3730                 }
3731         }
3732
3733         pmap->pm_root.rt_root = 0;
3734         CPU_ZERO(&pmap->pm_active);
3735         TAILQ_INIT(&pmap->pm_pvchunk);
3736         bzero(&pmap->pm_stats, sizeof pmap->pm_stats);
3737         pmap->pm_flags = flags;
3738         pmap->pm_eptgen = 0;
3739
3740         return (1);
3741 }
3742
3743 int
3744 pmap_pinit(pmap_t pmap)
3745 {
3746
3747         return (pmap_pinit_type(pmap, PT_X86, pmap_flags));
3748 }
3749
3750 /*
3751  * This routine is called if the desired page table page does not exist.
3752  *
3753  * If page table page allocation fails, this routine may sleep before
3754  * returning NULL.  It sleeps only if a lock pointer was given.
3755  *
3756  * Note: If a page allocation fails at page table level two or three,
3757  * one or two pages may be held during the wait, only to be released
3758  * afterwards.  This conservative approach is easily argued to avoid
3759  * race conditions.
3760  */
3761 static vm_page_t
3762 _pmap_allocpte(pmap_t pmap, vm_pindex_t ptepindex, struct rwlock **lockp)
3763 {
3764         vm_page_t m, pdppg, pdpg;
3765         pt_entry_t PG_A, PG_M, PG_RW, PG_V;
3766
3767         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
3768
3769         PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
3770         PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
3771         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
3772         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
3773
3774         /*
3775          * Allocate a page table page.
3776          */
3777         if ((m = vm_page_alloc(NULL, ptepindex, VM_ALLOC_NOOBJ |
3778             VM_ALLOC_WIRED | VM_ALLOC_ZERO)) == NULL) {
3779                 if (lockp != NULL) {
3780                         RELEASE_PV_LIST_LOCK(lockp);
3781                         PMAP_UNLOCK(pmap);
3782                         PMAP_ASSERT_NOT_IN_DI();
3783                         vm_wait(NULL);
3784                         PMAP_LOCK(pmap);
3785                 }
3786
3787                 /*
3788                  * Indicate the need to retry.  While waiting, the page table
3789                  * page may have been allocated.
3790                  */
3791                 return (NULL);
3792         }
3793         if ((m->flags & PG_ZERO) == 0)
3794                 pmap_zero_page(m);
3795
3796         /*
3797          * Map the pagetable page into the process address space, if
3798          * it isn't already there.
3799          */
3800
3801         if (ptepindex >= (NUPDE + NUPDPE)) {
3802                 pml4_entry_t *pml4, *pml4u;
3803                 vm_pindex_t pml4index;
3804
3805                 /* Wire up a new PDPE page */
3806                 pml4index = ptepindex - (NUPDE + NUPDPE);
3807                 pml4 = &pmap->pm_pml4[pml4index];
3808                 *pml4 = VM_PAGE_TO_PHYS(m) | PG_U | PG_RW | PG_V | PG_A | PG_M;
3809                 if (pmap->pm_pml4u != NULL && pml4index < NUPML4E) {
3810                         /*
3811                          * PTI: Make all user-space mappings in the
3812                          * kernel-mode page table no-execute so that
3813                          * we detect any programming errors that leave
3814                          * the kernel-mode page table active on return
3815                          * to user space.
3816                          */
3817                         if (pmap->pm_ucr3 != PMAP_NO_CR3)
3818                                 *pml4 |= pg_nx;
3819
3820                         pml4u = &pmap->pm_pml4u[pml4index];
3821                         *pml4u = VM_PAGE_TO_PHYS(m) | PG_U | PG_RW | PG_V |
3822                             PG_A | PG_M;
3823                 }
3824
3825         } else if (ptepindex >= NUPDE) {
3826                 vm_pindex_t pml4index;
3827                 vm_pindex_t pdpindex;
3828                 pml4_entry_t *pml4;
3829                 pdp_entry_t *pdp;
3830
3831                 /* Wire up a new PDE page */
3832                 pdpindex = ptepindex - NUPDE;
3833                 pml4index = pdpindex >> NPML4EPGSHIFT;
3834
3835                 pml4 = &pmap->pm_pml4[pml4index];
3836                 if ((*pml4 & PG_V) == 0) {
3837                         /* Have to allocate a new pdp, recurse */
3838                         if (_pmap_allocpte(pmap, NUPDE + NUPDPE + pml4index,
3839                             lockp) == NULL) {
3840                                 vm_page_unwire_noq(m);
3841                                 vm_page_free_zero(m);
3842                                 return (NULL);
3843                         }
3844                 } else {
3845                         /* Add reference to pdp page */
3846                         pdppg = PHYS_TO_VM_PAGE(*pml4 & PG_FRAME);
3847                         pdppg->ref_count++;
3848                 }
3849                 pdp = (pdp_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(*pml4 & PG_FRAME);
3850
3851                 /* Now find the pdp page */
3852                 pdp = &pdp[pdpindex & ((1ul << NPDPEPGSHIFT) - 1)];
3853                 *pdp = VM_PAGE_TO_PHYS(m) | PG_U | PG_RW | PG_V | PG_A | PG_M;
3854
3855         } else {
3856                 vm_pindex_t pml4index;
3857                 vm_pindex_t pdpindex;
3858                 pml4_entry_t *pml4;
3859                 pdp_entry_t *pdp;
3860                 pd_entry_t *pd;
3861
3862                 /* Wire up a new PTE page */
3863                 pdpindex = ptepindex >> NPDPEPGSHIFT;
3864                 pml4index = pdpindex >> NPML4EPGSHIFT;
3865
3866                 /* First, find the pdp and check that its valid. */
3867                 pml4 = &pmap->pm_pml4[pml4index];
3868                 if ((*pml4 & PG_V) == 0) {
3869                         /* Have to allocate a new pd, recurse */
3870                         if (_pmap_allocpte(pmap, NUPDE + pdpindex,
3871                             lockp) == NULL) {
3872                                 vm_page_unwire_noq(m);
3873                                 vm_page_free_zero(m);
3874                                 return (NULL);
3875                         }
3876                         pdp = (pdp_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(*pml4 & PG_FRAME);
3877                         pdp = &pdp[pdpindex & ((1ul << NPDPEPGSHIFT) - 1)];
3878                 } else {
3879                         pdp = (pdp_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(*pml4 & PG_FRAME);
3880                         pdp = &pdp[pdpindex & ((1ul << NPDPEPGSHIFT) - 1)];
3881                         if ((*pdp & PG_V) == 0) {
3882                                 /* Have to allocate a new pd, recurse */
3883                                 if (_pmap_allocpte(pmap, NUPDE + pdpindex,
3884                                     lockp) == NULL) {
3885                                         vm_page_unwire_noq(m);
3886                                         vm_page_free_zero(m);
3887                                         return (NULL);
3888                                 }
3889                         } else {
3890                                 /* Add reference to the pd page */
3891                                 pdpg = PHYS_TO_VM_PAGE(*pdp & PG_FRAME);
3892                                 pdpg->ref_count++;
3893                         }
3894                 }
3895                 pd = (pd_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(*pdp & PG_FRAME);
3896
3897                 /* Now we know where the page directory page is */
3898                 pd = &pd[ptepindex & ((1ul << NPDEPGSHIFT) - 1)];
3899                 *pd = VM_PAGE_TO_PHYS(m) | PG_U | PG_RW | PG_V | PG_A | PG_M;
3900         }
3901
3902         pmap_resident_count_inc(pmap, 1);
3903
3904         return (m);
3905 }
3906
3907 static vm_page_t
3908 pmap_allocpde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, struct rwlock **lockp)
3909 {
3910         vm_pindex_t pdpindex, ptepindex;
3911         pdp_entry_t *pdpe, PG_V;
3912         vm_page_t pdpg;
3913
3914         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
3915
3916 retry:
3917         pdpe = pmap_pdpe(pmap, va);
3918         if (pdpe != NULL && (*pdpe & PG_V) != 0) {
3919                 /* Add a reference to the pd page. */
3920                 pdpg = PHYS_TO_VM_PAGE(*pdpe & PG_FRAME);
3921                 pdpg->ref_count++;
3922         } else {
3923                 /* Allocate a pd page. */
3924                 ptepindex = pmap_pde_pindex(va);
3925                 pdpindex = ptepindex >> NPDPEPGSHIFT;
3926                 pdpg = _pmap_allocpte(pmap, NUPDE + pdpindex, lockp);
3927                 if (pdpg == NULL && lockp != NULL)
3928                         goto retry;
3929         }
3930         return (pdpg);
3931 }
3932
3933 static vm_page_t
3934 pmap_allocpte(pmap_t pmap, vm_offset_t va, struct rwlock **lockp)
3935 {
3936         vm_pindex_t ptepindex;
3937         pd_entry_t *pd, PG_V;
3938         vm_page_t m;
3939
3940         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
3941
3942         /*
3943          * Calculate pagetable page index
3944          */
3945         ptepindex = pmap_pde_pindex(va);
3946 retry:
3947         /*
3948          * Get the page directory entry
3949          */
3950         pd = pmap_pde(pmap, va);
3951
3952         /*
3953          * This supports switching from a 2MB page to a
3954          * normal 4K page.
3955          */
3956         if (pd != NULL && (*pd & (PG_PS | PG_V)) == (PG_PS | PG_V)) {
3957                 if (!pmap_demote_pde_locked(pmap, pd, va, lockp)) {
3958                         /*
3959                          * Invalidation of the 2MB page mapping may have caused
3960                          * the deallocation of the underlying PD page.
3961                          */
3962                         pd = NULL;
3963                 }
3964         }
3965
3966         /*
3967          * If the page table page is mapped, we just increment the
3968          * hold count, and activate it.
3969          */
3970         if (pd != NULL && (*pd & PG_V) != 0) {
3971                 m = PHYS_TO_VM_PAGE(*pd & PG_FRAME);
3972                 m->ref_count++;
3973         } else {
3974                 /*
3975                  * Here if the pte page isn't mapped, or if it has been
3976                  * deallocated.
3977                  */
3978                 m = _pmap_allocpte(pmap, ptepindex, lockp);
3979                 if (m == NULL && lockp != NULL)
3980                         goto retry;
3981         }
3982         return (m);
3983 }
3984
3985
3986 /***************************************************
3987  * Pmap allocation/deallocation routines.
3988  ***************************************************/
3989
3990 /*
3991  * Release any resources held by the given physical map.
3992  * Called when a pmap initialized by pmap_pinit is being released.
3993  * Should only be called if the map contains no valid mappings.
3994  */
3995 void
3996 pmap_release(pmap_t pmap)
3997 {
3998         vm_page_t m;
3999         int i;
4000
4001         KASSERT(pmap->pm_stats.resident_count == 0,
4002             ("pmap_release: pmap resident count %ld != 0",
4003             pmap->pm_stats.resident_count));
4004         KASSERT(vm_radix_is_empty(&pmap->pm_root),
4005             ("pmap_release: pmap has reserved page table page(s)"));
4006         KASSERT(CPU_EMPTY(&pmap->pm_active),
4007             ("releasing active pmap %p", pmap));
4008
4009         m = PHYS_TO_VM_PAGE(DMAP_TO_PHYS((vm_offset_t)pmap->pm_pml4));
4010
4011         for (i = 0; i < NKPML4E; i++)   /* KVA */
4012                 pmap->pm_pml4[KPML4BASE + i] = 0;
4013         for (i = 0; i < ndmpdpphys; i++)/* Direct Map */
4014                 pmap->pm_pml4[DMPML4I + i] = 0;
4015         pmap->pm_pml4[PML4PML4I] = 0;   /* Recursive Mapping */
4016         for (i = 0; i < lm_ents; i++)   /* Large Map */
4017                 pmap->pm_pml4[LMSPML4I + i] = 0;
4018
4019         vm_page_unwire_noq(m);
4020         vm_page_free_zero(m);
4021
4022         if (pmap->pm_pml4u != NULL) {
4023                 m = PHYS_TO_VM_PAGE(DMAP_TO_PHYS((vm_offset_t)pmap->pm_pml4u));
4024                 vm_page_unwire_noq(m);
4025                 vm_page_free(m);
4026         }
4027         if (pmap->pm_type == PT_X86 &&
4028             (cpu_stdext_feature2 & CPUID_STDEXT2_PKU) != 0)
4029                 rangeset_fini(&pmap->pm_pkru);
4030 }
4031
4032 static int
4033 kvm_size(SYSCTL_HANDLER_ARGS)
4034 {
4035         unsigned long ksize = VM_MAX_KERNEL_ADDRESS - VM_MIN_KERNEL_ADDRESS;
4036
4037         return sysctl_handle_long(oidp, &ksize, 0, req);
4038 }
4039 SYSCTL_PROC(_vm, OID_AUTO, kvm_size, CTLTYPE_LONG|CTLFLAG_RD, 
4040     0, 0, kvm_size, "LU", "Size of KVM");
4041
4042 static int
4043 kvm_free(SYSCTL_HANDLER_ARGS)
4044 {
4045         unsigned long kfree = VM_MAX_KERNEL_ADDRESS - kernel_vm_end;
4046
4047         return sysctl_handle_long(oidp, &kfree, 0, req);
4048 }
4049 SYSCTL_PROC(_vm, OID_AUTO, kvm_free, CTLTYPE_LONG|CTLFLAG_RD, 
4050     0, 0, kvm_free, "LU", "Amount of KVM free");
4051
4052 /*
4053  * Allocate physical memory for the vm_page array and map it into KVA,
4054  * attempting to back the vm_pages with domain-local memory.
4055  */
4056 void
4057 pmap_page_array_startup(long pages)
4058 {
4059         pdp_entry_t *pdpe;
4060         pd_entry_t *pde, newpdir;
4061         vm_offset_t va, start, end;
4062         vm_paddr_t pa;
4063         long pfn;
4064         int domain, i;
4065
4066         vm_page_array_size = pages;
4067
4068         start = VM_MIN_KERNEL_ADDRESS;
4069         end = start + pages * sizeof(struct vm_page);
4070         for (va = start; va < end; va += NBPDR) {
4071                 pfn = first_page + (va - start) / sizeof(struct vm_page);
4072                 domain = _vm_phys_domain(ptoa(pfn));
4073                 pdpe = pmap_pdpe(kernel_pmap, va);
4074                 if ((*pdpe & X86_PG_V) == 0) {
4075                         pa = vm_phys_early_alloc(domain, PAGE_SIZE);
4076                         dump_add_page(pa);
4077                         pagezero((void *)PHYS_TO_DMAP(pa));
4078                         *pdpe = (pdp_entry_t)(pa | X86_PG_V | X86_PG_RW |
4079                             X86_PG_A | X86_PG_M);
4080                 }
4081                 pde = pmap_pdpe_to_pde(pdpe, va);
4082                 if ((*pde & X86_PG_V) != 0)
4083                         panic("Unexpected pde");
4084                 pa = vm_phys_early_alloc(domain, NBPDR);
4085                 for (i = 0; i < NPDEPG; i++)
4086                         dump_add_page(pa + i * PAGE_SIZE);
4087                 newpdir = (pd_entry_t)(pa | X86_PG_V | X86_PG_RW | X86_PG_A |
4088                     X86_PG_M | PG_PS | pg_g | pg_nx);
4089                 pde_store(pde, newpdir);
4090         }
4091         vm_page_array = (vm_page_t)start;
4092 }
4093
4094 /*
4095  * grow the number of kernel page table entries, if needed
4096  */
4097 void
4098 pmap_growkernel(vm_offset_t addr)
4099 {
4100         vm_paddr_t paddr;
4101         vm_page_t nkpg;
4102         pd_entry_t *pde, newpdir;
4103         pdp_entry_t *pdpe;
4104
4105         mtx_assert(&kernel_map->system_mtx, MA_OWNED);
4106
4107         /*
4108          * Return if "addr" is within the range of kernel page table pages
4109          * that were preallocated during pmap bootstrap.  Moreover, leave
4110          * "kernel_vm_end" and the kernel page table as they were.
4111          *
4112          * The correctness of this action is based on the following
4113          * argument: vm_map_insert() allocates contiguous ranges of the
4114          * kernel virtual address space.  It calls this function if a range
4115          * ends after "kernel_vm_end".  If the kernel is mapped between
4116          * "kernel_vm_end" and "addr", then the range cannot begin at
4117          * "kernel_vm_end".  In fact, its beginning address cannot be less
4118          * than the kernel.  Thus, there is no immediate need to allocate
4119          * any new kernel page table pages between "kernel_vm_end" and
4120          * "KERNBASE".
4121          */
4122         if (KERNBASE < addr && addr <= KERNBASE + nkpt * NBPDR)
4123                 return;
4124
4125         addr = roundup2(addr, NBPDR);
4126         if (addr - 1 >= vm_map_max(kernel_map))
4127                 addr = vm_map_max(kernel_map);
4128         while (kernel_vm_end < addr) {
4129                 pdpe = pmap_pdpe(kernel_pmap, kernel_vm_end);
4130                 if ((*pdpe & X86_PG_V) == 0) {
4131                         /* We need a new PDP entry */
4132                         nkpg = vm_page_alloc(NULL, kernel_vm_end >> PDPSHIFT,
4133                             VM_ALLOC_INTERRUPT | VM_ALLOC_NOOBJ |
4134                             VM_ALLOC_WIRED | VM_ALLOC_ZERO);
4135                         if (nkpg == NULL)
4136                                 panic("pmap_growkernel: no memory to grow kernel");
4137                         if ((nkpg->flags & PG_ZERO) == 0)
4138                                 pmap_zero_page(nkpg);
4139                         paddr = VM_PAGE_TO_PHYS(nkpg);
4140                         *pdpe = (pdp_entry_t)(paddr | X86_PG_V | X86_PG_RW |
4141                             X86_PG_A | X86_PG_M);
4142                         continue; /* try again */
4143                 }
4144                 pde = pmap_pdpe_to_pde(pdpe, kernel_vm_end);
4145                 if ((*pde & X86_PG_V) != 0) {
4146                         kernel_vm_end = (kernel_vm_end + NBPDR) & ~PDRMASK;
4147                         if (kernel_vm_end - 1 >= vm_map_max(kernel_map)) {
4148                                 kernel_vm_end = vm_map_max(kernel_map);
4149                                 break;                       
4150                         }
4151                         continue;
4152                 }
4153
4154                 nkpg = vm_page_alloc(NULL, pmap_pde_pindex(kernel_vm_end),
4155                     VM_ALLOC_INTERRUPT | VM_ALLOC_NOOBJ | VM_ALLOC_WIRED |
4156                     VM_ALLOC_ZERO);
4157                 if (nkpg == NULL)
4158                         panic("pmap_growkernel: no memory to grow kernel");
4159                 if ((nkpg->flags & PG_ZERO) == 0)
4160                         pmap_zero_page(nkpg);
4161                 paddr = VM_PAGE_TO_PHYS(nkpg);
4162                 newpdir = paddr | X86_PG_V | X86_PG_RW | X86_PG_A | X86_PG_M;
4163                 pde_store(pde, newpdir);
4164
4165                 kernel_vm_end = (kernel_vm_end + NBPDR) & ~PDRMASK;
4166                 if (kernel_vm_end - 1 >= vm_map_max(kernel_map)) {
4167                         kernel_vm_end = vm_map_max(kernel_map);
4168                         break;                       
4169                 }
4170         }
4171 }
4172
4173
4174 /***************************************************
4175  * page management routines.
4176  ***************************************************/
4177
4178 CTASSERT(sizeof(struct pv_chunk) == PAGE_SIZE);
4179 CTASSERT(_NPCM == 3);
4180 CTASSERT(_NPCPV == 168);
4181
4182 static __inline struct pv_chunk *
4183 pv_to_chunk(pv_entry_t pv)
4184 {
4185
4186         return ((struct pv_chunk *)((uintptr_t)pv & ~(uintptr_t)PAGE_MASK));
4187 }
4188
4189 #define PV_PMAP(pv) (pv_to_chunk(pv)->pc_pmap)
4190
4191 #define PC_FREE0        0xfffffffffffffffful
4192 #define PC_FREE1        0xfffffffffffffffful
4193 #define PC_FREE2        0x000000fffffffffful
4194
4195 static const uint64_t pc_freemask[_NPCM] = { PC_FREE0, PC_FREE1, PC_FREE2 };
4196
4197 #ifdef PV_STATS
4198 static int pc_chunk_count, pc_chunk_allocs, pc_chunk_frees, pc_chunk_tryfail;
4199
4200 SYSCTL_INT(_vm_pmap, OID_AUTO, pc_chunk_count, CTLFLAG_RD, &pc_chunk_count, 0,
4201         "Current number of pv entry chunks");
4202 SYSCTL_INT(_vm_pmap, OID_AUTO, pc_chunk_allocs, CTLFLAG_RD, &pc_chunk_allocs, 0,
4203         "Current number of pv entry chunks allocated");
4204 SYSCTL_INT(_vm_pmap, OID_AUTO, pc_chunk_frees, CTLFLAG_RD, &pc_chunk_frees, 0,
4205         "Current number of pv entry chunks frees");
4206 SYSCTL_INT(_vm_pmap, OID_AUTO, pc_chunk_tryfail, CTLFLAG_RD, &pc_chunk_tryfail, 0,
4207         "Number of times tried to get a chunk page but failed.");
4208
4209 static long pv_entry_frees, pv_entry_allocs, pv_entry_count;
4210 static int pv_entry_spare;
4211
4212 SYSCTL_LONG(_vm_pmap, OID_AUTO, pv_entry_frees, CTLFLAG_RD, &pv_entry_frees, 0,
4213         "Current number of pv entry frees");
4214 SYSCTL_LONG(_vm_pmap, OID_AUTO, pv_entry_allocs, CTLFLAG_RD, &pv_entry_allocs, 0,
4215         "Current number of pv entry allocs");
4216 SYSCTL_LONG(_vm_pmap, OID_AUTO, pv_entry_count, CTLFLAG_RD, &pv_entry_count, 0,
4217         "Current number of pv entries");
4218 SYSCTL_INT(_vm_pmap, OID_AUTO, pv_entry_spare, CTLFLAG_RD, &pv_entry_spare, 0,
4219         "Current number of spare pv entries");
4220 #endif
4221
4222 static void
4223 reclaim_pv_chunk_leave_pmap(pmap_t pmap, pmap_t locked_pmap, bool start_di)
4224 {
4225
4226         if (pmap == NULL)
4227                 return;
4228         pmap_invalidate_all(pmap);
4229         if (pmap != locked_pmap)
4230                 PMAP_UNLOCK(pmap);
4231         if (start_di)
4232                 pmap_delayed_invl_finish();
4233 }
4234
4235 /*
4236  * We are in a serious low memory condition.  Resort to
4237  * drastic measures to free some pages so we can allocate
4238  * another pv entry chunk.
4239  *
4240  * Returns NULL if PV entries were reclaimed from the specified pmap.
4241  *
4242  * We do not, however, unmap 2mpages because subsequent accesses will
4243  * allocate per-page pv entries until repromotion occurs, thereby
4244  * exacerbating the shortage of free pv entries.
4245  */
4246 static vm_page_t
4247 reclaim_pv_chunk_domain(pmap_t locked_pmap, struct rwlock **lockp, int domain)
4248 {
4249         struct pv_chunks_list *pvc;
4250         struct pv_chunk *pc, *pc_marker, *pc_marker_end;
4251         struct pv_chunk_header pc_marker_b, pc_marker_end_b;
4252         struct md_page *pvh;
4253         pd_entry_t *pde;
4254         pmap_t next_pmap, pmap;
4255         pt_entry_t *pte, tpte;
4256         pt_entry_t PG_G, PG_A, PG_M, PG_RW;
4257         pv_entry_t pv;
4258         vm_offset_t va;
4259         vm_page_t m, m_pc;
4260         struct spglist free;
4261         uint64_t inuse;
4262         int bit, field, freed;
4263         bool start_di;
4264
4265         PMAP_LOCK_ASSERT(locked_pmap, MA_OWNED);
4266         KASSERT(lockp != NULL, ("reclaim_pv_chunk: lockp is NULL"));
4267         pmap = NULL;
4268         m_pc = NULL;
4269         PG_G = PG_A = PG_M = PG_RW = 0;
4270         SLIST_INIT(&free);
4271         bzero(&pc_marker_b, sizeof(pc_marker_b));
4272         bzero(&pc_marker_end_b, sizeof(pc_marker_end_b));
4273         pc_marker = (struct pv_chunk *)&pc_marker_b;
4274         pc_marker_end = (struct pv_chunk *)&pc_marker_end_b;
4275
4276         /*
4277          * A delayed invalidation block should already be active if
4278          * pmap_advise() or pmap_remove() called this function by way
4279          * of pmap_demote_pde_locked().
4280          */
4281         start_di = pmap_not_in_di();
4282
4283         pvc = &pv_chunks[domain];
4284         mtx_lock(&pvc->pvc_lock);
4285         pvc->active_reclaims++;
4286         TAILQ_INSERT_HEAD(&pvc->pvc_list, pc_marker, pc_lru);
4287         TAILQ_INSERT_TAIL(&pvc->pvc_list, pc_marker_end, pc_lru);
4288         while ((pc = TAILQ_NEXT(pc_marker, pc_lru)) != pc_marker_end &&
4289             SLIST_EMPTY(&free)) {
4290                 next_pmap = pc->pc_pmap;
4291                 if (next_pmap == NULL) {
4292                         /*
4293                          * The next chunk is a marker.  However, it is
4294                          * not our marker, so active_reclaims must be
4295                          * > 1.  Consequently, the next_chunk code
4296                          * will not rotate the pv_chunks list.
4297                          */
4298                         goto next_chunk;
4299                 }
4300                 mtx_unlock(&pvc->pvc_lock);
4301
4302                 /*
4303                  * A pv_chunk can only be removed from the pc_lru list
4304                  * when both pc_chunks_mutex is owned and the
4305                  * corresponding pmap is locked.
4306                  */
4307                 if (pmap != next_pmap) {
4308                         reclaim_pv_chunk_leave_pmap(pmap, locked_pmap,
4309                             start_di);
4310                         pmap = next_pmap;
4311                         /* Avoid deadlock and lock recursion. */
4312                         if (pmap > locked_pmap) {
4313                                 RELEASE_PV_LIST_LOCK(lockp);
4314                                 PMAP_LOCK(pmap);
4315                                 if (start_di)
4316                                         pmap_delayed_invl_start();
4317                                 mtx_lock(&pvc->pvc_lock);
4318                                 continue;
4319                         } else if (pmap != locked_pmap) {
4320                                 if (PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
4321                                         if (start_di)
4322                                                 pmap_delayed_invl_start();
4323                                         mtx_lock(&pvc->pvc_lock);
4324                                         continue;
4325                                 } else {
4326                                         pmap = NULL; /* pmap is not locked */
4327                                         mtx_lock(&pvc->pvc_lock);
4328                                         pc = TAILQ_NEXT(pc_marker, pc_lru);
4329                                         if (pc == NULL ||
4330                                             pc->pc_pmap != next_pmap)
4331                                                 continue;
4332                                         goto next_chunk;
4333                                 }
4334                         } else if (start_di)
4335                                 pmap_delayed_invl_start();
4336                         PG_G = pmap_global_bit(pmap);
4337                         PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
4338                         PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
4339                         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
4340                 }
4341
4342                 /*
4343                  * Destroy every non-wired, 4 KB page mapping in the chunk.
4344                  */
4345                 freed = 0;
4346                 for (field = 0; field < _NPCM; field++) {
4347                         for (inuse = ~pc->pc_map[field] & pc_freemask[field];
4348                             inuse != 0; inuse &= ~(1UL << bit)) {
4349                                 bit = bsfq(inuse);
4350                                 pv = &pc->pc_pventry[field * 64 + bit];
4351                                 va = pv->pv_va;
4352                                 pde = pmap_pde(pmap, va);
4353                                 if ((*pde & PG_PS) != 0)
4354                                         continue;
4355                                 pte = pmap_pde_to_pte(pde, va);
4356                                 if ((*pte & PG_W) != 0)
4357                                         continue;
4358                                 tpte = pte_load_clear(pte);
4359                                 if ((tpte & PG_G) != 0)
4360                                         pmap_invalidate_page(pmap, va);
4361                                 m = PHYS_TO_VM_PAGE(tpte & PG_FRAME);
4362                                 if ((tpte & (PG_M | PG_RW)) == (PG_M | PG_RW))
4363                                         vm_page_dirty(m);
4364                                 if ((tpte & PG_A) != 0)
4365                                         vm_page_aflag_set(m, PGA_REFERENCED);
4366                                 CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_VM_PAGE(lockp, m);
4367                                 TAILQ_REMOVE(&m->md.pv_list, pv, pv_next);
4368                                 m->md.pv_gen++;
4369                                 if (TAILQ_EMPTY(&m->md.pv_list) &&
4370                                     (m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0) {
4371                                         pvh = pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
4372                                         if (TAILQ_EMPTY(&pvh->pv_list)) {
4373                                                 vm_page_aflag_clear(m,
4374                                                     PGA_WRITEABLE);
4375                                         }
4376                                 }
4377                                 pmap_delayed_invl_page(m);
4378                                 pc->pc_map[field] |= 1UL << bit;
4379                                 pmap_unuse_pt(pmap, va, *pde, &free);
4380                                 freed++;
4381                         }
4382                 }
4383                 if (freed == 0) {
4384                         mtx_lock(&pvc->pvc_lock);
4385                         goto next_chunk;
4386                 }
4387                 /* Every freed mapping is for a 4 KB page. */
4388                 pmap_resident_count_dec(pmap, freed);
4389                 PV_STAT(atomic_add_long(&pv_entry_frees, freed));
4390                 PV_STAT(atomic_add_int(&pv_entry_spare, freed));
4391                 PV_STAT(atomic_subtract_long(&pv_entry_count, freed));
4392                 TAILQ_REMOVE(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
4393                 if (pc->pc_map[0] == PC_FREE0 && pc->pc_map[1] == PC_FREE1 &&
4394                     pc->pc_map[2] == PC_FREE2) {
4395                         PV_STAT(atomic_subtract_int(&pv_entry_spare, _NPCPV));
4396                         PV_STAT(atomic_subtract_int(&pc_chunk_count, 1));
4397                         PV_STAT(atomic_add_int(&pc_chunk_frees, 1));
4398                         /* Entire chunk is free; return it. */
4399                         m_pc = PHYS_TO_VM_PAGE(DMAP_TO_PHYS((vm_offset_t)pc));
4400                         dump_drop_page(m_pc->phys_addr);
4401                         mtx_lock(&pvc->pvc_lock);
4402                         TAILQ_REMOVE(&pvc->pvc_list, pc, pc_lru);
4403                         break;
4404                 }
4405                 TAILQ_INSERT_HEAD(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
4406                 mtx_lock(&pvc->pvc_lock);
4407                 /* One freed pv entry in locked_pmap is sufficient. */
4408                 if (pmap == locked_pmap)
4409                         break;
4410 next_chunk:
4411                 TAILQ_REMOVE(&pvc->pvc_list, pc_marker, pc_lru);
4412                 TAILQ_INSERT_AFTER(&pvc->pvc_list, pc, pc_marker, pc_lru);
4413                 if (pvc->active_reclaims == 1 && pmap != NULL) {
4414                         /*
4415                          * Rotate the pv chunks list so that we do not
4416                          * scan the same pv chunks that could not be
4417                          * freed (because they contained a wired
4418                          * and/or superpage mapping) on every
4419                          * invocation of reclaim_pv_chunk().
4420                          */
4421                         while ((pc = TAILQ_FIRST(&pvc->pvc_list)) != pc_marker) {
4422                                 MPASS(pc->pc_pmap != NULL);
4423                                 TAILQ_REMOVE(&pvc->pvc_list, pc, pc_lru);
4424                                 TAILQ_INSERT_TAIL(&pvc->pvc_list, pc, pc_lru);
4425                         }
4426                 }
4427         }
4428         TAILQ_REMOVE(&pvc->pvc_list, pc_marker, pc_lru);
4429         TAILQ_REMOVE(&pvc->pvc_list, pc_marker_end, pc_lru);
4430         pvc->active_reclaims--;
4431         mtx_unlock(&pvc->pvc_lock);
4432         reclaim_pv_chunk_leave_pmap(pmap, locked_pmap, start_di);
4433         if (m_pc == NULL && !SLIST_EMPTY(&free)) {
4434                 m_pc = SLIST_FIRST(&free);
4435                 SLIST_REMOVE_HEAD(&free, plinks.s.ss);
4436                 /* Recycle a freed page table page. */
4437                 m_pc->ref_count = 1;
4438         }
4439         vm_page_free_pages_toq(&free, true);
4440         return (m_pc);
4441 }
4442
4443 static vm_page_t
4444 reclaim_pv_chunk(pmap_t locked_pmap, struct rwlock **lockp)
4445 {
4446         vm_page_t m;
4447         int i, domain;
4448
4449         domain = PCPU_GET(domain);
4450         for (i = 0; i < vm_ndomains; i++) {
4451                 m = reclaim_pv_chunk_domain(locked_pmap, lockp, domain);
4452                 if (m != NULL)
4453                         break;
4454                 domain = (domain + 1) % vm_ndomains;
4455         }
4456
4457         return (m);
4458 }
4459
4460 /*
4461  * free the pv_entry back to the free list
4462  */
4463 static void
4464 free_pv_entry(pmap_t pmap, pv_entry_t pv)
4465 {
4466         struct pv_chunk *pc;
4467         int idx, field, bit;
4468
4469         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
4470         PV_STAT(atomic_add_long(&pv_entry_frees, 1));
4471         PV_STAT(atomic_add_int(&pv_entry_spare, 1));
4472         PV_STAT(atomic_subtract_long(&pv_entry_count, 1));
4473         pc = pv_to_chunk(pv);
4474         idx = pv - &pc->pc_pventry[0];
4475         field = idx / 64;
4476         bit = idx % 64;
4477         pc->pc_map[field] |= 1ul << bit;
4478         if (pc->pc_map[0] != PC_FREE0 || pc->pc_map[1] != PC_FREE1 ||
4479             pc->pc_map[2] != PC_FREE2) {
4480                 /* 98% of the time, pc is already at the head of the list. */
4481                 if (__predict_false(pc != TAILQ_FIRST(&pmap->pm_pvchunk))) {
4482                         TAILQ_REMOVE(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
4483                         TAILQ_INSERT_HEAD(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
4484                 }
4485                 return;
4486         }
4487         TAILQ_REMOVE(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
4488         free_pv_chunk(pc);
4489 }
4490
4491 static void
4492 free_pv_chunk_dequeued(struct pv_chunk *pc)
4493 {
4494         vm_page_t m;
4495
4496         PV_STAT(atomic_subtract_int(&pv_entry_spare, _NPCPV));
4497         PV_STAT(atomic_subtract_int(&pc_chunk_count, 1));
4498         PV_STAT(atomic_add_int(&pc_chunk_frees, 1));
4499         /* entire chunk is free, return it */
4500         m = PHYS_TO_VM_PAGE(DMAP_TO_PHYS((vm_offset_t)pc));
4501         dump_drop_page(m->phys_addr);
4502         vm_page_unwire_noq(m);
4503         vm_page_free(m);
4504 }
4505
4506 static void
4507 free_pv_chunk(struct pv_chunk *pc)
4508 {
4509         struct pv_chunks_list *pvc;
4510
4511         pvc = &pv_chunks[pc_to_domain(pc)];
4512         mtx_lock(&pvc->pvc_lock);
4513         TAILQ_REMOVE(&pvc->pvc_list, pc, pc_lru);
4514         mtx_unlock(&pvc->pvc_lock);
4515         free_pv_chunk_dequeued(pc);
4516 }
4517
4518 static void
4519 free_pv_chunk_batch(struct pv_chunklist *batch)
4520 {
4521         struct pv_chunks_list *pvc;
4522         struct pv_chunk *pc, *npc;
4523         int i;
4524
4525         for (i = 0; i < vm_ndomains; i++) {
4526                 if (TAILQ_EMPTY(&batch[i]))
4527                         continue;
4528                 pvc = &pv_chunks[i];
4529                 mtx_lock(&pvc->pvc_lock);
4530                 TAILQ_FOREACH(pc, &batch[i], pc_list) {
4531                         TAILQ_REMOVE(&pvc->pvc_list, pc, pc_lru);
4532                 }
4533                 mtx_unlock(&pvc->pvc_lock);
4534         }
4535
4536         for (i = 0; i < vm_ndomains; i++) {
4537                 TAILQ_FOREACH_SAFE(pc, &batch[i], pc_list, npc) {
4538                         free_pv_chunk_dequeued(pc);
4539                 }
4540         }
4541 }
4542
4543 /*
4544  * Returns a new PV entry, allocating a new PV chunk from the system when
4545  * needed.  If this PV chunk allocation fails and a PV list lock pointer was
4546  * given, a PV chunk is reclaimed from an arbitrary pmap.  Otherwise, NULL is
4547  * returned.
4548  *
4549  * The given PV list lock may be released.
4550  */
4551 static pv_entry_t
4552 get_pv_entry(pmap_t pmap, struct rwlock **lockp)
4553 {
4554         struct pv_chunks_list *pvc;
4555         int bit, field;
4556         pv_entry_t pv;
4557         struct pv_chunk *pc;
4558         vm_page_t m;
4559
4560         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
4561         PV_STAT(atomic_add_long(&pv_entry_allocs, 1));
4562 retry:
4563         pc = TAILQ_FIRST(&pmap->pm_pvchunk);
4564         if (pc != NULL) {
4565                 for (field = 0; field < _NPCM; field++) {
4566                         if (pc->pc_map[field]) {
4567                                 bit = bsfq(pc->pc_map[field]);
4568                                 break;
4569                         }
4570                 }
4571                 if (field < _NPCM) {
4572                         pv = &pc->pc_pventry[field * 64 + bit];
4573                         pc->pc_map[field] &= ~(1ul << bit);
4574                         /* If this was the last item, move it to tail */
4575                         if (pc->pc_map[0] == 0 && pc->pc_map[1] == 0 &&
4576                             pc->pc_map[2] == 0) {
4577                                 TAILQ_REMOVE(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
4578                                 TAILQ_INSERT_TAIL(&pmap->pm_pvchunk, pc,
4579                                     pc_list);
4580                         }
4581                         PV_STAT(atomic_add_long(&pv_entry_count, 1));
4582                         PV_STAT(atomic_subtract_int(&pv_entry_spare, 1));
4583                         return (pv);
4584                 }
4585         }
4586         /* No free items, allocate another chunk */
4587         m = vm_page_alloc(NULL, 0, VM_ALLOC_NORMAL | VM_ALLOC_NOOBJ |
4588             VM_ALLOC_WIRED);
4589         if (m == NULL) {
4590                 if (lockp == NULL) {
4591                         PV_STAT(pc_chunk_tryfail++);
4592                         return (NULL);
4593                 }
4594                 m = reclaim_pv_chunk(pmap, lockp);
4595                 if (m == NULL)
4596                         goto retry;
4597         }
4598         PV_STAT(atomic_add_int(&pc_chunk_count, 1));
4599         PV_STAT(atomic_add_int(&pc_chunk_allocs, 1));
4600         dump_add_page(m->phys_addr);
4601         pc = (void *)PHYS_TO_DMAP(m->phys_addr);
4602         pc->pc_pmap = pmap;
4603         pc->pc_map[0] = PC_FREE0 & ~1ul;        /* preallocated bit 0 */
4604         pc->pc_map[1] = PC_FREE1;
4605         pc->pc_map[2] = PC_FREE2;
4606         pvc = &pv_chunks[_vm_phys_domain(m->phys_addr)];
4607         mtx_lock(&pvc->pvc_lock);
4608         TAILQ_INSERT_TAIL(&pvc->pvc_list, pc, pc_lru);
4609         mtx_unlock(&pvc->pvc_lock);
4610         pv = &pc->pc_pventry[0];
4611         TAILQ_INSERT_HEAD(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
4612         PV_STAT(atomic_add_long(&pv_entry_count, 1));
4613         PV_STAT(atomic_add_int(&pv_entry_spare, _NPCPV - 1));
4614         return (pv);
4615 }
4616
4617 /*
4618  * Returns the number of one bits within the given PV chunk map.
4619  *
4620  * The erratas for Intel processors state that "POPCNT Instruction May
4621  * Take Longer to Execute Than Expected".  It is believed that the
4622  * issue is the spurious dependency on the destination register.
4623  * Provide a hint to the register rename logic that the destination
4624  * value is overwritten, by clearing it, as suggested in the
4625  * optimization manual.  It should be cheap for unaffected processors
4626  * as well.
4627  *
4628  * Reference numbers for erratas are
4629  * 4th Gen Core: HSD146
4630  * 5th Gen Core: BDM85
4631  * 6th Gen Core: SKL029
4632  */
4633 static int
4634 popcnt_pc_map_pq(uint64_t *map)
4635 {
4636         u_long result, tmp;
4637
4638         __asm __volatile("xorl %k0,%k0;popcntq %2,%0;"
4639             "xorl %k1,%k1;popcntq %3,%1;addl %k1,%k0;"
4640             "xorl %k1,%k1;popcntq %4,%1;addl %k1,%k0"
4641             : "=&r" (result), "=&r" (tmp)
4642             : "m" (map[0]), "m" (map[1]), "m" (map[2]));
4643         return (result);
4644 }
4645
4646 /*
4647  * Ensure that the number of spare PV entries in the specified pmap meets or
4648  * exceeds the given count, "needed".
4649  *
4650  * The given PV list lock may be released.
4651  */
4652 static void
4653 reserve_pv_entries(pmap_t pmap, int needed, struct rwlock **lockp)
4654 {
4655         struct pv_chunks_list *pvc;
4656         struct pch new_tail[PMAP_MEMDOM];
4657         struct pv_chunk *pc;
4658         vm_page_t m;
4659         int avail, free, i;
4660         bool reclaimed;
4661
4662         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
4663         KASSERT(lockp != NULL, ("reserve_pv_entries: lockp is NULL"));
4664
4665         /*
4666          * Newly allocated PV chunks must be stored in a private list until
4667          * the required number of PV chunks have been allocated.  Otherwise,
4668          * reclaim_pv_chunk() could recycle one of these chunks.  In
4669          * contrast, these chunks must be added to the pmap upon allocation.
4670          */
4671         for (i = 0; i < PMAP_MEMDOM; i++)
4672                 TAILQ_INIT(&new_tail[i]);
4673 retry:
4674         avail = 0;
4675         TAILQ_FOREACH(pc, &pmap->pm_pvchunk, pc_list) {
4676 #ifndef __POPCNT__
4677                 if ((cpu_feature2 & CPUID2_POPCNT) == 0)
4678                         bit_count((bitstr_t *)pc->pc_map, 0,
4679                             sizeof(pc->pc_map) * NBBY, &free);
4680                 else
4681 #endif
4682                 free = popcnt_pc_map_pq(pc->pc_map);
4683                 if (free == 0)
4684                         break;
4685                 avail += free;
4686                 if (avail >= needed)
4687                         break;
4688         }
4689         for (reclaimed = false; avail < needed; avail += _NPCPV) {
4690                 m = vm_page_alloc(NULL, 0, VM_ALLOC_NORMAL | VM_ALLOC_NOOBJ |
4691                     VM_ALLOC_WIRED);
4692                 if (m == NULL) {
4693                         m = reclaim_pv_chunk(pmap, lockp);
4694                         if (m == NULL)
4695                                 goto retry;
4696                         reclaimed = true;
4697                 }
4698                 PV_STAT(atomic_add_int(&pc_chunk_count, 1));
4699                 PV_STAT(atomic_add_int(&pc_chunk_allocs, 1));
4700                 dump_add_page(m->phys_addr);
4701                 pc = (void *)PHYS_TO_DMAP(m->phys_addr);
4702                 pc->pc_pmap = pmap;
4703                 pc->pc_map[0] = PC_FREE0;
4704                 pc->pc_map[1] = PC_FREE1;
4705                 pc->pc_map[2] = PC_FREE2;
4706                 TAILQ_INSERT_HEAD(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
4707                 TAILQ_INSERT_TAIL(&new_tail[pc_to_domain(pc)], pc, pc_lru);
4708                 PV_STAT(atomic_add_int(&pv_entry_spare, _NPCPV));
4709
4710                 /*
4711                  * The reclaim might have freed a chunk from the current pmap.
4712                  * If that chunk contained available entries, we need to
4713                  * re-count the number of available entries.
4714                  */
4715                 if (reclaimed)
4716                         goto retry;
4717         }
4718         for (i = 0; i < vm_ndomains; i++) {
4719                 if (TAILQ_EMPTY(&new_tail[i]))
4720                         continue;
4721                 pvc = &pv_chunks[i];
4722                 mtx_lock(&pvc->pvc_lock);
4723                 TAILQ_CONCAT(&pvc->pvc_list, &new_tail[i], pc_lru);
4724                 mtx_unlock(&pvc->pvc_lock);
4725         }
4726 }
4727
4728 /*
4729  * First find and then remove the pv entry for the specified pmap and virtual
4730  * address from the specified pv list.  Returns the pv entry if found and NULL
4731  * otherwise.  This operation can be performed on pv lists for either 4KB or
4732  * 2MB page mappings.
4733  */
4734 static __inline pv_entry_t
4735 pmap_pvh_remove(struct md_page *pvh, pmap_t pmap, vm_offset_t va)
4736 {
4737         pv_entry_t pv;
4738
4739         TAILQ_FOREACH(pv, &pvh->pv_list, pv_next) {
4740                 if (pmap == PV_PMAP(pv) && va == pv->pv_va) {
4741                         TAILQ_REMOVE(&pvh->pv_list, pv, pv_next);
4742                         pvh->pv_gen++;
4743                         break;
4744                 }
4745         }
4746         return (pv);
4747 }
4748
4749 /*
4750  * After demotion from a 2MB page mapping to 512 4KB page mappings,
4751  * destroy the pv entry for the 2MB page mapping and reinstantiate the pv
4752  * entries for each of the 4KB page mappings.
4753  */
4754 static void
4755 pmap_pv_demote_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_paddr_t pa,
4756     struct rwlock **lockp)
4757 {
4758         struct md_page *pvh;
4759         struct pv_chunk *pc;
4760         pv_entry_t pv;
4761         vm_offset_t va_last;
4762         vm_page_t m;
4763         int bit, field;
4764
4765         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
4766         KASSERT((pa & PDRMASK) == 0,
4767             ("pmap_pv_demote_pde: pa is not 2mpage aligned"));
4768         CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_PHYS(lockp, pa);
4769
4770         /*
4771          * Transfer the 2mpage's pv entry for this mapping to the first
4772          * page's pv list.  Once this transfer begins, the pv list lock
4773          * must not be released until the last pv entry is reinstantiated.
4774          */
4775         pvh = pa_to_pvh(pa);
4776         va = trunc_2mpage(va);
4777         pv = pmap_pvh_remove(pvh, pmap, va);
4778         KASSERT(pv != NULL, ("pmap_pv_demote_pde: pv not found"));
4779         m = PHYS_TO_VM_PAGE(pa);
4780         TAILQ_INSERT_TAIL(&m->md.pv_list, pv, pv_next);
4781         m->md.pv_gen++;
4782         /* Instantiate the remaining NPTEPG - 1 pv entries. */
4783         PV_STAT(atomic_add_long(&pv_entry_allocs, NPTEPG - 1));
4784         va_last = va + NBPDR - PAGE_SIZE;
4785         for (;;) {
4786                 pc = TAILQ_FIRST(&pmap->pm_pvchunk);
4787                 KASSERT(pc->pc_map[0] != 0 || pc->pc_map[1] != 0 ||
4788                     pc->pc_map[2] != 0, ("pmap_pv_demote_pde: missing spare"));
4789                 for (field = 0; field < _NPCM; field++) {
4790                         while (pc->pc_map[field]) {
4791                                 bit = bsfq(pc->pc_map[field]);
4792                                 pc->pc_map[field] &= ~(1ul << bit);
4793                                 pv = &pc->pc_pventry[field * 64 + bit];
4794                                 va += PAGE_SIZE;
4795                                 pv->pv_va = va;
4796                                 m++;
4797                                 KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
4798                             ("pmap_pv_demote_pde: page %p is not managed", m));
4799                                 TAILQ_INSERT_TAIL(&m->md.pv_list, pv, pv_next);
4800                                 m->md.pv_gen++;
4801                                 if (va == va_last)
4802                                         goto out;
4803                         }
4804                 }
4805                 TAILQ_REMOVE(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
4806                 TAILQ_INSERT_TAIL(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
4807         }
4808 out:
4809         if (pc->pc_map[0] == 0 && pc->pc_map[1] == 0 && pc->pc_map[2] == 0) {
4810                 TAILQ_REMOVE(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
4811                 TAILQ_INSERT_TAIL(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
4812         }
4813         PV_STAT(atomic_add_long(&pv_entry_count, NPTEPG - 1));
4814         PV_STAT(atomic_subtract_int(&pv_entry_spare, NPTEPG - 1));
4815 }
4816
4817 #if VM_NRESERVLEVEL > 0
4818 /*
4819  * After promotion from 512 4KB page mappings to a single 2MB page mapping,
4820  * replace the many pv entries for the 4KB page mappings by a single pv entry
4821  * for the 2MB page mapping.
4822  */
4823 static void
4824 pmap_pv_promote_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_paddr_t pa,
4825     struct rwlock **lockp)
4826 {
4827         struct md_page *pvh;
4828         pv_entry_t pv;
4829         vm_offset_t va_last;
4830         vm_page_t m;
4831
4832         KASSERT((pa & PDRMASK) == 0,
4833             ("pmap_pv_promote_pde: pa is not 2mpage aligned"));
4834         CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_PHYS(lockp, pa);
4835
4836         /*
4837          * Transfer the first page's pv entry for this mapping to the 2mpage's
4838          * pv list.  Aside from avoiding the cost of a call to get_pv_entry(),
4839          * a transfer avoids the possibility that get_pv_entry() calls
4840          * reclaim_pv_chunk() and that reclaim_pv_chunk() removes one of the
4841          * mappings that is being promoted.
4842          */
4843         m = PHYS_TO_VM_PAGE(pa);
4844         va = trunc_2mpage(va);
4845         pv = pmap_pvh_remove(&m->md, pmap, va);
4846         KASSERT(pv != NULL, ("pmap_pv_promote_pde: pv not found"));
4847         pvh = pa_to_pvh(pa);
4848         TAILQ_INSERT_TAIL(&pvh->pv_list, pv, pv_next);
4849         pvh->pv_gen++;
4850         /* Free the remaining NPTEPG - 1 pv entries. */
4851         va_last = va + NBPDR - PAGE_SIZE;
4852         do {
4853                 m++;
4854                 va += PAGE_SIZE;
4855                 pmap_pvh_free(&m->md, pmap, va);
4856         } while (va < va_last);
4857 }
4858 #endif /* VM_NRESERVLEVEL > 0 */
4859
4860 /*
4861  * First find and then destroy the pv entry for the specified pmap and virtual
4862  * address.  This operation can be performed on pv lists for either 4KB or 2MB
4863  * page mappings.
4864  */
4865 static void
4866 pmap_pvh_free(struct md_page *pvh, pmap_t pmap, vm_offset_t va)
4867 {
4868         pv_entry_t pv;
4869
4870         pv = pmap_pvh_remove(pvh, pmap, va);
4871         KASSERT(pv != NULL, ("pmap_pvh_free: pv not found"));
4872         free_pv_entry(pmap, pv);
4873 }
4874
4875 /*
4876  * Conditionally create the PV entry for a 4KB page mapping if the required
4877  * memory can be allocated without resorting to reclamation.
4878  */
4879 static boolean_t
4880 pmap_try_insert_pv_entry(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m,
4881     struct rwlock **lockp)
4882 {
4883         pv_entry_t pv;
4884
4885         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
4886         /* Pass NULL instead of the lock pointer to disable reclamation. */
4887         if ((pv = get_pv_entry(pmap, NULL)) != NULL) {
4888                 pv->pv_va = va;
4889                 CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_VM_PAGE(lockp, m);
4890                 TAILQ_INSERT_TAIL(&m->md.pv_list, pv, pv_next);
4891                 m->md.pv_gen++;
4892                 return (TRUE);
4893         } else
4894                 return (FALSE);
4895 }
4896
4897 /*
4898  * Create the PV entry for a 2MB page mapping.  Always returns true unless the
4899  * flag PMAP_ENTER_NORECLAIM is specified.  If that flag is specified, returns
4900  * false if the PV entry cannot be allocated without resorting to reclamation.
4901  */
4902 static bool
4903 pmap_pv_insert_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t pde, u_int flags,
4904     struct rwlock **lockp)
4905 {
4906         struct md_page *pvh;
4907         pv_entry_t pv;
4908         vm_paddr_t pa;
4909
4910         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
4911         /* Pass NULL instead of the lock pointer to disable reclamation. */
4912         if ((pv = get_pv_entry(pmap, (flags & PMAP_ENTER_NORECLAIM) != 0 ?
4913             NULL : lockp)) == NULL)
4914                 return (false);
4915         pv->pv_va = va;
4916         pa = pde & PG_PS_FRAME;
4917         CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_PHYS(lockp, pa);
4918         pvh = pa_to_pvh(pa);
4919         TAILQ_INSERT_TAIL(&pvh->pv_list, pv, pv_next);
4920         pvh->pv_gen++;
4921         return (true);
4922 }
4923
4924 /*
4925  * Fills a page table page with mappings to consecutive physical pages.
4926  */
4927 static void
4928 pmap_fill_ptp(pt_entry_t *firstpte, pt_entry_t newpte)
4929 {
4930         pt_entry_t *pte;
4931
4932         for (pte = firstpte; pte < firstpte + NPTEPG; pte++) {
4933                 *pte = newpte;
4934                 newpte += PAGE_SIZE;
4935         }
4936 }
4937
4938 /*
4939  * Tries to demote a 2MB page mapping.  If demotion fails, the 2MB page
4940  * mapping is invalidated.
4941  */
4942 static boolean_t
4943 pmap_demote_pde(pmap_t pmap, pd_entry_t *pde, vm_offset_t va)
4944 {
4945         struct rwlock *lock;
4946         boolean_t rv;
4947
4948         lock = NULL;
4949         rv = pmap_demote_pde_locked(pmap, pde, va, &lock);
4950         if (lock != NULL)
4951                 rw_wunlock(lock);
4952         return (rv);
4953 }
4954
4955 static void
4956 pmap_demote_pde_check(pt_entry_t *firstpte __unused, pt_entry_t newpte __unused)
4957 {
4958 #ifdef INVARIANTS
4959 #ifdef DIAGNOSTIC
4960         pt_entry_t *xpte, *ypte;
4961
4962         for (xpte = firstpte; xpte < firstpte + NPTEPG;
4963             xpte++, newpte += PAGE_SIZE) {
4964                 if ((*xpte & PG_FRAME) != (newpte & PG_FRAME)) {
4965                         printf("pmap_demote_pde: xpte %zd and newpte map "
4966                             "different pages: found %#lx, expected %#lx\n",
4967                             xpte - firstpte, *xpte, newpte);
4968                         printf("page table dump\n");
4969                         for (ypte = firstpte; ypte < firstpte + NPTEPG; ypte++)
4970                                 printf("%zd %#lx\n", ypte - firstpte, *ypte);
4971                         panic("firstpte");
4972                 }
4973         }
4974 #else
4975         KASSERT((*firstpte & PG_FRAME) == (newpte & PG_FRAME),
4976             ("pmap_demote_pde: firstpte and newpte map different physical"
4977             " addresses"));
4978 #endif
4979 #endif
4980 }
4981
4982 static void
4983 pmap_demote_pde_abort(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t *pde,
4984     pd_entry_t oldpde, struct rwlock **lockp)
4985 {
4986         struct spglist free;
4987         vm_offset_t sva;
4988
4989         SLIST_INIT(&free);
4990         sva = trunc_2mpage(va);
4991         pmap_remove_pde(pmap, pde, sva, &free, lockp);
4992         if ((oldpde & pmap_global_bit(pmap)) == 0)
4993                 pmap_invalidate_pde_page(pmap, sva, oldpde);
4994         vm_page_free_pages_toq(&free, true);
4995         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_demote_pde: failure for va %#lx in pmap %p",
4996             va, pmap);
4997 }
4998
4999 static boolean_t
5000 pmap_demote_pde_locked(pmap_t pmap, pd_entry_t *pde, vm_offset_t va,
5001     struct rwlock **lockp)
5002 {
5003         pd_entry_t newpde, oldpde;
5004         pt_entry_t *firstpte, newpte;
5005         pt_entry_t PG_A, PG_G, PG_M, PG_PKU_MASK, PG_RW, PG_V;
5006         vm_paddr_t mptepa;
5007         vm_page_t mpte;
5008         int PG_PTE_CACHE;
5009         bool in_kernel;
5010
5011         PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
5012         PG_G = pmap_global_bit(pmap);
5013         PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
5014         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
5015         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
5016         PG_PTE_CACHE = pmap_cache_mask(pmap, 0);
5017         PG_PKU_MASK = pmap_pku_mask_bit(pmap);
5018
5019         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
5020         in_kernel = va >= VM_MAXUSER_ADDRESS;
5021         oldpde = *pde;
5022         KASSERT((oldpde & (PG_PS | PG_V)) == (PG_PS | PG_V),
5023             ("pmap_demote_pde: oldpde is missing PG_PS and/or PG_V"));
5024
5025         /*
5026          * Invalidate the 2MB page mapping and return "failure" if the
5027          * mapping was never accessed.
5028          */
5029         if ((oldpde & PG_A) == 0) {
5030                 KASSERT((oldpde & PG_W) == 0,
5031                     ("pmap_demote_pde: a wired mapping is missing PG_A"));
5032                 pmap_demote_pde_abort(pmap, va, pde, oldpde, lockp);
5033                 return (FALSE);
5034         }
5035
5036         mpte = pmap_remove_pt_page(pmap, va);
5037         if (mpte == NULL) {
5038                 KASSERT((oldpde & PG_W) == 0,
5039                     ("pmap_demote_pde: page table page for a wired mapping"
5040                     " is missing"));
5041
5042                 /*
5043                  * If the page table page is missing and the mapping
5044                  * is for a kernel address, the mapping must belong to
5045                  * the direct map.  Page table pages are preallocated
5046                  * for every other part of the kernel address space,
5047                  * so the direct map region is the only part of the
5048                  * kernel address space that must be handled here.
5049                  */
5050                 KASSERT(!in_kernel || (va >= DMAP_MIN_ADDRESS &&
5051                     va < DMAP_MAX_ADDRESS),
5052                     ("pmap_demote_pde: No saved mpte for va %#lx", va));
5053
5054                 /*
5055                  * If the 2MB page mapping belongs to the direct map
5056                  * region of the kernel's address space, then the page
5057                  * allocation request specifies the highest possible
5058                  * priority (VM_ALLOC_INTERRUPT).  Otherwise, the
5059                  * priority is normal.
5060                  */
5061                 mpte = vm_page_alloc(NULL, pmap_pde_pindex(va),
5062                     (in_kernel ? VM_ALLOC_INTERRUPT : VM_ALLOC_NORMAL) |
5063                     VM_ALLOC_NOOBJ | VM_ALLOC_WIRED);
5064
5065                 /*
5066                  * If the allocation of the new page table page fails,
5067                  * invalidate the 2MB page mapping and return "failure".
5068                  */
5069                 if (mpte == NULL) {
5070                         pmap_demote_pde_abort(pmap, va, pde, oldpde, lockp);
5071                         return (FALSE);
5072                 }
5073
5074                 if (!in_kernel) {
5075                         mpte->ref_count = NPTEPG;
5076                         pmap_resident_count_inc(pmap, 1);
5077                 }
5078         }
5079         mptepa = VM_PAGE_TO_PHYS(mpte);
5080         firstpte = (pt_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(mptepa);
5081         newpde = mptepa | PG_M | PG_A | (oldpde & PG_U) | PG_RW | PG_V;
5082         KASSERT((oldpde & (PG_M | PG_RW)) != PG_RW,
5083             ("pmap_demote_pde: oldpde is missing PG_M"));
5084         newpte = oldpde & ~PG_PS;
5085         newpte = pmap_swap_pat(pmap, newpte);
5086
5087         /*
5088          * If the page table page is not leftover from an earlier promotion,
5089          * initialize it.
5090          */
5091         if (mpte->valid == 0)
5092                 pmap_fill_ptp(firstpte, newpte);
5093
5094         pmap_demote_pde_check(firstpte, newpte);
5095
5096         /*
5097          * If the mapping has changed attributes, update the page table
5098          * entries.
5099          */
5100         if ((*firstpte & PG_PTE_PROMOTE) != (newpte & PG_PTE_PROMOTE))
5101                 pmap_fill_ptp(firstpte, newpte);
5102
5103         /*
5104          * The spare PV entries must be reserved prior to demoting the
5105          * mapping, that is, prior to changing the PDE.  Otherwise, the state
5106          * of the PDE and the PV lists will be inconsistent, which can result
5107          * in reclaim_pv_chunk() attempting to remove a PV entry from the
5108          * wrong PV list and pmap_pv_demote_pde() failing to find the expected
5109          * PV entry for the 2MB page mapping that is being demoted.
5110          */
5111         if ((oldpde & PG_MANAGED) != 0)
5112                 reserve_pv_entries(pmap, NPTEPG - 1, lockp);
5113
5114         /*
5115          * Demote the mapping.  This pmap is locked.  The old PDE has
5116          * PG_A set.  If the old PDE has PG_RW set, it also has PG_M
5117          * set.  Thus, there is no danger of a race with another
5118          * processor changing the setting of PG_A and/or PG_M between
5119          * the read above and the store below. 
5120          */
5121         if (workaround_erratum383)
5122                 pmap_update_pde(pmap, va, pde, newpde);
5123         else
5124                 pde_store(pde, newpde);
5125
5126         /*
5127          * Invalidate a stale recursive mapping of the page table page.
5128          */
5129         if (in_kernel)
5130                 pmap_invalidate_page(pmap, (vm_offset_t)vtopte(va));
5131
5132         /*
5133          * Demote the PV entry.
5134          */
5135         if ((oldpde & PG_MANAGED) != 0)
5136                 pmap_pv_demote_pde(pmap, va, oldpde & PG_PS_FRAME, lockp);
5137
5138         atomic_add_long(&pmap_pde_demotions, 1);
5139         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_demote_pde: success for va %#lx in pmap %p",
5140             va, pmap);
5141         return (TRUE);
5142 }
5143
5144 /*
5145  * pmap_remove_kernel_pde: Remove a kernel superpage mapping.
5146  */
5147 static void
5148 pmap_remove_kernel_pde(pmap_t pmap, pd_entry_t *pde, vm_offset_t va)
5149 {
5150         pd_entry_t newpde;
5151         vm_paddr_t mptepa;
5152         vm_page_t mpte;
5153
5154         KASSERT(pmap == kernel_pmap, ("pmap %p is not kernel_pmap", pmap));
5155         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
5156         mpte = pmap_remove_pt_page(pmap, va);
5157         if (mpte == NULL)
5158                 panic("pmap_remove_kernel_pde: Missing pt page.");
5159
5160         mptepa = VM_PAGE_TO_PHYS(mpte);
5161         newpde = mptepa | X86_PG_M | X86_PG_A | X86_PG_RW | X86_PG_V;
5162
5163         /*
5164          * If this page table page was unmapped by a promotion, then it
5165          * contains valid mappings.  Zero it to invalidate those mappings.
5166          */
5167         if (mpte->valid != 0)
5168                 pagezero((void *)PHYS_TO_DMAP(mptepa));
5169
5170         /*
5171          * Demote the mapping.
5172          */
5173         if (workaround_erratum383)
5174                 pmap_update_pde(pmap, va, pde, newpde);
5175         else
5176                 pde_store(pde, newpde);
5177
5178         /*
5179          * Invalidate a stale recursive mapping of the page table page.
5180          */
5181         pmap_invalidate_page(pmap, (vm_offset_t)vtopte(va));
5182 }
5183
5184 /*
5185  * pmap_remove_pde: do the things to unmap a superpage in a process
5186  */
5187 static int
5188 pmap_remove_pde(pmap_t pmap, pd_entry_t *pdq, vm_offset_t sva,
5189     struct spglist *free, struct rwlock **lockp)
5190 {
5191         struct md_page *pvh;
5192         pd_entry_t oldpde;
5193         vm_offset_t eva, va;
5194         vm_page_t m, mpte;
5195         pt_entry_t PG_G, PG_A, PG_M, PG_RW;
5196
5197         PG_G = pmap_global_bit(pmap);
5198         PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
5199         PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
5200         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
5201
5202         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
5203         KASSERT((sva & PDRMASK) == 0,
5204             ("pmap_remove_pde: sva is not 2mpage aligned"));
5205         oldpde = pte_load_clear(pdq);
5206         if (oldpde & PG_W)
5207                 pmap->pm_stats.wired_count -= NBPDR / PAGE_SIZE;
5208         if ((oldpde & PG_G) != 0)
5209                 pmap_invalidate_pde_page(kernel_pmap, sva, oldpde);
5210         pmap_resident_count_dec(pmap, NBPDR / PAGE_SIZE);
5211         if (oldpde & PG_MANAGED) {
5212                 CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_PHYS(lockp, oldpde & PG_PS_FRAME);
5213                 pvh = pa_to_pvh(oldpde & PG_PS_FRAME);
5214                 pmap_pvh_free(pvh, pmap, sva);
5215                 eva = sva + NBPDR;
5216                 for (va = sva, m = PHYS_TO_VM_PAGE(oldpde & PG_PS_FRAME);
5217                     va < eva; va += PAGE_SIZE, m++) {
5218                         if ((oldpde & (PG_M | PG_RW)) == (PG_M | PG_RW))
5219                                 vm_page_dirty(m);
5220                         if (oldpde & PG_A)
5221                                 vm_page_aflag_set(m, PGA_REFERENCED);
5222                         if (TAILQ_EMPTY(&m->md.pv_list) &&
5223                             TAILQ_EMPTY(&pvh->pv_list))
5224                                 vm_page_aflag_clear(m, PGA_WRITEABLE);
5225                         pmap_delayed_invl_page(m);
5226                 }
5227         }
5228         if (pmap == kernel_pmap) {
5229                 pmap_remove_kernel_pde(pmap, pdq, sva);
5230         } else {
5231                 mpte = pmap_remove_pt_page(pmap, sva);
5232                 if (mpte != NULL) {
5233                         KASSERT(mpte->valid == VM_PAGE_BITS_ALL,
5234                             ("pmap_remove_pde: pte page not promoted"));
5235                         pmap_resident_count_dec(pmap, 1);
5236                         KASSERT(mpte->ref_count == NPTEPG,
5237                             ("pmap_remove_pde: pte page ref count error"));
5238                         mpte->ref_count = 0;
5239                         pmap_add_delayed_free_list(mpte, free, FALSE);
5240                 }
5241         }
5242         return (pmap_unuse_pt(pmap, sva, *pmap_pdpe(pmap, sva), free));
5243 }
5244
5245 /*
5246  * pmap_remove_pte: do the things to unmap a page in a process
5247  */
5248 static int
5249 pmap_remove_pte(pmap_t pmap, pt_entry_t *ptq, vm_offset_t va, 
5250     pd_entry_t ptepde, struct spglist *free, struct rwlock **lockp)
5251 {
5252         struct md_page *pvh;
5253         pt_entry_t oldpte, PG_A, PG_M, PG_RW;
5254         vm_page_t m;
5255
5256         PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
5257         PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
5258         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
5259
5260         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
5261         oldpte = pte_load_clear(ptq);
5262         if (oldpte & PG_W)
5263                 pmap->pm_stats.wired_count -= 1;
5264         pmap_resident_count_dec(pmap, 1);
5265         if (oldpte & PG_MANAGED) {
5266                 m = PHYS_TO_VM_PAGE(oldpte & PG_FRAME);
5267                 if ((oldpte & (PG_M | PG_RW)) == (PG_M | PG_RW))
5268                         vm_page_dirty(m);
5269                 if (oldpte & PG_A)
5270                         vm_page_aflag_set(m, PGA_REFERENCED);
5271                 CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_VM_PAGE(lockp, m);
5272                 pmap_pvh_free(&m->md, pmap, va);
5273                 if (TAILQ_EMPTY(&m->md.pv_list) &&
5274                     (m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0) {
5275                         pvh = pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
5276                         if (TAILQ_EMPTY(&pvh->pv_list))
5277                                 vm_page_aflag_clear(m, PGA_WRITEABLE);
5278                 }
5279                 pmap_delayed_invl_page(m);
5280         }
5281         return (pmap_unuse_pt(pmap, va, ptepde, free));
5282 }
5283
5284 /*
5285  * Remove a single page from a process address space
5286  */
5287 static void
5288 pmap_remove_page(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t *pde,
5289     struct spglist *free)
5290 {
5291         struct rwlock *lock;
5292         pt_entry_t *pte, PG_V;
5293
5294         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
5295         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
5296         if ((*pde & PG_V) == 0)
5297                 return;
5298         pte = pmap_pde_to_pte(pde, va);
5299         if ((*pte & PG_V) == 0)
5300                 return;
5301         lock = NULL;
5302         pmap_remove_pte(pmap, pte, va, *pde, free, &lock);
5303         if (lock != NULL)
5304                 rw_wunlock(lock);
5305         pmap_invalidate_page(pmap, va);
5306 }
5307
5308 /*
5309  * Removes the specified range of addresses from the page table page.
5310  */
5311 static bool
5312 pmap_remove_ptes(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva,
5313     pd_entry_t *pde, struct spglist *free, struct rwlock **lockp)
5314 {
5315         pt_entry_t PG_G, *pte;
5316         vm_offset_t va;
5317         bool anyvalid;
5318
5319         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
5320         PG_G = pmap_global_bit(pmap);
5321         anyvalid = false;
5322         va = eva;
5323         for (pte = pmap_pde_to_pte(pde, sva); sva != eva; pte++,
5324             sva += PAGE_SIZE) {
5325                 if (*pte == 0) {
5326                         if (va != eva) {
5327                                 pmap_invalidate_range(pmap, va, sva);
5328                                 va = eva;
5329                         }
5330                         continue;
5331                 }
5332                 if ((*pte & PG_G) == 0)
5333                         anyvalid = true;
5334                 else if (va == eva)
5335                         va = sva;
5336                 if (pmap_remove_pte(pmap, pte, sva, *pde, free, lockp)) {
5337                         sva += PAGE_SIZE;
5338                         break;
5339                 }
5340         }
5341         if (va != eva)
5342                 pmap_invalidate_range(pmap, va, sva);
5343         return (anyvalid);
5344 }
5345
5346 /*
5347  *      Remove the given range of addresses from the specified map.
5348  *
5349  *      It is assumed that the start and end are properly
5350  *      rounded to the page size.
5351  */
5352 void
5353 pmap_remove(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
5354 {
5355         struct rwlock *lock;
5356         vm_offset_t va_next;
5357         pml4_entry_t *pml4e;
5358         pdp_entry_t *pdpe;
5359         pd_entry_t ptpaddr, *pde;
5360         pt_entry_t PG_G, PG_V;
5361         struct spglist free;
5362         int anyvalid;
5363
5364         PG_G = pmap_global_bit(pmap);
5365         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
5366
5367         /*
5368          * Perform an unsynchronized read.  This is, however, safe.
5369          */
5370         if (pmap->pm_stats.resident_count == 0)
5371                 return;
5372
5373         anyvalid = 0;
5374         SLIST_INIT(&free);
5375
5376         pmap_delayed_invl_start();
5377         PMAP_LOCK(pmap);
5378         pmap_pkru_on_remove(pmap, sva, eva);
5379
5380         /*
5381          * special handling of removing one page.  a very
5382          * common operation and easy to short circuit some
5383          * code.
5384          */
5385         if (sva + PAGE_SIZE == eva) {
5386                 pde = pmap_pde(pmap, sva);
5387                 if (pde && (*pde & PG_PS) == 0) {
5388                         pmap_remove_page(pmap, sva, pde, &free);
5389                         goto out;
5390                 }
5391         }
5392
5393         lock = NULL;
5394         for (; sva < eva; sva = va_next) {
5395
5396                 if (pmap->pm_stats.resident_count == 0)
5397                         break;
5398
5399                 pml4e = pmap_pml4e(pmap, sva);
5400                 if ((*pml4e & PG_V) == 0) {
5401                         va_next = (sva + NBPML4) & ~PML4MASK;
5402                         if (va_next < sva)
5403                                 va_next = eva;
5404                         continue;
5405                 }
5406
5407                 pdpe = pmap_pml4e_to_pdpe(pml4e, sva);
5408                 if ((*pdpe & PG_V) == 0) {
5409                         va_next = (sva + NBPDP) & ~PDPMASK;
5410                         if (va_next < sva)
5411                                 va_next = eva;
5412                         continue;
5413                 }
5414
5415                 /*
5416                  * Calculate index for next page table.
5417                  */
5418                 va_next = (sva + NBPDR) & ~PDRMASK;
5419                 if (va_next < sva)
5420                         va_next = eva;
5421
5422                 pde = pmap_pdpe_to_pde(pdpe, sva);
5423                 ptpaddr = *pde;
5424
5425                 /*
5426                  * Weed out invalid mappings.
5427                  */
5428                 if (ptpaddr == 0)
5429                         continue;
5430
5431                 /*
5432                  * Check for large page.
5433                  */
5434                 if ((ptpaddr & PG_PS) != 0) {
5435                         /*
5436                          * Are we removing the entire large page?  If not,
5437                          * demote the mapping and fall through.
5438                          */
5439                         if (sva + NBPDR == va_next && eva >= va_next) {
5440                                 /*
5441                                  * The TLB entry for a PG_G mapping is
5442                                  * invalidated by pmap_remove_pde().
5443                                  */
5444                                 if ((ptpaddr & PG_G) == 0)
5445                                         anyvalid = 1;
5446                                 pmap_remove_pde(pmap, pde, sva, &free, &lock);
5447                                 continue;
5448                         } else if (!pmap_demote_pde_locked(pmap, pde, sva,
5449                             &lock)) {
5450                                 /* The large page mapping was destroyed. */
5451                                 continue;
5452                         } else
5453                                 ptpaddr = *pde;
5454                 }
5455
5456                 /*
5457                  * Limit our scan to either the end of the va represented
5458                  * by the current page table page, or to the end of the
5459                  * range being removed.
5460                  */
5461                 if (va_next > eva)
5462                         va_next = eva;
5463
5464                 if (pmap_remove_ptes(pmap, sva, va_next, pde, &free, &lock))
5465                         anyvalid = 1;
5466         }
5467         if (lock != NULL)
5468                 rw_wunlock(lock);
5469 out:
5470         if (anyvalid)
5471                 pmap_invalidate_all(pmap);
5472         PMAP_UNLOCK(pmap);
5473         pmap_delayed_invl_finish();
5474         vm_page_free_pages_toq(&free, true);
5475 }
5476
5477 /*
5478  *      Routine:        pmap_remove_all
5479  *      Function:
5480  *              Removes this physical page from
5481  *              all physical maps in which it resides.
5482  *              Reflects back modify bits to the pager.
5483  *
5484  *      Notes:
5485  *              Original versions of this routine were very
5486  *              inefficient because they iteratively called
5487  *              pmap_remove (slow...)
5488  */
5489
5490 void
5491 pmap_remove_all(vm_page_t m)
5492 {
5493         struct md_page *pvh;
5494         pv_entry_t pv;
5495         pmap_t pmap;
5496         struct rwlock *lock;
5497         pt_entry_t *pte, tpte, PG_A, PG_M, PG_RW;
5498         pd_entry_t *pde;
5499         vm_offset_t va;
5500         struct spglist free;
5501         int pvh_gen, md_gen;
5502
5503         KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
5504             ("pmap_remove_all: page %p is not managed", m));
5505         SLIST_INIT(&free);
5506         lock = VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m);
5507         pvh = (m->flags & PG_FICTITIOUS) != 0 ? &pv_dummy :
5508             pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
5509 retry:
5510         rw_wlock(lock);
5511         while ((pv = TAILQ_FIRST(&pvh->pv_list)) != NULL) {
5512                 pmap = PV_PMAP(pv);
5513                 if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
5514                         pvh_gen = pvh->pv_gen;
5515                         rw_wunlock(lock);
5516                         PMAP_LOCK(pmap);
5517                         rw_wlock(lock);
5518                         if (pvh_gen != pvh->pv_gen) {
5519                                 rw_wunlock(lock);
5520                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
5521                                 goto retry;
5522                         }
5523                 }
5524                 va = pv->pv_va;
5525                 pde = pmap_pde(pmap, va);
5526                 (void)pmap_demote_pde_locked(pmap, pde, va, &lock);
5527                 PMAP_UNLOCK(pmap);
5528         }
5529         while ((pv = TAILQ_FIRST(&m->md.pv_list)) != NULL) {
5530                 pmap = PV_PMAP(pv);
5531                 if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
5532                         pvh_gen = pvh->pv_gen;
5533                         md_gen = m->md.pv_gen;
5534                         rw_wunlock(lock);
5535                         PMAP_LOCK(pmap);
5536                         rw_wlock(lock);
5537                         if (pvh_gen != pvh->pv_gen || md_gen != m->md.pv_gen) {
5538                                 rw_wunlock(lock);
5539                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
5540                                 goto retry;
5541                         }
5542                 }
5543                 PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
5544                 PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
5545                 PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
5546                 pmap_resident_count_dec(pmap, 1);
5547                 pde = pmap_pde(pmap, pv->pv_va);
5548                 KASSERT((*pde & PG_PS) == 0, ("pmap_remove_all: found"
5549                     " a 2mpage in page %p's pv list", m));
5550                 pte = pmap_pde_to_pte(pde, pv->pv_va);
5551                 tpte = pte_load_clear(pte);
5552                 if (tpte & PG_W)
5553                         pmap->pm_stats.wired_count--;
5554                 if (tpte & PG_A)
5555                         vm_page_aflag_set(m, PGA_REFERENCED);
5556
5557                 /*
5558                  * Update the vm_page_t clean and reference bits.
5559                  */
5560                 if ((tpte & (PG_M | PG_RW)) == (PG_M | PG_RW))
5561                         vm_page_dirty(m);
5562                 pmap_unuse_pt(pmap, pv->pv_va, *pde, &free);
5563                 pmap_invalidate_page(pmap, pv->pv_va);
5564                 TAILQ_REMOVE(&m->md.pv_list, pv, pv_next);
5565                 m->md.pv_gen++;
5566                 free_pv_entry(pmap, pv);
5567                 PMAP_UNLOCK(pmap);
5568         }
5569         vm_page_aflag_clear(m, PGA_WRITEABLE);
5570         rw_wunlock(lock);
5571         pmap_delayed_invl_wait(m);
5572         vm_page_free_pages_toq(&free, true);
5573 }
5574
5575 /*
5576  * pmap_protect_pde: do the things to protect a 2mpage in a process
5577  */
5578 static boolean_t
5579 pmap_protect_pde(pmap_t pmap, pd_entry_t *pde, vm_offset_t sva, vm_prot_t prot)
5580 {
5581         pd_entry_t newpde, oldpde;
5582         vm_page_t m, mt;
5583         boolean_t anychanged;
5584         pt_entry_t PG_G, PG_M, PG_RW;
5585
5586         PG_G = pmap_global_bit(pmap);
5587         PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
5588         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
5589
5590         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
5591         KASSERT((sva & PDRMASK) == 0,
5592             ("pmap_protect_pde: sva is not 2mpage aligned"));
5593         anychanged = FALSE;
5594 retry:
5595         oldpde = newpde = *pde;
5596         if ((prot & VM_PROT_WRITE) == 0) {
5597                 if ((oldpde & (PG_MANAGED | PG_M | PG_RW)) ==
5598                     (PG_MANAGED | PG_M | PG_RW)) {
5599                         m = PHYS_TO_VM_PAGE(oldpde & PG_PS_FRAME);
5600                         for (mt = m; mt < &m[NBPDR / PAGE_SIZE]; mt++)
5601                                 vm_page_dirty(mt);
5602                 }
5603                 newpde &= ~(PG_RW | PG_M);
5604         }
5605         if ((prot & VM_PROT_EXECUTE) == 0)
5606                 newpde |= pg_nx;
5607         if (newpde != oldpde) {
5608                 /*
5609                  * As an optimization to future operations on this PDE, clear
5610                  * PG_PROMOTED.  The impending invalidation will remove any
5611                  * lingering 4KB page mappings from the TLB.
5612                  */
5613                 if (!atomic_cmpset_long(pde, oldpde, newpde & ~PG_PROMOTED))
5614                         goto retry;
5615                 if ((oldpde & PG_G) != 0)
5616                         pmap_invalidate_pde_page(kernel_pmap, sva, oldpde);
5617                 else
5618                         anychanged = TRUE;
5619         }
5620         return (anychanged);
5621 }
5622
5623 /*
5624  *      Set the physical protection on the
5625  *      specified range of this map as requested.
5626  */
5627 void
5628 pmap_protect(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva, vm_prot_t prot)
5629 {
5630         vm_offset_t va_next;
5631         pml4_entry_t *pml4e;
5632         pdp_entry_t *pdpe;
5633         pd_entry_t ptpaddr, *pde;
5634         pt_entry_t *pte, PG_G, PG_M, PG_RW, PG_V;
5635         boolean_t anychanged;
5636
5637         KASSERT((prot & ~VM_PROT_ALL) == 0, ("invalid prot %x", prot));
5638         if (prot == VM_PROT_NONE) {
5639                 pmap_remove(pmap, sva, eva);
5640                 return;
5641         }
5642
5643         if ((prot & (VM_PROT_WRITE|VM_PROT_EXECUTE)) ==
5644             (VM_PROT_WRITE|VM_PROT_EXECUTE))
5645                 return;
5646
5647         PG_G = pmap_global_bit(pmap);
5648         PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
5649         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
5650         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
5651         anychanged = FALSE;
5652
5653         /*
5654          * Although this function delays and batches the invalidation
5655          * of stale TLB entries, it does not need to call
5656          * pmap_delayed_invl_start() and
5657          * pmap_delayed_invl_finish(), because it does not
5658          * ordinarily destroy mappings.  Stale TLB entries from
5659          * protection-only changes need only be invalidated before the
5660          * pmap lock is released, because protection-only changes do
5661          * not destroy PV entries.  Even operations that iterate over
5662          * a physical page's PV list of mappings, like
5663          * pmap_remove_write(), acquire the pmap lock for each
5664          * mapping.  Consequently, for protection-only changes, the
5665          * pmap lock suffices to synchronize both page table and TLB
5666          * updates.
5667          *
5668          * This function only destroys a mapping if pmap_demote_pde()
5669          * fails.  In that case, stale TLB entries are immediately
5670          * invalidated.
5671          */
5672         
5673         PMAP_LOCK(pmap);
5674         for (; sva < eva; sva = va_next) {
5675
5676                 pml4e = pmap_pml4e(pmap, sva);
5677                 if ((*pml4e & PG_V) == 0) {
5678                         va_next = (sva + NBPML4) & ~PML4MASK;
5679                         if (va_next < sva)
5680                                 va_next = eva;
5681                         continue;
5682                 }
5683
5684                 pdpe = pmap_pml4e_to_pdpe(pml4e, sva);
5685                 if ((*pdpe & PG_V) == 0) {
5686                         va_next = (sva + NBPDP) & ~PDPMASK;
5687                         if (va_next < sva)
5688                                 va_next = eva;
5689                         continue;
5690                 }
5691
5692                 va_next = (sva + NBPDR) & ~PDRMASK;
5693                 if (va_next < sva)
5694                         va_next = eva;
5695
5696                 pde = pmap_pdpe_to_pde(pdpe, sva);
5697                 ptpaddr = *pde;
5698
5699                 /*
5700                  * Weed out invalid mappings.
5701                  */
5702                 if (ptpaddr == 0)
5703                         continue;
5704
5705                 /*
5706                  * Check for large page.
5707                  */
5708                 if ((ptpaddr & PG_PS) != 0) {
5709                         /*
5710                          * Are we protecting the entire large page?  If not,
5711                          * demote the mapping and fall through.
5712                          */
5713                         if (sva + NBPDR == va_next && eva >= va_next) {
5714                                 /*
5715                                  * The TLB entry for a PG_G mapping is
5716                                  * invalidated by pmap_protect_pde().
5717                                  */
5718                                 if (pmap_protect_pde(pmap, pde, sva, prot))
5719                                         anychanged = TRUE;
5720                                 continue;
5721                         } else if (!pmap_demote_pde(pmap, pde, sva)) {
5722                                 /*
5723                                  * The large page mapping was destroyed.
5724                                  */
5725                                 continue;
5726                         }
5727                 }
5728
5729                 if (va_next > eva)
5730                         va_next = eva;
5731
5732                 for (pte = pmap_pde_to_pte(pde, sva); sva != va_next; pte++,
5733                     sva += PAGE_SIZE) {
5734                         pt_entry_t obits, pbits;
5735                         vm_page_t m;
5736
5737 retry:
5738                         obits = pbits = *pte;
5739                         if ((pbits & PG_V) == 0)
5740                                 continue;
5741
5742                         if ((prot & VM_PROT_WRITE) == 0) {
5743                                 if ((pbits & (PG_MANAGED | PG_M | PG_RW)) ==
5744                                     (PG_MANAGED | PG_M | PG_RW)) {
5745                                         m = PHYS_TO_VM_PAGE(pbits & PG_FRAME);
5746                                         vm_page_dirty(m);
5747                                 }
5748                                 pbits &= ~(PG_RW | PG_M);
5749                         }
5750                         if ((prot & VM_PROT_EXECUTE) == 0)
5751                                 pbits |= pg_nx;
5752
5753                         if (pbits != obits) {
5754                                 if (!atomic_cmpset_long(pte, obits, pbits))
5755                                         goto retry;
5756                                 if (obits & PG_G)
5757                                         pmap_invalidate_page(pmap, sva);
5758                                 else
5759                                         anychanged = TRUE;
5760                         }
5761                 }
5762         }
5763         if (anychanged)
5764                 pmap_invalidate_all(pmap);
5765         PMAP_UNLOCK(pmap);
5766 }
5767
5768 #if VM_NRESERVLEVEL > 0
5769 static bool
5770 pmap_pde_ept_executable(pmap_t pmap, pd_entry_t pde)
5771 {
5772
5773         if (pmap->pm_type != PT_EPT)
5774                 return (false);
5775         return ((pde & EPT_PG_EXECUTE) != 0);
5776 }
5777
5778 /*
5779  * Tries to promote the 512, contiguous 4KB page mappings that are within a
5780  * single page table page (PTP) to a single 2MB page mapping.  For promotion
5781  * to occur, two conditions must be met: (1) the 4KB page mappings must map
5782  * aligned, contiguous physical memory and (2) the 4KB page mappings must have
5783  * identical characteristics. 
5784  */
5785 static void
5786 pmap_promote_pde(pmap_t pmap, pd_entry_t *pde, vm_offset_t va,
5787     struct rwlock **lockp)
5788 {
5789         pd_entry_t newpde;
5790         pt_entry_t *firstpte, oldpte, pa, *pte;
5791         pt_entry_t PG_G, PG_A, PG_M, PG_RW, PG_V, PG_PKU_MASK;
5792         vm_page_t mpte;
5793         int PG_PTE_CACHE;
5794
5795         PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
5796         PG_G = pmap_global_bit(pmap);
5797         PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
5798         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
5799         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
5800         PG_PKU_MASK = pmap_pku_mask_bit(pmap);
5801         PG_PTE_CACHE = pmap_cache_mask(pmap, 0);
5802
5803         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
5804
5805         /*
5806          * Examine the first PTE in the specified PTP.  Abort if this PTE is
5807          * either invalid, unused, or does not map the first 4KB physical page
5808          * within a 2MB page. 
5809          */
5810         firstpte = (pt_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(*pde & PG_FRAME);
5811 setpde:
5812         newpde = *firstpte;
5813         if ((newpde & ((PG_FRAME & PDRMASK) | PG_A | PG_V)) != (PG_A | PG_V) ||
5814             !pmap_allow_2m_x_page(pmap, pmap_pde_ept_executable(pmap,
5815             newpde))) {
5816                 atomic_add_long(&pmap_pde_p_failures, 1);
5817                 CTR2(KTR_PMAP, "pmap_promote_pde: failure for va %#lx"
5818                     " in pmap %p", va, pmap);
5819                 return;
5820         }
5821         if ((newpde & (PG_M | PG_RW)) == PG_RW) {
5822                 /*
5823                  * When PG_M is already clear, PG_RW can be cleared without
5824                  * a TLB invalidation.
5825                  */
5826                 if (!atomic_cmpset_long(firstpte, newpde, newpde & ~PG_RW))
5827                         goto setpde;
5828                 newpde &= ~PG_RW;
5829         }
5830
5831         /*
5832          * Examine each of the other PTEs in the specified PTP.  Abort if this
5833          * PTE maps an unexpected 4KB physical page or does not have identical
5834          * characteristics to the first PTE.
5835          */
5836         pa = (newpde & (PG_PS_FRAME | PG_A | PG_V)) + NBPDR - PAGE_SIZE;
5837         for (pte = firstpte + NPTEPG - 1; pte > firstpte; pte--) {
5838 setpte:
5839                 oldpte = *pte;
5840                 if ((oldpte & (PG_FRAME | PG_A | PG_V)) != pa) {
5841                         atomic_add_long(&pmap_pde_p_failures, 1);
5842                         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_promote_pde: failure for va %#lx"
5843                             " in pmap %p", va, pmap);
5844                         return;
5845                 }
5846                 if ((oldpte & (PG_M | PG_RW)) == PG_RW) {
5847                         /*
5848                          * When PG_M is already clear, PG_RW can be cleared
5849                          * without a TLB invalidation.
5850                          */
5851                         if (!atomic_cmpset_long(pte, oldpte, oldpte & ~PG_RW))
5852                                 goto setpte;
5853                         oldpte &= ~PG_RW;
5854                         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_promote_pde: protect for va %#lx"
5855                             " in pmap %p", (oldpte & PG_FRAME & PDRMASK) |
5856                             (va & ~PDRMASK), pmap);
5857                 }
5858                 if ((oldpte & PG_PTE_PROMOTE) != (newpde & PG_PTE_PROMOTE)) {
5859                         atomic_add_long(&pmap_pde_p_failures, 1);
5860                         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_promote_pde: failure for va %#lx"
5861                             " in pmap %p", va, pmap);
5862                         return;
5863                 }
5864                 pa -= PAGE_SIZE;
5865         }
5866
5867         /*
5868          * Save the page table page in its current state until the PDE
5869          * mapping the superpage is demoted by pmap_demote_pde() or
5870          * destroyed by pmap_remove_pde(). 
5871          */
5872         mpte = PHYS_TO_VM_PAGE(*pde & PG_FRAME);
5873         KASSERT(mpte >= vm_page_array &&
5874             mpte < &vm_page_array[vm_page_array_size],
5875             ("pmap_promote_pde: page table page is out of range"));
5876         KASSERT(mpte->pindex == pmap_pde_pindex(va),
5877             ("pmap_promote_pde: page table page's pindex is wrong"));
5878         if (pmap_insert_pt_page(pmap, mpte, true)) {
5879                 atomic_add_long(&pmap_pde_p_failures, 1);
5880                 CTR2(KTR_PMAP,
5881                     "pmap_promote_pde: failure for va %#lx in pmap %p", va,
5882                     pmap);
5883                 return;
5884         }
5885
5886         /*
5887          * Promote the pv entries.
5888          */
5889         if ((newpde & PG_MANAGED) != 0)
5890                 pmap_pv_promote_pde(pmap, va, newpde & PG_PS_FRAME, lockp);
5891
5892         /*
5893          * Propagate the PAT index to its proper position.
5894          */
5895         newpde = pmap_swap_pat(pmap, newpde);
5896
5897         /*
5898          * Map the superpage.
5899          */
5900         if (workaround_erratum383)
5901                 pmap_update_pde(pmap, va, pde, PG_PS | newpde);
5902         else
5903                 pde_store(pde, PG_PROMOTED | PG_PS | newpde);
5904
5905         atomic_add_long(&pmap_pde_promotions, 1);
5906         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_promote_pde: success for va %#lx"
5907             " in pmap %p", va, pmap);
5908 }
5909 #endif /* VM_NRESERVLEVEL > 0 */
5910
5911 /*
5912  *      Insert the given physical page (p) at
5913  *      the specified virtual address (v) in the
5914  *      target physical map with the protection requested.
5915  *
5916  *      If specified, the page will be wired down, meaning
5917  *      that the related pte can not be reclaimed.
5918  *
5919  *      NB:  This is the only routine which MAY NOT lazy-evaluate
5920  *      or lose information.  That is, this routine must actually
5921  *      insert this page into the given map NOW.
5922  *
5923  *      When destroying both a page table and PV entry, this function
5924  *      performs the TLB invalidation before releasing the PV list
5925  *      lock, so we do not need pmap_delayed_invl_page() calls here.
5926  */
5927 int
5928 pmap_enter(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m, vm_prot_t prot,
5929     u_int flags, int8_t psind)
5930 {
5931         struct rwlock *lock;
5932         pd_entry_t *pde;
5933         pt_entry_t *pte, PG_G, PG_A, PG_M, PG_RW, PG_V;
5934         pt_entry_t newpte, origpte;
5935         pv_entry_t pv;
5936         vm_paddr_t opa, pa;
5937         vm_page_t mpte, om;
5938         int rv;
5939         boolean_t nosleep;
5940
5941         PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
5942         PG_G = pmap_global_bit(pmap);
5943         PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
5944         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
5945         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
5946
5947         va = trunc_page(va);
5948         KASSERT(va <= VM_MAX_KERNEL_ADDRESS, ("pmap_enter: toobig"));
5949         KASSERT(va < UPT_MIN_ADDRESS || va >= UPT_MAX_ADDRESS,
5950             ("pmap_enter: invalid to pmap_enter page table pages (va: 0x%lx)",
5951             va));
5952         KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) != 0 || va < kmi.clean_sva ||
5953             va >= kmi.clean_eva,
5954             ("pmap_enter: managed mapping within the clean submap"));
5955         if ((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0)
5956                 VM_PAGE_OBJECT_BUSY_ASSERT(m);
5957         KASSERT((flags & PMAP_ENTER_RESERVED) == 0,
5958             ("pmap_enter: flags %u has reserved bits set", flags));
5959         pa = VM_PAGE_TO_PHYS(m);
5960         newpte = (pt_entry_t)(pa | PG_A | PG_V);
5961         if ((flags & VM_PROT_WRITE) != 0)
5962                 newpte |= PG_M;
5963         if ((prot & VM_PROT_WRITE) != 0)
5964                 newpte |= PG_RW;
5965         KASSERT((newpte & (PG_M | PG_RW)) != PG_M,
5966             ("pmap_enter: flags includes VM_PROT_WRITE but prot doesn't"));
5967         if ((prot & VM_PROT_EXECUTE) == 0)
5968                 newpte |= pg_nx;
5969         if ((flags & PMAP_ENTER_WIRED) != 0)
5970                 newpte |= PG_W;
5971         if (va < VM_MAXUSER_ADDRESS)
5972                 newpte |= PG_U;
5973         if (pmap == kernel_pmap)
5974                 newpte |= PG_G;
5975         newpte |= pmap_cache_bits(pmap, m->md.pat_mode, psind > 0);
5976
5977         /*
5978          * Set modified bit gratuitously for writeable mappings if
5979          * the page is unmanaged. We do not want to take a fault
5980          * to do the dirty bit accounting for these mappings.
5981          */
5982         if ((m->oflags & VPO_UNMANAGED) != 0) {
5983                 if ((newpte & PG_RW) != 0)
5984                         newpte |= PG_M;
5985         } else
5986                 newpte |= PG_MANAGED;
5987
5988         lock = NULL;
5989         PMAP_LOCK(pmap);
5990         if (psind == 1) {
5991                 /* Assert the required virtual and physical alignment. */ 
5992                 KASSERT((va & PDRMASK) == 0, ("pmap_enter: va unaligned"));
5993                 KASSERT(m->psind > 0, ("pmap_enter: m->psind < psind"));
5994                 rv = pmap_enter_pde(pmap, va, newpte | PG_PS, flags, m, &lock);
5995                 goto out;
5996         }
5997         mpte = NULL;
5998
5999         /*
6000          * In the case that a page table page is not
6001          * resident, we are creating it here.
6002          */
6003 retry:
6004         pde = pmap_pde(pmap, va);
6005         if (pde != NULL && (*pde & PG_V) != 0 && ((*pde & PG_PS) == 0 ||
6006             pmap_demote_pde_locked(pmap, pde, va, &lock))) {
6007                 pte = pmap_pde_to_pte(pde, va);
6008                 if (va < VM_MAXUSER_ADDRESS && mpte == NULL) {
6009                         mpte = PHYS_TO_VM_PAGE(*pde & PG_FRAME);
6010                         mpte->ref_count++;
6011                 }
6012         } else if (va < VM_MAXUSER_ADDRESS) {
6013                 /*
6014                  * Here if the pte page isn't mapped, or if it has been
6015                  * deallocated.
6016                  */
6017                 nosleep = (flags & PMAP_ENTER_NOSLEEP) != 0;
6018                 mpte = _pmap_allocpte(pmap, pmap_pde_pindex(va),
6019                     nosleep ? NULL : &lock);
6020                 if (mpte == NULL && nosleep) {
6021                         rv = KERN_RESOURCE_SHORTAGE;
6022                         goto out;
6023                 }
6024                 goto retry;
6025         } else
6026                 panic("pmap_enter: invalid page directory va=%#lx", va);
6027
6028         origpte = *pte;
6029         pv = NULL;
6030         if (va < VM_MAXUSER_ADDRESS && pmap->pm_type == PT_X86)
6031                 newpte |= pmap_pkru_get(pmap, va);
6032
6033         /*
6034          * Is the specified virtual address already mapped?
6035          */
6036         if ((origpte & PG_V) != 0) {
6037                 /*
6038                  * Wiring change, just update stats. We don't worry about
6039                  * wiring PT pages as they remain resident as long as there
6040                  * are valid mappings in them. Hence, if a user page is wired,
6041                  * the PT page will be also.
6042                  */
6043                 if ((newpte & PG_W) != 0 && (origpte & PG_W) == 0)
6044                         pmap->pm_stats.wired_count++;
6045                 else if ((newpte & PG_W) == 0 && (origpte & PG_W) != 0)
6046                         pmap->pm_stats.wired_count--;
6047
6048                 /*
6049                  * Remove the extra PT page reference.
6050                  */
6051                 if (mpte != NULL) {
6052                         mpte->ref_count--;
6053                         KASSERT(mpte->ref_count > 0,
6054                             ("pmap_enter: missing reference to page table page,"
6055                              " va: 0x%lx", va));
6056                 }
6057
6058                 /*
6059                  * Has the physical page changed?
6060                  */
6061                 opa = origpte & PG_FRAME;
6062                 if (opa == pa) {
6063                         /*
6064                          * No, might be a protection or wiring change.
6065                          */
6066                         if ((origpte & PG_MANAGED) != 0 &&
6067                             (newpte & PG_RW) != 0)
6068                                 vm_page_aflag_set(m, PGA_WRITEABLE);
6069                         if (((origpte ^ newpte) & ~(PG_M | PG_A)) == 0)
6070                                 goto unchanged;
6071                         goto validate;
6072                 }
6073
6074                 /*
6075                  * The physical page has changed.  Temporarily invalidate
6076                  * the mapping.  This ensures that all threads sharing the
6077                  * pmap keep a consistent view of the mapping, which is
6078                  * necessary for the correct handling of COW faults.  It
6079                  * also permits reuse of the old mapping's PV entry,
6080                  * avoiding an allocation.
6081                  *
6082                  * For consistency, handle unmanaged mappings the same way.
6083                  */
6084                 origpte = pte_load_clear(pte);
6085                 KASSERT((origpte & PG_FRAME) == opa,
6086                     ("pmap_enter: unexpected pa update for %#lx", va));
6087                 if ((origpte & PG_MANAGED) != 0) {
6088                         om = PHYS_TO_VM_PAGE(opa);
6089
6090                         /*
6091                          * The pmap lock is sufficient to synchronize with
6092                          * concurrent calls to pmap_page_test_mappings() and
6093                          * pmap_ts_referenced().
6094                          */
6095                         if ((origpte & (PG_M | PG_RW)) == (PG_M | PG_RW))
6096                                 vm_page_dirty(om);
6097                         if ((origpte & PG_A) != 0)
6098                                 vm_page_aflag_set(om, PGA_REFERENCED);
6099                         CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_PHYS(&lock, opa);
6100                         pv = pmap_pvh_remove(&om->md, pmap, va);
6101                         KASSERT(pv != NULL,
6102                             ("pmap_enter: no PV entry for %#lx", va));
6103                         if ((newpte & PG_MANAGED) == 0)
6104                                 free_pv_entry(pmap, pv);
6105                         if ((om->aflags & PGA_WRITEABLE) != 0 &&
6106                             TAILQ_EMPTY(&om->md.pv_list) &&
6107                             ((om->flags & PG_FICTITIOUS) != 0 ||
6108                             TAILQ_EMPTY(&pa_to_pvh(opa)->pv_list)))
6109                                 vm_page_aflag_clear(om, PGA_WRITEABLE);
6110                 }
6111                 if ((origpte & PG_A) != 0)
6112                         pmap_invalidate_page(pmap, va);
6113                 origpte = 0;
6114         } else {
6115                 /*
6116                  * Increment the counters.
6117                  */
6118                 if ((newpte & PG_W) != 0)
6119                         pmap->pm_stats.wired_count++;
6120                 pmap_resident_count_inc(pmap, 1);
6121         }
6122
6123         /*
6124          * Enter on the PV list if part of our managed memory.
6125          */
6126         if ((newpte & PG_MANAGED) != 0) {
6127                 if (pv == NULL) {
6128                         pv = get_pv_entry(pmap, &lock);
6129                         pv->pv_va = va;
6130                 }
6131                 CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_PHYS(&lock, pa);
6132                 TAILQ_INSERT_TAIL(&m->md.pv_list, pv, pv_next);
6133                 m->md.pv_gen++;
6134                 if ((newpte & PG_RW) != 0)
6135                         vm_page_aflag_set(m, PGA_WRITEABLE);
6136         }
6137
6138         /*
6139          * Update the PTE.
6140          */
6141         if ((origpte & PG_V) != 0) {
6142 validate:
6143                 origpte = pte_load_store(pte, newpte);
6144                 KASSERT((origpte & PG_FRAME) == pa,
6145                     ("pmap_enter: unexpected pa update for %#lx", va));
6146                 if ((newpte & PG_M) == 0 && (origpte & (PG_M | PG_RW)) ==
6147                     (PG_M | PG_RW)) {
6148                         if ((origpte & PG_MANAGED) != 0)
6149                                 vm_page_dirty(m);
6150
6151                         /*
6152                          * Although the PTE may still have PG_RW set, TLB
6153                          * invalidation may nonetheless be required because
6154                          * the PTE no longer has PG_M set.
6155                          */
6156                 } else if ((origpte & PG_NX) != 0 || (newpte & PG_NX) == 0) {
6157                         /*
6158                          * This PTE change does not require TLB invalidation.
6159                          */
6160                         goto unchanged;
6161                 }
6162                 if ((origpte & PG_A) != 0)
6163                         pmap_invalidate_page(pmap, va);
6164         } else
6165                 pte_store(pte, newpte);
6166
6167 unchanged:
6168
6169 #if VM_NRESERVLEVEL > 0
6170         /*
6171          * If both the page table page and the reservation are fully
6172          * populated, then attempt promotion.
6173          */
6174         if ((mpte == NULL || mpte->ref_count == NPTEPG) &&
6175             pmap_ps_enabled(pmap) &&
6176             (m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0 &&
6177             vm_reserv_level_iffullpop(m) == 0)
6178                 pmap_promote_pde(pmap, pde, va, &lock);
6179 #endif
6180
6181         rv = KERN_SUCCESS;
6182 out:
6183         if (lock != NULL)
6184                 rw_wunlock(lock);
6185         PMAP_UNLOCK(pmap);
6186         return (rv);
6187 }
6188
6189 /*
6190  * Tries to create a read- and/or execute-only 2MB page mapping.  Returns true
6191  * if successful.  Returns false if (1) a page table page cannot be allocated
6192  * without sleeping, (2) a mapping already exists at the specified virtual
6193  * address, or (3) a PV entry cannot be allocated without reclaiming another
6194  * PV entry.
6195  */
6196 static bool
6197 pmap_enter_2mpage(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m, vm_prot_t prot,
6198     struct rwlock **lockp)
6199 {
6200         pd_entry_t newpde;
6201         pt_entry_t PG_V;
6202
6203         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
6204         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
6205         newpde = VM_PAGE_TO_PHYS(m) | pmap_cache_bits(pmap, m->md.pat_mode, 1) |
6206             PG_PS | PG_V;
6207         if ((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0)
6208                 newpde |= PG_MANAGED;
6209         if ((prot & VM_PROT_EXECUTE) == 0)
6210                 newpde |= pg_nx;
6211         if (va < VM_MAXUSER_ADDRESS)
6212                 newpde |= PG_U;
6213         return (pmap_enter_pde(pmap, va, newpde, PMAP_ENTER_NOSLEEP |
6214             PMAP_ENTER_NOREPLACE | PMAP_ENTER_NORECLAIM, NULL, lockp) ==
6215             KERN_SUCCESS);
6216 }
6217
6218 /*
6219  * Tries to create the specified 2MB page mapping.  Returns KERN_SUCCESS if
6220  * the mapping was created, and either KERN_FAILURE or KERN_RESOURCE_SHORTAGE
6221  * otherwise.  Returns KERN_FAILURE if PMAP_ENTER_NOREPLACE was specified and
6222  * a mapping already exists at the specified virtual address.  Returns
6223  * KERN_RESOURCE_SHORTAGE if PMAP_ENTER_NOSLEEP was specified and a page table
6224  * page allocation failed.  Returns KERN_RESOURCE_SHORTAGE if
6225  * PMAP_ENTER_NORECLAIM was specified and a PV entry allocation failed.
6226  *
6227  * The parameter "m" is only used when creating a managed, writeable mapping.
6228  */
6229 static int
6230 pmap_enter_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t newpde, u_int flags,
6231     vm_page_t m, struct rwlock **lockp)
6232 {
6233         struct spglist free;
6234         pd_entry_t oldpde, *pde;
6235         pt_entry_t PG_G, PG_RW, PG_V;
6236         vm_page_t mt, pdpg;
6237
6238         KASSERT(pmap == kernel_pmap || (newpde & PG_W) == 0,
6239             ("pmap_enter_pde: cannot create wired user mapping"));
6240         PG_G = pmap_global_bit(pmap);
6241         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
6242         KASSERT((newpde & (pmap_modified_bit(pmap) | PG_RW)) != PG_RW,
6243             ("pmap_enter_pde: newpde is missing PG_M"));
6244         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
6245         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
6246
6247         if (!pmap_allow_2m_x_page(pmap, pmap_pde_ept_executable(pmap,
6248             newpde))) {
6249                 CTR2(KTR_PMAP, "pmap_enter_pde: 2m x blocked for va %#lx"
6250                     " in pmap %p", va, pmap);
6251                 return (KERN_FAILURE);
6252         }
6253         if ((pdpg = pmap_allocpde(pmap, va, (flags & PMAP_ENTER_NOSLEEP) != 0 ?
6254             NULL : lockp)) == NULL) {
6255                 CTR2(KTR_PMAP, "pmap_enter_pde: failure for va %#lx"
6256                     " in pmap %p", va, pmap);
6257                 return (KERN_RESOURCE_SHORTAGE);
6258         }
6259
6260         /*
6261          * If pkru is not same for the whole pde range, return failure
6262          * and let vm_fault() cope.  Check after pde allocation, since
6263          * it could sleep.
6264          */
6265         if (!pmap_pkru_same(pmap, va, va + NBPDR)) {
6266                 SLIST_INIT(&free);
6267                 if (pmap_unwire_ptp(pmap, va, pdpg, &free)) {
6268                         pmap_invalidate_page(pmap, va);
6269                         vm_page_free_pages_toq(&free, true);
6270                 }
6271                 return (KERN_FAILURE);
6272         }
6273         if (va < VM_MAXUSER_ADDRESS && pmap->pm_type == PT_X86) {
6274                 newpde &= ~X86_PG_PKU_MASK;
6275                 newpde |= pmap_pkru_get(pmap, va);
6276         }
6277
6278         pde = (pd_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(pdpg));
6279         pde = &pde[pmap_pde_index(va)];
6280         oldpde = *pde;
6281         if ((oldpde & PG_V) != 0) {
6282                 KASSERT(pdpg->ref_count > 1,
6283                     ("pmap_enter_pde: pdpg's reference count is too low"));
6284                 if ((flags & PMAP_ENTER_NOREPLACE) != 0) {
6285                         pdpg->ref_count--;
6286                         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_enter_pde: failure for va %#lx"
6287                             " in pmap %p", va, pmap);
6288                         return (KERN_FAILURE);
6289                 }
6290                 /* Break the existing mapping(s). */
6291                 SLIST_INIT(&free);
6292                 if ((oldpde & PG_PS) != 0) {
6293                         /*
6294                          * The reference to the PD page that was acquired by
6295                          * pmap_allocpde() ensures that it won't be freed.
6296                          * However, if the PDE resulted from a promotion, then
6297                          * a reserved PT page could be freed.
6298                          */
6299                         (void)pmap_remove_pde(pmap, pde, va, &free, lockp);
6300                         if ((oldpde & PG_G) == 0)
6301                                 pmap_invalidate_pde_page(pmap, va, oldpde);
6302                 } else {
6303                         pmap_delayed_invl_start();
6304                         if (pmap_remove_ptes(pmap, va, va + NBPDR, pde, &free,
6305                             lockp))
6306                                pmap_invalidate_all(pmap);
6307                         pmap_delayed_invl_finish();
6308                 }
6309                 vm_page_free_pages_toq(&free, true);
6310                 if (va >= VM_MAXUSER_ADDRESS) {
6311                         /*
6312                          * Both pmap_remove_pde() and pmap_remove_ptes() will
6313                          * leave the kernel page table page zero filled.
6314                          */
6315                         mt = PHYS_TO_VM_PAGE(*pde & PG_FRAME);
6316                         if (pmap_insert_pt_page(pmap, mt, false))
6317                                 panic("pmap_enter_pde: trie insert failed");
6318                 } else
6319                         KASSERT(*pde == 0, ("pmap_enter_pde: non-zero pde %p",
6320                             pde));
6321         }
6322         if ((newpde & PG_MANAGED) != 0) {
6323                 /*
6324                  * Abort this mapping if its PV entry could not be created.
6325                  */
6326                 if (!pmap_pv_insert_pde(pmap, va, newpde, flags, lockp)) {
6327                         SLIST_INIT(&free);
6328                         if (pmap_unwire_ptp(pmap, va, pdpg, &free)) {
6329                                 /*
6330                                  * Although "va" is not mapped, paging-
6331                                  * structure caches could nonetheless have
6332                                  * entries that refer to the freed page table
6333                                  * pages.  Invalidate those entries.
6334                                  */
6335                                 pmap_invalidate_page(pmap, va);
6336                                 vm_page_free_pages_toq(&free, true);
6337                         }
6338                         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_enter_pde: failure for va %#lx"
6339                             " in pmap %p", va, pmap);
6340                         return (KERN_RESOURCE_SHORTAGE);
6341                 }
6342                 if ((newpde & PG_RW) != 0) {
6343                         for (mt = m; mt < &m[NBPDR / PAGE_SIZE]; mt++)
6344                                 vm_page_aflag_set(mt, PGA_WRITEABLE);
6345                 }
6346         }
6347
6348         /*
6349          * Increment counters.
6350          */
6351         if ((newpde & PG_W) != 0)
6352                 pmap->pm_stats.wired_count += NBPDR / PAGE_SIZE;
6353         pmap_resident_count_inc(pmap, NBPDR / PAGE_SIZE);
6354
6355         /*
6356          * Map the superpage.  (This is not a promoted mapping; there will not
6357          * be any lingering 4KB page mappings in the TLB.)
6358          */
6359         pde_store(pde, newpde);
6360
6361         atomic_add_long(&pmap_pde_mappings, 1);
6362         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_enter_pde: success for va %#lx"
6363             " in pmap %p", va, pmap);
6364         return (KERN_SUCCESS);
6365 }
6366
6367 /*
6368  * Maps a sequence of resident pages belonging to the same object.
6369  * The sequence begins with the given page m_start.  This page is
6370  * mapped at the given virtual address start.  Each subsequent page is
6371  * mapped at a virtual address that is offset from start by the same
6372  * amount as the page is offset from m_start within the object.  The
6373  * last page in the sequence is the page with the largest offset from
6374  * m_start that can be mapped at a virtual address less than the given
6375  * virtual address end.  Not every virtual page between start and end
6376  * is mapped; only those for which a resident page exists with the
6377  * corresponding offset from m_start are mapped.
6378  */
6379 void
6380 pmap_enter_object(pmap_t pmap, vm_offset_t start, vm_offset_t end,
6381     vm_page_t m_start, vm_prot_t prot)
6382 {
6383         struct rwlock *lock;
6384         vm_offset_t va;
6385         vm_page_t m, mpte;
6386         vm_pindex_t diff, psize;
6387
6388         VM_OBJECT_ASSERT_LOCKED(m_start->object);
6389
6390         psize = atop(end - start);
6391         mpte = NULL;
6392         m = m_start;
6393         lock = NULL;
6394         PMAP_LOCK(pmap);
6395         while (m != NULL && (diff = m->pindex - m_start->pindex) < psize) {
6396                 va = start + ptoa(diff);
6397                 if ((va & PDRMASK) == 0 && va + NBPDR <= end &&
6398                     m->psind == 1 && pmap_ps_enabled(pmap) &&
6399                     pmap_allow_2m_x_page(pmap, (prot & VM_PROT_EXECUTE) != 0) &&
6400                     pmap_enter_2mpage(pmap, va, m, prot, &lock))
6401                         m = &m[NBPDR / PAGE_SIZE - 1];
6402                 else
6403                         mpte = pmap_enter_quick_locked(pmap, va, m, prot,
6404                             mpte, &lock);
6405                 m = TAILQ_NEXT(m, listq);
6406         }
6407         if (lock != NULL)
6408                 rw_wunlock(lock);
6409         PMAP_UNLOCK(pmap);
6410 }
6411
6412 /*
6413  * this code makes some *MAJOR* assumptions:
6414  * 1. Current pmap & pmap exists.
6415  * 2. Not wired.
6416  * 3. Read access.
6417  * 4. No page table pages.
6418  * but is *MUCH* faster than pmap_enter...
6419  */
6420
6421 void
6422 pmap_enter_quick(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m, vm_prot_t prot)
6423 {
6424         struct rwlock *lock;
6425
6426         lock = NULL;
6427         PMAP_LOCK(pmap);
6428         (void)pmap_enter_quick_locked(pmap, va, m, prot, NULL, &lock);
6429         if (lock != NULL)
6430                 rw_wunlock(lock);
6431         PMAP_UNLOCK(pmap);
6432 }
6433
6434 static vm_page_t
6435 pmap_enter_quick_locked(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m,
6436     vm_prot_t prot, vm_page_t mpte, struct rwlock **lockp)
6437 {
6438         struct spglist free;
6439         pt_entry_t newpte, *pte, PG_V;
6440
6441         KASSERT(va < kmi.clean_sva || va >= kmi.clean_eva ||
6442             (m->oflags & VPO_UNMANAGED) != 0,
6443             ("pmap_enter_quick_locked: managed mapping within the clean submap"));
6444         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
6445         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
6446
6447         /*
6448          * In the case that a page table page is not
6449          * resident, we are creating it here.
6450          */
6451         if (va < VM_MAXUSER_ADDRESS) {
6452                 vm_pindex_t ptepindex;
6453                 pd_entry_t *ptepa;
6454
6455                 /*
6456                  * Calculate pagetable page index
6457                  */
6458                 ptepindex = pmap_pde_pindex(va);
6459                 if (mpte && (mpte->pindex == ptepindex)) {
6460                         mpte->ref_count++;
6461                 } else {
6462                         /*
6463                          * Get the page directory entry
6464                          */
6465                         ptepa = pmap_pde(pmap, va);
6466
6467                         /*
6468                          * If the page table page is mapped, we just increment
6469                          * the hold count, and activate it.  Otherwise, we
6470                          * attempt to allocate a page table page.  If this
6471                          * attempt fails, we don't retry.  Instead, we give up.
6472                          */
6473                         if (ptepa && (*ptepa & PG_V) != 0) {
6474                                 if (*ptepa & PG_PS)
6475                                         return (NULL);
6476                                 mpte = PHYS_TO_VM_PAGE(*ptepa & PG_FRAME);
6477                                 mpte->ref_count++;
6478                         } else {
6479                                 /*
6480                                  * Pass NULL instead of the PV list lock
6481                                  * pointer, because we don't intend to sleep.
6482                                  */
6483                                 mpte = _pmap_allocpte(pmap, ptepindex, NULL);
6484                                 if (mpte == NULL)
6485                                         return (mpte);
6486                         }
6487                 }
6488                 pte = (pt_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(mpte));
6489                 pte = &pte[pmap_pte_index(va)];
6490         } else {
6491                 mpte = NULL;
6492                 pte = vtopte(va);
6493         }
6494         if (*pte) {
6495                 if (mpte != NULL) {
6496                         mpte->ref_count--;
6497                         mpte = NULL;
6498                 }
6499                 return (mpte);
6500         }
6501
6502         /*
6503          * Enter on the PV list if part of our managed memory.
6504          */
6505         if ((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0 &&
6506             !pmap_try_insert_pv_entry(pmap, va, m, lockp)) {
6507                 if (mpte != NULL) {
6508                         SLIST_INIT(&free);
6509                         if (pmap_unwire_ptp(pmap, va, mpte, &free)) {
6510                                 /*
6511                                  * Although "va" is not mapped, paging-
6512                                  * structure caches could nonetheless have
6513                                  * entries that refer to the freed page table
6514                                  * pages.  Invalidate those entries.
6515                                  */
6516                                 pmap_invalidate_page(pmap, va);
6517                                 vm_page_free_pages_toq(&free, true);
6518                         }
6519                         mpte = NULL;
6520                 }
6521                 return (mpte);
6522         }
6523
6524         /*
6525          * Increment counters
6526          */
6527         pmap_resident_count_inc(pmap, 1);
6528
6529         newpte = VM_PAGE_TO_PHYS(m) | PG_V |
6530             pmap_cache_bits(pmap, m->md.pat_mode, 0);
6531         if ((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0)
6532                 newpte |= PG_MANAGED;
6533         if ((prot & VM_PROT_EXECUTE) == 0)
6534                 newpte |= pg_nx;
6535         if (va < VM_MAXUSER_ADDRESS)
6536                 newpte |= PG_U | pmap_pkru_get(pmap, va);
6537         pte_store(pte, newpte);
6538         return (mpte);
6539 }
6540
6541 /*
6542  * Make a temporary mapping for a physical address.  This is only intended
6543  * to be used for panic dumps.
6544  */
6545 void *
6546 pmap_kenter_temporary(vm_paddr_t pa, int i)
6547 {
6548         vm_offset_t va;
6549
6550         va = (vm_offset_t)crashdumpmap + (i * PAGE_SIZE);
6551         pmap_kenter(va, pa);
6552         invlpg(va);
6553         return ((void *)crashdumpmap);
6554 }
6555
6556 /*
6557  * This code maps large physical mmap regions into the
6558  * processor address space.  Note that some shortcuts
6559  * are taken, but the code works.
6560  */
6561 void
6562 pmap_object_init_pt(pmap_t pmap, vm_offset_t addr, vm_object_t object,
6563     vm_pindex_t pindex, vm_size_t size)
6564 {
6565         pd_entry_t *pde;
6566         pt_entry_t PG_A, PG_M, PG_RW, PG_V;
6567         vm_paddr_t pa, ptepa;
6568         vm_page_t p, pdpg;
6569         int pat_mode;
6570
6571         PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
6572         PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
6573         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
6574         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
6575
6576         VM_OBJECT_ASSERT_WLOCKED(object);
6577         KASSERT(object->type == OBJT_DEVICE || object->type == OBJT_SG,
6578             ("pmap_object_init_pt: non-device object"));
6579         if ((addr & (NBPDR - 1)) == 0 && (size & (NBPDR - 1)) == 0) {
6580                 if (!pmap_ps_enabled(pmap))
6581                         return;
6582                 if (!vm_object_populate(object, pindex, pindex + atop(size)))
6583                         return;
6584                 p = vm_page_lookup(object, pindex);
6585                 KASSERT(p->valid == VM_PAGE_BITS_ALL,
6586                     ("pmap_object_init_pt: invalid page %p", p));
6587                 pat_mode = p->md.pat_mode;
6588
6589                 /*
6590                  * Abort the mapping if the first page is not physically
6591                  * aligned to a 2MB page boundary.
6592                  */
6593                 ptepa = VM_PAGE_TO_PHYS(p);
6594                 if (ptepa & (NBPDR - 1))
6595                         return;
6596
6597                 /*
6598                  * Skip the first page.  Abort the mapping if the rest of
6599                  * the pages are not physically contiguous or have differing
6600                  * memory attributes.
6601                  */
6602                 p = TAILQ_NEXT(p, listq);
6603                 for (pa = ptepa + PAGE_SIZE; pa < ptepa + size;
6604                     pa += PAGE_SIZE) {
6605                         KASSERT(p->valid == VM_PAGE_BITS_ALL,
6606                             ("pmap_object_init_pt: invalid page %p", p));
6607                         if (pa != VM_PAGE_TO_PHYS(p) ||
6608                             pat_mode != p->md.pat_mode)
6609                                 return;
6610                         p = TAILQ_NEXT(p, listq);
6611                 }
6612
6613                 /*
6614                  * Map using 2MB pages.  Since "ptepa" is 2M aligned and
6615                  * "size" is a multiple of 2M, adding the PAT setting to "pa"
6616                  * will not affect the termination of this loop.
6617                  */ 
6618                 PMAP_LOCK(pmap);
6619                 for (pa = ptepa | pmap_cache_bits(pmap, pat_mode, 1);
6620                     pa < ptepa + size; pa += NBPDR) {
6621                         pdpg = pmap_allocpde(pmap, addr, NULL);
6622                         if (pdpg == NULL) {
6623                                 /*
6624                                  * The creation of mappings below is only an
6625                                  * optimization.  If a page directory page
6626                                  * cannot be allocated without blocking,
6627                                  * continue on to the next mapping rather than
6628                                  * blocking.
6629                                  */
6630                                 addr += NBPDR;
6631                                 continue;
6632                         }
6633                         pde = (pd_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(pdpg));
6634                         pde = &pde[pmap_pde_index(addr)];
6635                         if ((*pde & PG_V) == 0) {
6636                                 pde_store(pde, pa | PG_PS | PG_M | PG_A |
6637                                     PG_U | PG_RW | PG_V);
6638                                 pmap_resident_count_inc(pmap, NBPDR / PAGE_SIZE);
6639                                 atomic_add_long(&pmap_pde_mappings, 1);
6640                         } else {
6641                                 /* Continue on if the PDE is already valid. */
6642                                 pdpg->ref_count--;
6643                                 KASSERT(pdpg->ref_count > 0,
6644                                     ("pmap_object_init_pt: missing reference "
6645                                     "to page directory page, va: 0x%lx", addr));
6646                         }
6647                         addr += NBPDR;
6648                 }
6649                 PMAP_UNLOCK(pmap);
6650         }
6651 }
6652
6653 /*
6654  *      Clear the wired attribute from the mappings for the specified range of
6655  *      addresses in the given pmap.  Every valid mapping within that range
6656  *      must have the wired attribute set.  In contrast, invalid mappings
6657  *      cannot have the wired attribute set, so they are ignored.
6658  *
6659  *      The wired attribute of the page table entry is not a hardware
6660  *      feature, so there is no need to invalidate any TLB entries.
6661  *      Since pmap_demote_pde() for the wired entry must never fail,
6662  *      pmap_delayed_invl_start()/finish() calls around the
6663  *      function are not needed.
6664  */
6665 void
6666 pmap_unwire(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
6667 {
6668         vm_offset_t va_next;
6669         pml4_entry_t *pml4e;
6670         pdp_entry_t *pdpe;
6671         pd_entry_t *pde;
6672         pt_entry_t *pte, PG_V;
6673
6674         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
6675         PMAP_LOCK(pmap);
6676         for (; sva < eva; sva = va_next) {
6677                 pml4e = pmap_pml4e(pmap, sva);
6678                 if ((*pml4e & PG_V) == 0) {
6679                         va_next = (sva + NBPML4) & ~PML4MASK;
6680                         if (va_next < sva)
6681                                 va_next = eva;
6682                         continue;
6683                 }
6684                 pdpe = pmap_pml4e_to_pdpe(pml4e, sva);
6685                 if ((*pdpe & PG_V) == 0) {
6686                         va_next = (sva + NBPDP) & ~PDPMASK;
6687                         if (va_next < sva)
6688                                 va_next = eva;
6689                         continue;
6690                 }
6691                 va_next = (sva + NBPDR) & ~PDRMASK;
6692                 if (va_next < sva)
6693                         va_next = eva;
6694                 pde = pmap_pdpe_to_pde(pdpe, sva);
6695                 if ((*pde & PG_V) == 0)
6696                         continue;
6697                 if ((*pde & PG_PS) != 0) {
6698                         if ((*pde & PG_W) == 0)
6699                                 panic("pmap_unwire: pde %#jx is missing PG_W",
6700                                     (uintmax_t)*pde);
6701
6702                         /*
6703                          * Are we unwiring the entire large page?  If not,
6704                          * demote the mapping and fall through.
6705                          */
6706                         if (sva + NBPDR == va_next && eva >= va_next) {
6707                                 atomic_clear_long(pde, PG_W);
6708                                 pmap->pm_stats.wired_count -= NBPDR /
6709                                     PAGE_SIZE;
6710                                 continue;
6711                         } else if (!pmap_demote_pde(pmap, pde, sva))
6712                                 panic("pmap_unwire: demotion failed");
6713                 }
6714                 if (va_next > eva)
6715                         va_next = eva;
6716                 for (pte = pmap_pde_to_pte(pde, sva); sva != va_next; pte++,
6717                     sva += PAGE_SIZE) {
6718                         if ((*pte & PG_V) == 0)
6719                                 continue;
6720                         if ((*pte & PG_W) == 0)
6721                                 panic("pmap_unwire: pte %#jx is missing PG_W",
6722                                     (uintmax_t)*pte);
6723
6724                         /*
6725                          * PG_W must be cleared atomically.  Although the pmap
6726                          * lock synchronizes access to PG_W, another processor
6727                          * could be setting PG_M and/or PG_A concurrently.
6728                          */
6729                         atomic_clear_long(pte, PG_W);
6730                         pmap->pm_stats.wired_count--;
6731                 }
6732         }
6733         PMAP_UNLOCK(pmap);
6734 }
6735
6736 /*
6737  *      Copy the range specified by src_addr/len
6738  *      from the source map to the range dst_addr/len
6739  *      in the destination map.
6740  *
6741  *      This routine is only advisory and need not do anything.
6742  */
6743 void
6744 pmap_copy(pmap_t dst_pmap, pmap_t src_pmap, vm_offset_t dst_addr, vm_size_t len,
6745     vm_offset_t src_addr)
6746 {
6747         struct rwlock *lock;
6748         struct spglist free;
6749         pml4_entry_t *pml4e;
6750         pdp_entry_t *pdpe;
6751         pd_entry_t *pde, srcptepaddr;
6752         pt_entry_t *dst_pte, PG_A, PG_M, PG_V, ptetemp, *src_pte;
6753         vm_offset_t addr, end_addr, va_next;
6754         vm_page_t dst_pdpg, dstmpte, srcmpte;
6755
6756         if (dst_addr != src_addr)
6757                 return;
6758
6759         if (dst_pmap->pm_type != src_pmap->pm_type)
6760                 return;
6761
6762         /*
6763          * EPT page table entries that require emulation of A/D bits are
6764          * sensitive to clearing the PG_A bit (aka EPT_PG_READ). Although
6765          * we clear PG_M (aka EPT_PG_WRITE) concomitantly, the PG_U bit
6766          * (aka EPT_PG_EXECUTE) could still be set. Since some EPT
6767          * implementations flag an EPT misconfiguration for exec-only
6768          * mappings we skip this function entirely for emulated pmaps.
6769          */
6770         if (pmap_emulate_ad_bits(dst_pmap))
6771                 return;
6772
6773         end_addr = src_addr + len;
6774         lock = NULL;
6775         if (dst_pmap < src_pmap) {
6776                 PMAP_LOCK(dst_pmap);
6777                 PMAP_LOCK(src_pmap);
6778         } else {
6779                 PMAP_LOCK(src_pmap);
6780                 PMAP_LOCK(dst_pmap);
6781         }
6782
6783         PG_A = pmap_accessed_bit(dst_pmap);
6784         PG_M = pmap_modified_bit(dst_pmap);
6785         PG_V = pmap_valid_bit(dst_pmap);
6786
6787         for (addr = src_addr; addr < end_addr; addr = va_next) {
6788                 KASSERT(addr < UPT_MIN_ADDRESS,
6789                     ("pmap_copy: invalid to pmap_copy page tables"));
6790
6791                 pml4e = pmap_pml4e(src_pmap, addr);
6792                 if ((*pml4e & PG_V) == 0) {
6793                         va_next = (addr + NBPML4) & ~PML4MASK;
6794                         if (va_next < addr)
6795                                 va_next = end_addr;
6796                         continue;
6797                 }
6798
6799                 pdpe = pmap_pml4e_to_pdpe(pml4e, addr);
6800                 if ((*pdpe & PG_V) == 0) {
6801                         va_next = (addr + NBPDP) & ~PDPMASK;
6802                         if (va_next < addr)
6803                                 va_next = end_addr;
6804                         continue;
6805                 }
6806
6807                 va_next = (addr + NBPDR) & ~PDRMASK;
6808                 if (va_next < addr)
6809                         va_next = end_addr;
6810
6811                 pde = pmap_pdpe_to_pde(pdpe, addr);
6812                 srcptepaddr = *pde;
6813                 if (srcptepaddr == 0)
6814                         continue;
6815                         
6816                 if (srcptepaddr & PG_PS) {
6817                         if ((addr & PDRMASK) != 0 || addr + NBPDR > end_addr)
6818                                 continue;
6819                         dst_pdpg = pmap_allocpde(dst_pmap, addr, NULL);
6820                         if (dst_pdpg == NULL)
6821                                 break;
6822                         pde = (pd_entry_t *)
6823                             PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(dst_pdpg));
6824                         pde = &pde[pmap_pde_index(addr)];
6825                         if (*pde == 0 && ((srcptepaddr & PG_MANAGED) == 0 ||
6826                             pmap_pv_insert_pde(dst_pmap, addr, srcptepaddr,
6827                             PMAP_ENTER_NORECLAIM, &lock))) {
6828                                 *pde = srcptepaddr & ~PG_W;
6829                                 pmap_resident_count_inc(dst_pmap, NBPDR /
6830                                     PAGE_SIZE);
6831                                 atomic_add_long(&pmap_pde_mappings, 1);
6832                         } else
6833                                 dst_pdpg->ref_count--;
6834                         continue;
6835                 }
6836
6837                 srcptepaddr &= PG_FRAME;
6838                 srcmpte = PHYS_TO_VM_PAGE(srcptepaddr);
6839                 KASSERT(srcmpte->ref_count > 0,
6840                     ("pmap_copy: source page table page is unused"));
6841
6842                 if (va_next > end_addr)
6843                         va_next = end_addr;
6844
6845                 src_pte = (pt_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(srcptepaddr);
6846                 src_pte = &src_pte[pmap_pte_index(addr)];
6847                 dstmpte = NULL;
6848                 for (; addr < va_next; addr += PAGE_SIZE, src_pte++) {
6849                         ptetemp = *src_pte;
6850
6851                         /*
6852                          * We only virtual copy managed pages.
6853                          */
6854                         if ((ptetemp & PG_MANAGED) == 0)
6855                                 continue;
6856
6857                         if (dstmpte != NULL) {
6858                                 KASSERT(dstmpte->pindex ==
6859                                     pmap_pde_pindex(addr),
6860                                     ("dstmpte pindex/addr mismatch"));
6861                                 dstmpte->ref_count++;
6862                         } else if ((dstmpte = pmap_allocpte(dst_pmap, addr,
6863                             NULL)) == NULL)
6864                                 goto out;
6865                         dst_pte = (pt_entry_t *)
6866                             PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(dstmpte));
6867                         dst_pte = &dst_pte[pmap_pte_index(addr)];
6868                         if (*dst_pte == 0 &&
6869                             pmap_try_insert_pv_entry(dst_pmap, addr,
6870                             PHYS_TO_VM_PAGE(ptetemp & PG_FRAME), &lock)) {
6871                                 /*
6872                                  * Clear the wired, modified, and accessed
6873                                  * (referenced) bits during the copy.
6874                                  */
6875                                 *dst_pte = ptetemp & ~(PG_W | PG_M | PG_A);
6876                                 pmap_resident_count_inc(dst_pmap, 1);
6877                         } else {
6878                                 SLIST_INIT(&free);
6879                                 if (pmap_unwire_ptp(dst_pmap, addr, dstmpte,
6880                                     &free)) {
6881                                         /*
6882                                          * Although "addr" is not mapped,
6883                                          * paging-structure caches could
6884                                          * nonetheless have entries that refer
6885                                          * to the freed page table pages.
6886                                          * Invalidate those entries.
6887                                          */
6888                                         pmap_invalidate_page(dst_pmap, addr);
6889                                         vm_page_free_pages_toq(&free, true);
6890                                 }
6891                                 goto out;
6892                         }
6893                         /* Have we copied all of the valid mappings? */ 
6894                         if (dstmpte->ref_count >= srcmpte->ref_count)
6895                                 break;
6896                 }
6897         }
6898 out:
6899         if (lock != NULL)
6900                 rw_wunlock(lock);
6901         PMAP_UNLOCK(src_pmap);
6902         PMAP_UNLOCK(dst_pmap);
6903 }
6904
6905 int
6906 pmap_vmspace_copy(pmap_t dst_pmap, pmap_t src_pmap)
6907 {
6908         int error;
6909
6910         if (dst_pmap->pm_type != src_pmap->pm_type ||
6911             dst_pmap->pm_type != PT_X86 ||
6912             (cpu_stdext_feature2 & CPUID_STDEXT2_PKU) == 0)
6913                 return (0);
6914         for (;;) {
6915                 if (dst_pmap < src_pmap) {
6916                         PMAP_LOCK(dst_pmap);
6917                         PMAP_LOCK(src_pmap);
6918                 } else {
6919                         PMAP_LOCK(src_pmap);
6920                         PMAP_LOCK(dst_pmap);
6921                 }
6922                 error = pmap_pkru_copy(dst_pmap, src_pmap);
6923                 /* Clean up partial copy on failure due to no memory. */
6924                 if (error == ENOMEM)
6925                         pmap_pkru_deassign_all(dst_pmap);
6926                 PMAP_UNLOCK(src_pmap);
6927                 PMAP_UNLOCK(dst_pmap);
6928                 if (error != ENOMEM)
6929                         break;
6930                 vm_wait(NULL);
6931         }
6932         return (error);
6933 }
6934
6935 /*
6936  * Zero the specified hardware page.
6937  */
6938 void
6939 pmap_zero_page(vm_page_t m)
6940 {
6941         vm_offset_t va = PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
6942
6943         pagezero((void *)va);
6944 }
6945
6946 /*
6947  * Zero an an area within a single hardware page.  off and size must not
6948  * cover an area beyond a single hardware page.
6949  */
6950 void
6951 pmap_zero_page_area(vm_page_t m, int off, int size)
6952 {
6953         vm_offset_t va = PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
6954
6955         if (off == 0 && size == PAGE_SIZE)
6956                 pagezero((void *)va);
6957         else
6958                 bzero((char *)va + off, size);
6959 }
6960
6961 /*
6962  * Copy 1 specified hardware page to another.
6963  */
6964 void
6965 pmap_copy_page(vm_page_t msrc, vm_page_t mdst)
6966 {
6967         vm_offset_t src = PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(msrc));
6968         vm_offset_t dst = PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(mdst));
6969
6970         pagecopy((void *)src, (void *)dst);
6971 }
6972
6973 int unmapped_buf_allowed = 1;
6974
6975 void
6976 pmap_copy_pages(vm_page_t ma[], vm_offset_t a_offset, vm_page_t mb[],
6977     vm_offset_t b_offset, int xfersize)
6978 {
6979         void *a_cp, *b_cp;
6980         vm_page_t pages[2];
6981         vm_offset_t vaddr[2], a_pg_offset, b_pg_offset;
6982         int cnt;
6983         boolean_t mapped;
6984
6985         while (xfersize > 0) {
6986                 a_pg_offset = a_offset & PAGE_MASK;
6987                 pages[0] = ma[a_offset >> PAGE_SHIFT];
6988                 b_pg_offset = b_offset & PAGE_MASK;
6989                 pages[1] = mb[b_offset >> PAGE_SHIFT];
6990                 cnt = min(xfersize, PAGE_SIZE - a_pg_offset);
6991                 cnt = min(cnt, PAGE_SIZE - b_pg_offset);
6992                 mapped = pmap_map_io_transient(pages, vaddr, 2, FALSE);
6993                 a_cp = (char *)vaddr[0] + a_pg_offset;
6994                 b_cp = (char *)vaddr[1] + b_pg_offset;
6995                 bcopy(a_cp, b_cp, cnt);
6996                 if (__predict_false(mapped))
6997                         pmap_unmap_io_transient(pages, vaddr, 2, FALSE);
6998                 a_offset += cnt;
6999                 b_offset += cnt;
7000                 xfersize -= cnt;
7001         }
7002 }
7003
7004 /*
7005  * Returns true if the pmap's pv is one of the first
7006  * 16 pvs linked to from this page.  This count may
7007  * be changed upwards or downwards in the future; it
7008  * is only necessary that true be returned for a small
7009  * subset of pmaps for proper page aging.
7010  */
7011 boolean_t
7012 pmap_page_exists_quick(pmap_t pmap, vm_page_t m)
7013 {
7014         struct md_page *pvh;
7015         struct rwlock *lock;
7016         pv_entry_t pv;
7017         int loops = 0;
7018         boolean_t rv;
7019
7020         KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
7021             ("pmap_page_exists_quick: page %p is not managed", m));
7022         rv = FALSE;
7023         lock = VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m);
7024         rw_rlock(lock);
7025         TAILQ_FOREACH(pv, &m->md.pv_list, pv_next) {
7026                 if (PV_PMAP(pv) == pmap) {
7027                         rv = TRUE;
7028                         break;
7029                 }
7030                 loops++;
7031                 if (loops >= 16)
7032                         break;
7033         }
7034         if (!rv && loops < 16 && (m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0) {
7035                 pvh = pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
7036                 TAILQ_FOREACH(pv, &pvh->pv_list, pv_next) {
7037                         if (PV_PMAP(pv) == pmap) {
7038                                 rv = TRUE;
7039                                 break;
7040                         }
7041                         loops++;
7042                         if (loops >= 16)
7043                                 break;
7044                 }
7045         }
7046         rw_runlock(lock);
7047         return (rv);
7048 }
7049
7050 /*
7051  *      pmap_page_wired_mappings:
7052  *
7053  *      Return the number of managed mappings to the given physical page
7054  *      that are wired.
7055  */
7056 int
7057 pmap_page_wired_mappings(vm_page_t m)
7058 {
7059         struct rwlock *lock;
7060         struct md_page *pvh;
7061         pmap_t pmap;
7062         pt_entry_t *pte;
7063         pv_entry_t pv;
7064         int count, md_gen, pvh_gen;
7065
7066         if ((m->oflags & VPO_UNMANAGED) != 0)
7067                 return (0);
7068         lock = VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m);
7069         rw_rlock(lock);
7070 restart:
7071         count = 0;
7072         TAILQ_FOREACH(pv, &m->md.pv_list, pv_next) {
7073                 pmap = PV_PMAP(pv);
7074                 if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
7075                         md_gen = m->md.pv_gen;
7076                         rw_runlock(lock);
7077                         PMAP_LOCK(pmap);
7078                         rw_rlock(lock);
7079                         if (md_gen != m->md.pv_gen) {
7080                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
7081                                 goto restart;
7082                         }
7083                 }
7084                 pte = pmap_pte(pmap, pv->pv_va);
7085                 if ((*pte & PG_W) != 0)
7086                         count++;
7087                 PMAP_UNLOCK(pmap);
7088         }
7089         if ((m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0) {
7090                 pvh = pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
7091                 TAILQ_FOREACH(pv, &pvh->pv_list, pv_next) {
7092                         pmap = PV_PMAP(pv);
7093                         if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
7094                                 md_gen = m->md.pv_gen;
7095                                 pvh_gen = pvh->pv_gen;
7096                                 rw_runlock(lock);
7097                                 PMAP_LOCK(pmap);
7098                                 rw_rlock(lock);
7099                                 if (md_gen != m->md.pv_gen ||
7100                                     pvh_gen != pvh->pv_gen) {
7101                                         PMAP_UNLOCK(pmap);
7102                                         goto restart;
7103                                 }
7104                         }
7105                         pte = pmap_pde(pmap, pv->pv_va);
7106                         if ((*pte & PG_W) != 0)
7107                                 count++;
7108                         PMAP_UNLOCK(pmap);
7109                 }
7110         }
7111         rw_runlock(lock);
7112         return (count);
7113 }
7114
7115 /*
7116  * Returns TRUE if the given page is mapped individually or as part of
7117  * a 2mpage.  Otherwise, returns FALSE.
7118  */
7119 boolean_t
7120 pmap_page_is_mapped(vm_page_t m)
7121 {
7122         struct rwlock *lock;
7123         boolean_t rv;
7124
7125         if ((m->oflags & VPO_UNMANAGED) != 0)
7126                 return (FALSE);
7127         lock = VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m);
7128         rw_rlock(lock);
7129         rv = !TAILQ_EMPTY(&m->md.pv_list) ||
7130             ((m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0 &&
7131             !TAILQ_EMPTY(&pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m))->pv_list));
7132         rw_runlock(lock);
7133         return (rv);
7134 }
7135
7136 /*
7137  * Destroy all managed, non-wired mappings in the given user-space
7138  * pmap.  This pmap cannot be active on any processor besides the
7139  * caller.
7140  *
7141  * This function cannot be applied to the kernel pmap.  Moreover, it
7142  * is not intended for general use.  It is only to be used during
7143  * process termination.  Consequently, it can be implemented in ways
7144  * that make it faster than pmap_remove().  First, it can more quickly
7145  * destroy mappings by iterating over the pmap's collection of PV
7146  * entries, rather than searching the page table.  Second, it doesn't
7147  * have to test and clear the page table entries atomically, because
7148  * no processor is currently accessing the user address space.  In
7149  * particular, a page table entry's dirty bit won't change state once
7150  * this function starts.
7151  *
7152  * Although this function destroys all of the pmap's managed,
7153  * non-wired mappings, it can delay and batch the invalidation of TLB
7154  * entries without calling pmap_delayed_invl_start() and
7155  * pmap_delayed_invl_finish().  Because the pmap is not active on
7156  * any other processor, none of these TLB entries will ever be used
7157  * before their eventual invalidation.  Consequently, there is no need
7158  * for either pmap_remove_all() or pmap_remove_write() to wait for
7159  * that eventual TLB invalidation.
7160  */
7161 void
7162 pmap_remove_pages(pmap_t pmap)
7163 {
7164         pd_entry_t ptepde;
7165         pt_entry_t *pte, tpte;
7166         pt_entry_t PG_M, PG_RW, PG_V;
7167         struct spglist free;
7168         struct pv_chunklist free_chunks[PMAP_MEMDOM];
7169         vm_page_t m, mpte, mt;
7170         pv_entry_t pv;
7171         struct md_page *pvh;
7172         struct pv_chunk *pc, *npc;
7173         struct rwlock *lock;
7174         int64_t bit;
7175         uint64_t inuse, bitmask;
7176         int allfree, field, freed, i, idx;
7177         boolean_t superpage;
7178         vm_paddr_t pa;
7179
7180         /*
7181          * Assert that the given pmap is only active on the current
7182          * CPU.  Unfortunately, we cannot block another CPU from
7183          * activating the pmap while this function is executing.
7184          */
7185         KASSERT(pmap == PCPU_GET(curpmap), ("non-current pmap %p", pmap));
7186 #ifdef INVARIANTS
7187         {
7188                 cpuset_t other_cpus;
7189
7190                 other_cpus = all_cpus;
7191                 critical_enter();
7192                 CPU_CLR(PCPU_GET(cpuid), &other_cpus);
7193                 CPU_AND(&other_cpus, &pmap->pm_active);
7194                 critical_exit();
7195                 KASSERT(CPU_EMPTY(&other_cpus), ("pmap active %p", pmap));
7196         }
7197 #endif
7198
7199         lock = NULL;
7200         PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
7201         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
7202         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
7203
7204         for (i = 0; i < PMAP_MEMDOM; i++)
7205                 TAILQ_INIT(&free_chunks[i]);
7206         SLIST_INIT(&free);
7207         PMAP_LOCK(pmap);
7208         TAILQ_FOREACH_SAFE(pc, &pmap->pm_pvchunk, pc_list, npc) {
7209                 allfree = 1;
7210                 freed = 0;
7211                 for (field = 0; field < _NPCM; field++) {
7212                         inuse = ~pc->pc_map[field] & pc_freemask[field];
7213                         while (inuse != 0) {
7214                                 bit = bsfq(inuse);
7215                                 bitmask = 1UL << bit;
7216                                 idx = field * 64 + bit;
7217                                 pv = &pc->pc_pventry[idx];
7218                                 inuse &= ~bitmask;
7219
7220                                 pte = pmap_pdpe(pmap, pv->pv_va);
7221                                 ptepde = *pte;
7222                                 pte = pmap_pdpe_to_pde(pte, pv->pv_va);
7223                                 tpte = *pte;
7224                                 if ((tpte & (PG_PS | PG_V)) == PG_V) {
7225                                         superpage = FALSE;
7226                                         ptepde = tpte;
7227                                         pte = (pt_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(tpte &
7228                                             PG_FRAME);
7229                                         pte = &pte[pmap_pte_index(pv->pv_va)];
7230                                         tpte = *pte;
7231                                 } else {
7232                                         /*
7233                                          * Keep track whether 'tpte' is a
7234                                          * superpage explicitly instead of
7235                                          * relying on PG_PS being set.
7236                                          *
7237                                          * This is because PG_PS is numerically
7238                                          * identical to PG_PTE_PAT and thus a
7239                                          * regular page could be mistaken for
7240                                          * a superpage.
7241                                          */
7242                                         superpage = TRUE;
7243                                 }
7244
7245                                 if ((tpte & PG_V) == 0) {
7246                                         panic("bad pte va %lx pte %lx",
7247                                             pv->pv_va, tpte);
7248                                 }
7249
7250 /*
7251  * We cannot remove wired pages from a process' mapping at this time
7252  */
7253                                 if (tpte & PG_W) {
7254                                         allfree = 0;
7255                                         continue;
7256                                 }
7257
7258                                 if (superpage)
7259                                         pa = tpte & PG_PS_FRAME;
7260                                 else
7261                                         pa = tpte & PG_FRAME;
7262
7263                                 m = PHYS_TO_VM_PAGE(pa);
7264                                 KASSERT(m->phys_addr == pa,
7265                                     ("vm_page_t %p phys_addr mismatch %016jx %016jx",
7266                                     m, (uintmax_t)m->phys_addr,
7267                                     (uintmax_t)tpte));
7268
7269                                 KASSERT((m->flags & PG_FICTITIOUS) != 0 ||
7270                                     m < &vm_page_array[vm_page_array_size],
7271                                     ("pmap_remove_pages: bad tpte %#jx",
7272                                     (uintmax_t)tpte));
7273
7274                                 pte_clear(pte);
7275
7276                                 /*
7277                                  * Update the vm_page_t clean/reference bits.
7278                                  */
7279                                 if ((tpte & (PG_M | PG_RW)) == (PG_M | PG_RW)) {
7280                                         if (superpage) {
7281                                                 for (mt = m; mt < &m[NBPDR / PAGE_SIZE]; mt++)
7282                                                         vm_page_dirty(mt);
7283                                         } else
7284                                                 vm_page_dirty(m);
7285                                 }
7286
7287                                 CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_VM_PAGE(&lock, m);
7288
7289                                 /* Mark free */
7290                                 pc->pc_map[field] |= bitmask;
7291                                 if (superpage) {
7292                                         pmap_resident_count_dec(pmap, NBPDR / PAGE_SIZE);
7293                                         pvh = pa_to_pvh(tpte & PG_PS_FRAME);
7294                                         TAILQ_REMOVE(&pvh->pv_list, pv, pv_next);
7295                                         pvh->pv_gen++;
7296                                         if (TAILQ_EMPTY(&pvh->pv_list)) {
7297                                                 for (mt = m; mt < &m[NBPDR / PAGE_SIZE]; mt++)
7298                                                         if ((mt->aflags & PGA_WRITEABLE) != 0 &&
7299                                                             TAILQ_EMPTY(&mt->md.pv_list))
7300                                                                 vm_page_aflag_clear(mt, PGA_WRITEABLE);
7301                                         }
7302                                         mpte = pmap_remove_pt_page(pmap, pv->pv_va);
7303                                         if (mpte != NULL) {
7304                                                 KASSERT(mpte->valid == VM_PAGE_BITS_ALL,
7305                                                     ("pmap_remove_pages: pte page not promoted"));
7306                                                 pmap_resident_count_dec(pmap, 1);
7307                                                 KASSERT(mpte->ref_count == NPTEPG,
7308                                                     ("pmap_remove_pages: pte page reference count error"));
7309                                                 mpte->ref_count = 0;
7310                                                 pmap_add_delayed_free_list(mpte, &free, FALSE);
7311                                         }
7312                                 } else {
7313                                         pmap_resident_count_dec(pmap, 1);
7314                                         TAILQ_REMOVE(&m->md.pv_list, pv, pv_next);
7315                                         m->md.pv_gen++;
7316                                         if ((m->aflags & PGA_WRITEABLE) != 0 &&
7317                                             TAILQ_EMPTY(&m->md.pv_list) &&
7318                                             (m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0) {
7319                                                 pvh = pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
7320                                                 if (TAILQ_EMPTY(&pvh->pv_list))
7321                                                         vm_page_aflag_clear(m, PGA_WRITEABLE);
7322                                         }
7323                                 }
7324                                 pmap_unuse_pt(pmap, pv->pv_va, ptepde, &free);
7325                                 freed++;
7326                         }
7327                 }
7328                 PV_STAT(atomic_add_long(&pv_entry_frees, freed));
7329                 PV_STAT(atomic_add_int(&pv_entry_spare, freed));
7330                 PV_STAT(atomic_subtract_long(&pv_entry_count, freed));
7331                 if (allfree) {
7332                         TAILQ_REMOVE(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
7333                         TAILQ_INSERT_TAIL(&free_chunks[pc_to_domain(pc)], pc, pc_list);
7334                 }
7335         }
7336         if (lock != NULL)
7337                 rw_wunlock(lock);
7338         pmap_invalidate_all(pmap);
7339         pmap_pkru_deassign_all(pmap);
7340         free_pv_chunk_batch((struct pv_chunklist *)&free_chunks);
7341         PMAP_UNLOCK(pmap);
7342         vm_page_free_pages_toq(&free, true);
7343 }
7344
7345 static boolean_t
7346 pmap_page_test_mappings(vm_page_t m, boolean_t accessed, boolean_t modified)
7347 {
7348         struct rwlock *lock;
7349         pv_entry_t pv;
7350         struct md_page *pvh;
7351         pt_entry_t *pte, mask;
7352         pt_entry_t PG_A, PG_M, PG_RW, PG_V;
7353         pmap_t pmap;
7354         int md_gen, pvh_gen;
7355         boolean_t rv;
7356
7357         rv = FALSE;
7358         lock = VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m);
7359         rw_rlock(lock);
7360 restart:
7361         TAILQ_FOREACH(pv, &m->md.pv_list, pv_next) {
7362                 pmap = PV_PMAP(pv);
7363                 if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
7364                         md_gen = m->md.pv_gen;
7365                         rw_runlock(lock);
7366                         PMAP_LOCK(pmap);
7367                         rw_rlock(lock);
7368                         if (md_gen != m->md.pv_gen) {
7369                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
7370                                 goto restart;
7371                         }
7372                 }
7373                 pte = pmap_pte(pmap, pv->pv_va);
7374                 mask = 0;
7375                 if (modified) {
7376                         PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
7377                         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
7378                         mask |= PG_RW | PG_M;
7379                 }
7380                 if (accessed) {
7381                         PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
7382                         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
7383                         mask |= PG_V | PG_A;
7384                 }
7385                 rv = (*pte & mask) == mask;
7386                 PMAP_UNLOCK(pmap);
7387                 if (rv)
7388                         goto out;
7389         }
7390         if ((m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0) {
7391                 pvh = pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
7392                 TAILQ_FOREACH(pv, &pvh->pv_list, pv_next) {
7393                         pmap = PV_PMAP(pv);
7394                         if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
7395                                 md_gen = m->md.pv_gen;
7396                                 pvh_gen = pvh->pv_gen;
7397                                 rw_runlock(lock);
7398                                 PMAP_LOCK(pmap);
7399                                 rw_rlock(lock);
7400                                 if (md_gen != m->md.pv_gen ||
7401                                     pvh_gen != pvh->pv_gen) {
7402                                         PMAP_UNLOCK(pmap);
7403                                         goto restart;
7404                                 }
7405                         }
7406                         pte = pmap_pde(pmap, pv->pv_va);
7407                         mask = 0;
7408                         if (modified) {
7409                                 PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
7410                                 PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
7411                                 mask |= PG_RW | PG_M;
7412                         }
7413                         if (accessed) {
7414                                 PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
7415                                 PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
7416                                 mask |= PG_V | PG_A;
7417                         }
7418                         rv = (*pte & mask) == mask;
7419                         PMAP_UNLOCK(pmap);
7420                         if (rv)
7421                                 goto out;
7422                 }
7423         }
7424 out:
7425         rw_runlock(lock);
7426         return (rv);
7427 }
7428
7429 /*
7430  *      pmap_is_modified:
7431  *
7432  *      Return whether or not the specified physical page was modified
7433  *      in any physical maps.
7434  */
7435 boolean_t
7436 pmap_is_modified(vm_page_t m)
7437 {
7438
7439         KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
7440             ("pmap_is_modified: page %p is not managed", m));
7441
7442         /*
7443          * If the page is not busied then this check is racy.
7444          */
7445         if (!pmap_page_is_write_mapped(m))
7446                 return (FALSE);
7447         return (pmap_page_test_mappings(m, FALSE, TRUE));
7448 }
7449
7450 /*
7451  *      pmap_is_prefaultable:
7452  *
7453  *      Return whether or not the specified virtual address is eligible
7454  *      for prefault.
7455  */
7456 boolean_t
7457 pmap_is_prefaultable(pmap_t pmap, vm_offset_t addr)
7458 {
7459         pd_entry_t *pde;
7460         pt_entry_t *pte, PG_V;
7461         boolean_t rv;
7462
7463         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
7464         rv = FALSE;
7465         PMAP_LOCK(pmap);
7466         pde = pmap_pde(pmap, addr);
7467         if (pde != NULL && (*pde & (PG_PS | PG_V)) == PG_V) {
7468                 pte = pmap_pde_to_pte(pde, addr);
7469                 rv = (*pte & PG_V) == 0;
7470         }
7471         PMAP_UNLOCK(pmap);
7472         return (rv);
7473 }
7474
7475 /*
7476  *      pmap_is_referenced:
7477  *
7478  *      Return whether or not the specified physical page was referenced
7479  *      in any physical maps.
7480  */
7481 boolean_t
7482 pmap_is_referenced(vm_page_t m)
7483 {
7484
7485         KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
7486             ("pmap_is_referenced: page %p is not managed", m));
7487         return (pmap_page_test_mappings(m, TRUE, FALSE));
7488 }
7489
7490 /*
7491  * Clear the write and modified bits in each of the given page's mappings.
7492  */
7493 void
7494 pmap_remove_write(vm_page_t m)
7495 {
7496         struct md_page *pvh;
7497         pmap_t pmap;
7498         struct rwlock *lock;
7499         pv_entry_t next_pv, pv;
7500         pd_entry_t *pde;
7501         pt_entry_t oldpte, *pte, PG_M, PG_RW;
7502         vm_offset_t va;
7503         int pvh_gen, md_gen;
7504
7505         KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
7506             ("pmap_remove_write: page %p is not managed", m));
7507
7508         vm_page_assert_busied(m);
7509         if (!pmap_page_is_write_mapped(m))
7510                 return;
7511
7512         lock = VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m);
7513         pvh = (m->flags & PG_FICTITIOUS) != 0 ? &pv_dummy :
7514             pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
7515 retry_pv_loop:
7516         rw_wlock(lock);
7517         TAILQ_FOREACH_SAFE(pv, &pvh->pv_list, pv_next, next_pv) {
7518                 pmap = PV_PMAP(pv);
7519                 if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
7520                         pvh_gen = pvh->pv_gen;
7521                         rw_wunlock(lock);
7522                         PMAP_LOCK(pmap);
7523                         rw_wlock(lock);
7524                         if (pvh_gen != pvh->pv_gen) {
7525                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
7526                                 rw_wunlock(lock);
7527                                 goto retry_pv_loop;
7528                         }
7529                 }
7530                 PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
7531                 va = pv->pv_va;
7532                 pde = pmap_pde(pmap, va);
7533                 if ((*pde & PG_RW) != 0)
7534                         (void)pmap_demote_pde_locked(pmap, pde, va, &lock);
7535                 KASSERT(lock == VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m),
7536                     ("inconsistent pv lock %p %p for page %p",
7537                     lock, VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m), m));
7538                 PMAP_UNLOCK(pmap);
7539         }
7540         TAILQ_FOREACH(pv, &m->md.pv_list, pv_next) {
7541                 pmap = PV_PMAP(pv);
7542                 if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
7543                         pvh_gen = pvh->pv_gen;
7544                         md_gen = m->md.pv_gen;
7545                         rw_wunlock(lock);
7546                         PMAP_LOCK(pmap);
7547                         rw_wlock(lock);
7548                         if (pvh_gen != pvh->pv_gen ||
7549                             md_gen != m->md.pv_gen) {
7550                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
7551                                 rw_wunlock(lock);
7552                                 goto retry_pv_loop;
7553                         }
7554                 }
7555                 PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
7556                 PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
7557                 pde = pmap_pde(pmap, pv->pv_va);
7558                 KASSERT((*pde & PG_PS) == 0,
7559                     ("pmap_remove_write: found a 2mpage in page %p's pv list",
7560                     m));
7561                 pte = pmap_pde_to_pte(pde, pv->pv_va);
7562 retry:
7563                 oldpte = *pte;
7564                 if (oldpte & PG_RW) {
7565                         if (!atomic_cmpset_long(pte, oldpte, oldpte &
7566                             ~(PG_RW | PG_M)))
7567                                 goto retry;
7568                         if ((oldpte & PG_M) != 0)
7569                                 vm_page_dirty(m);
7570                         pmap_invalidate_page(pmap, pv->pv_va);
7571                 }
7572                 PMAP_UNLOCK(pmap);
7573         }
7574         rw_wunlock(lock);
7575         vm_page_aflag_clear(m, PGA_WRITEABLE);
7576         pmap_delayed_invl_wait(m);
7577 }
7578
7579 static __inline boolean_t
7580 safe_to_clear_referenced(pmap_t pmap, pt_entry_t pte)
7581 {
7582
7583         if (!pmap_emulate_ad_bits(pmap))
7584                 return (TRUE);
7585
7586         KASSERT(pmap->pm_type == PT_EPT, ("invalid pm_type %d", pmap->pm_type));
7587
7588         /*
7589          * XWR = 010 or 110 will cause an unconditional EPT misconfiguration
7590          * so we don't let the referenced (aka EPT_PG_READ) bit to be cleared
7591          * if the EPT_PG_WRITE bit is set.
7592          */
7593         if ((pte & EPT_PG_WRITE) != 0)
7594                 return (FALSE);
7595
7596         /*
7597          * XWR = 100 is allowed only if the PMAP_SUPPORTS_EXEC_ONLY is set.
7598          */
7599         if ((pte & EPT_PG_EXECUTE) == 0 ||
7600             ((pmap->pm_flags & PMAP_SUPPORTS_EXEC_ONLY) != 0))
7601                 return (TRUE);
7602         else
7603                 return (FALSE);
7604 }
7605
7606 /*
7607  *      pmap_ts_referenced:
7608  *
7609  *      Return a count of reference bits for a page, clearing those bits.
7610  *      It is not necessary for every reference bit to be cleared, but it
7611  *      is necessary that 0 only be returned when there are truly no
7612  *      reference bits set.
7613  *
7614  *      As an optimization, update the page's dirty field if a modified bit is
7615  *      found while counting reference bits.  This opportunistic update can be
7616  *      performed at low cost and can eliminate the need for some future calls
7617  *      to pmap_is_modified().  However, since this function stops after
7618  *      finding PMAP_TS_REFERENCED_MAX reference bits, it may not detect some
7619  *      dirty pages.  Those dirty pages will only be detected by a future call
7620  *      to pmap_is_modified().
7621  *
7622  *      A DI block is not needed within this function, because
7623  *      invalidations are performed before the PV list lock is
7624  *      released.
7625  */
7626 int
7627 pmap_ts_referenced(vm_page_t m)
7628 {
7629         struct md_page *pvh;
7630         pv_entry_t pv, pvf;
7631         pmap_t pmap;
7632         struct rwlock *lock;
7633         pd_entry_t oldpde, *pde;
7634         pt_entry_t *pte, PG_A, PG_M, PG_RW;
7635         vm_offset_t va;
7636         vm_paddr_t pa;
7637         int cleared, md_gen, not_cleared, pvh_gen;
7638         struct spglist free;
7639         boolean_t demoted;
7640
7641         KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
7642             ("pmap_ts_referenced: page %p is not managed", m));
7643         SLIST_INIT(&free);
7644         cleared = 0;
7645         pa = VM_PAGE_TO_PHYS(m);
7646         lock = PHYS_TO_PV_LIST_LOCK(pa);
7647         pvh = (m->flags & PG_FICTITIOUS) != 0 ? &pv_dummy : pa_to_pvh(pa);
7648         rw_wlock(lock);
7649 retry:
7650         not_cleared = 0;
7651         if ((pvf = TAILQ_FIRST(&pvh->pv_list)) == NULL)
7652                 goto small_mappings;
7653         pv = pvf;
7654         do {
7655                 if (pvf == NULL)
7656                         pvf = pv;
7657                 pmap = PV_PMAP(pv);
7658                 if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
7659                         pvh_gen = pvh->pv_gen;
7660                         rw_wunlock(lock);
7661                         PMAP_LOCK(pmap);
7662                         rw_wlock(lock);
7663                         if (pvh_gen != pvh->pv_gen) {
7664                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
7665                                 goto retry;
7666                         }
7667                 }
7668                 PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
7669                 PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
7670                 PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
7671                 va = pv->pv_va;
7672                 pde = pmap_pde(pmap, pv->pv_va);
7673                 oldpde = *pde;
7674                 if ((oldpde & (PG_M | PG_RW)) == (PG_M | PG_RW)) {
7675                         /*
7676                          * Although "oldpde" is mapping a 2MB page, because
7677                          * this function is called at a 4KB page granularity,
7678                          * we only update the 4KB page under test.
7679                          */
7680                         vm_page_dirty(m);
7681                 }
7682                 if ((oldpde & PG_A) != 0) {
7683                         /*
7684                          * Since this reference bit is shared by 512 4KB
7685                          * pages, it should not be cleared every time it is
7686                          * tested.  Apply a simple "hash" function on the
7687                          * physical page number, the virtual superpage number,
7688                          * and the pmap address to select one 4KB page out of
7689                          * the 512 on which testing the reference bit will
7690                          * result in clearing that reference bit.  This
7691                          * function is designed to avoid the selection of the
7692                          * same 4KB page for every 2MB page mapping.
7693                          *
7694                          * On demotion, a mapping that hasn't been referenced
7695                          * is simply destroyed.  To avoid the possibility of a
7696                          * subsequent page fault on a demoted wired mapping,
7697                          * always leave its reference bit set.  Moreover,
7698                          * since the superpage is wired, the current state of
7699                          * its reference bit won't affect page replacement.
7700                          */
7701                         if ((((pa >> PAGE_SHIFT) ^ (pv->pv_va >> PDRSHIFT) ^
7702                             (uintptr_t)pmap) & (NPTEPG - 1)) == 0 &&
7703                             (oldpde & PG_W) == 0) {
7704                                 if (safe_to_clear_referenced(pmap, oldpde)) {
7705                                         atomic_clear_long(pde, PG_A);
7706                                         pmap_invalidate_page(pmap, pv->pv_va);
7707                                         demoted = FALSE;
7708                                 } else if (pmap_demote_pde_locked(pmap, pde,
7709                                     pv->pv_va, &lock)) {
7710                                         /*
7711                                          * Remove the mapping to a single page
7712                                          * so that a subsequent access may
7713                                          * repromote.  Since the underlying
7714                                          * page table page is fully populated,
7715                                          * this removal never frees a page
7716                                          * table page.
7717                                          */
7718                                         demoted = TRUE;
7719                                         va += VM_PAGE_TO_PHYS(m) - (oldpde &
7720                                             PG_PS_FRAME);
7721                                         pte = pmap_pde_to_pte(pde, va);
7722                                         pmap_remove_pte(pmap, pte, va, *pde,
7723                                             NULL, &lock);
7724                                         pmap_invalidate_page(pmap, va);
7725                                 } else
7726                                         demoted = TRUE;
7727
7728                                 if (demoted) {
7729                                         /*
7730                                          * The superpage mapping was removed
7731                                          * entirely and therefore 'pv' is no
7732                                          * longer valid.
7733                                          */
7734                                         if (pvf == pv)
7735                                                 pvf = NULL;
7736                                         pv = NULL;
7737                                 }
7738                                 cleared++;
7739                                 KASSERT(lock == VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m),
7740                                     ("inconsistent pv lock %p %p for page %p",
7741                                     lock, VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m), m));
7742                         } else
7743                                 not_cleared++;
7744                 }
7745                 PMAP_UNLOCK(pmap);
7746                 /* Rotate the PV list if it has more than one entry. */
7747                 if (pv != NULL && TAILQ_NEXT(pv, pv_next) != NULL) {
7748                         TAILQ_REMOVE(&pvh->pv_list, pv, pv_next);
7749                         TAILQ_INSERT_TAIL(&pvh->pv_list, pv, pv_next);
7750                         pvh->pv_gen++;
7751                 }
7752                 if (cleared + not_cleared >= PMAP_TS_REFERENCED_MAX)
7753                         goto out;
7754         } while ((pv = TAILQ_FIRST(&pvh->pv_list)) != pvf);
7755 small_mappings:
7756         if ((pvf = TAILQ_FIRST(&m->md.pv_list)) == NULL)
7757                 goto out;
7758         pv = pvf;
7759         do {
7760                 if (pvf == NULL)
7761                         pvf = pv;
7762                 pmap = PV_PMAP(pv);
7763                 if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
7764                         pvh_gen = pvh->pv_gen;
7765                         md_gen = m->md.pv_gen;
7766                         rw_wunlock(lock);
7767                         PMAP_LOCK(pmap);
7768                         rw_wlock(lock);
7769                         if (pvh_gen != pvh->pv_gen || md_gen != m->md.pv_gen) {
7770                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
7771                                 goto retry;
7772                         }
7773                 }
7774                 PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
7775                 PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
7776                 PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
7777                 pde = pmap_pde(pmap, pv->pv_va);
7778                 KASSERT((*pde & PG_PS) == 0,
7779                     ("pmap_ts_referenced: found a 2mpage in page %p's pv list",
7780                     m));
7781                 pte = pmap_pde_to_pte(pde, pv->pv_va);
7782                 if ((*pte & (PG_M | PG_RW)) == (PG_M | PG_RW))
7783                         vm_page_dirty(m);
7784                 if ((*pte & PG_A) != 0) {
7785                         if (safe_to_clear_referenced(pmap, *pte)) {
7786                                 atomic_clear_long(pte, PG_A);
7787                                 pmap_invalidate_page(pmap, pv->pv_va);
7788                                 cleared++;
7789                         } else if ((*pte & PG_W) == 0) {
7790                                 /*
7791                                  * Wired pages cannot be paged out so
7792                                  * doing accessed bit emulation for
7793                                  * them is wasted effort. We do the
7794                                  * hard work for unwired pages only.
7795                                  */
7796                                 pmap_remove_pte(pmap, pte, pv->pv_va,
7797                                     *pde, &free, &lock);
7798                                 pmap_invalidate_page(pmap, pv->pv_va);
7799                                 cleared++;
7800                                 if (pvf == pv)
7801                                         pvf = NULL;
7802                                 pv = NULL;
7803                                 KASSERT(lock == VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m),
7804                                     ("inconsistent pv lock %p %p for page %p",
7805                                     lock, VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m), m));
7806                         } else
7807                                 not_cleared++;
7808                 }
7809                 PMAP_UNLOCK(pmap);
7810                 /* Rotate the PV list if it has more than one entry. */
7811                 if (pv != NULL && TAILQ_NEXT(pv, pv_next) != NULL) {
7812                         TAILQ_REMOVE(&m->md.pv_list, pv, pv_next);
7813                         TAILQ_INSERT_TAIL(&m->md.pv_list, pv, pv_next);
7814                         m->md.pv_gen++;
7815                 }
7816         } while ((pv = TAILQ_FIRST(&m->md.pv_list)) != pvf && cleared +
7817             not_cleared < PMAP_TS_REFERENCED_MAX);
7818 out:
7819         rw_wunlock(lock);
7820         vm_page_free_pages_toq(&free, true);
7821         return (cleared + not_cleared);
7822 }
7823
7824 /*
7825  *      Apply the given advice to the specified range of addresses within the
7826  *      given pmap.  Depending on the advice, clear the referenced and/or
7827  *      modified flags in each mapping and set the mapped page's dirty field.
7828  */
7829 void
7830 pmap_advise(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva, int advice)
7831 {
7832         struct rwlock *lock;
7833         pml4_entry_t *pml4e;
7834         pdp_entry_t *pdpe;
7835         pd_entry_t oldpde, *pde;
7836         pt_entry_t *pte, PG_A, PG_G, PG_M, PG_RW, PG_V;
7837         vm_offset_t va, va_next;
7838         vm_page_t m;
7839         bool anychanged;
7840
7841         if (advice != MADV_DONTNEED && advice != MADV_FREE)
7842                 return;
7843
7844         /*
7845          * A/D bit emulation requires an alternate code path when clearing
7846          * the modified and accessed bits below. Since this function is
7847          * advisory in nature we skip it entirely for pmaps that require
7848          * A/D bit emulation.
7849          */
7850         if (pmap_emulate_ad_bits(pmap))
7851                 return;
7852
7853         PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
7854         PG_G = pmap_global_bit(pmap);
7855         PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
7856         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
7857         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
7858         anychanged = false;
7859         pmap_delayed_invl_start();
7860         PMAP_LOCK(pmap);
7861         for (; sva < eva; sva = va_next) {
7862                 pml4e = pmap_pml4e(pmap, sva);
7863                 if ((*pml4e & PG_V) == 0) {
7864                         va_next = (sva + NBPML4) & ~PML4MASK;
7865                         if (va_next < sva)
7866                                 va_next = eva;
7867                         continue;
7868                 }
7869                 pdpe = pmap_pml4e_to_pdpe(pml4e, sva);
7870                 if ((*pdpe & PG_V) == 0) {
7871                         va_next = (sva + NBPDP) & ~PDPMASK;
7872                         if (va_next < sva)
7873                                 va_next = eva;
7874                         continue;
7875                 }
7876                 va_next = (sva + NBPDR) & ~PDRMASK;
7877                 if (va_next < sva)
7878                         va_next = eva;
7879                 pde = pmap_pdpe_to_pde(pdpe, sva);
7880                 oldpde = *pde;
7881                 if ((oldpde & PG_V) == 0)
7882                         continue;
7883                 else if ((oldpde & PG_PS) != 0) {
7884                         if ((oldpde & PG_MANAGED) == 0)
7885                                 continue;
7886                         lock = NULL;
7887                         if (!pmap_demote_pde_locked(pmap, pde, sva, &lock)) {
7888                                 if (lock != NULL)
7889                                         rw_wunlock(lock);
7890
7891                                 /*
7892                                  * The large page mapping was destroyed.
7893                                  */
7894                                 continue;
7895                         }
7896
7897                         /*
7898                          * Unless the page mappings are wired, remove the
7899                          * mapping to a single page so that a subsequent
7900                          * access may repromote.  Choosing the last page
7901                          * within the address range [sva, min(va_next, eva))
7902                          * generally results in more repromotions.  Since the
7903                          * underlying page table page is fully populated, this
7904                          * removal never frees a page table page.
7905                          */
7906                         if ((oldpde & PG_W) == 0) {
7907                                 va = eva;
7908                                 if (va > va_next)
7909                                         va = va_next;
7910                                 va -= PAGE_SIZE;
7911                                 KASSERT(va >= sva,
7912                                     ("pmap_advise: no address gap"));
7913                                 pte = pmap_pde_to_pte(pde, va);
7914                                 KASSERT((*pte & PG_V) != 0,
7915                                     ("pmap_advise: invalid PTE"));
7916                                 pmap_remove_pte(pmap, pte, va, *pde, NULL,
7917                                     &lock);
7918                                 anychanged = true;
7919                         }
7920                         if (lock != NULL)
7921                                 rw_wunlock(lock);
7922                 }
7923                 if (va_next > eva)
7924                         va_next = eva;
7925                 va = va_next;
7926                 for (pte = pmap_pde_to_pte(pde, sva); sva != va_next; pte++,
7927                     sva += PAGE_SIZE) {
7928                         if ((*pte & (PG_MANAGED | PG_V)) != (PG_MANAGED | PG_V))
7929                                 goto maybe_invlrng;
7930                         else if ((*pte & (PG_M | PG_RW)) == (PG_M | PG_RW)) {
7931                                 if (advice == MADV_DONTNEED) {
7932                                         /*
7933                                          * Future calls to pmap_is_modified()
7934                                          * can be avoided by making the page
7935                                          * dirty now.
7936                                          */
7937                                         m = PHYS_TO_VM_PAGE(*pte & PG_FRAME);
7938                                         vm_page_dirty(m);
7939                                 }
7940                                 atomic_clear_long(pte, PG_M | PG_A);
7941                         } else if ((*pte & PG_A) != 0)
7942                                 atomic_clear_long(pte, PG_A);
7943                         else
7944                                 goto maybe_invlrng;
7945
7946                         if ((*pte & PG_G) != 0) {
7947                                 if (va == va_next)
7948                                         va = sva;
7949                         } else
7950                                 anychanged = true;
7951                         continue;
7952 maybe_invlrng:
7953                         if (va != va_next) {
7954                                 pmap_invalidate_range(pmap, va, sva);
7955                                 va = va_next;
7956                         }
7957                 }
7958                 if (va != va_next)
7959                         pmap_invalidate_range(pmap, va, sva);
7960         }
7961         if (anychanged)
7962                 pmap_invalidate_all(pmap);
7963         PMAP_UNLOCK(pmap);
7964         pmap_delayed_invl_finish();
7965 }
7966
7967 /*
7968  *      Clear the modify bits on the specified physical page.
7969  */
7970 void
7971 pmap_clear_modify(vm_page_t m)
7972 {
7973         struct md_page *pvh;
7974         pmap_t pmap;
7975         pv_entry_t next_pv, pv;
7976         pd_entry_t oldpde, *pde;
7977         pt_entry_t *pte, PG_M, PG_RW;
7978         struct rwlock *lock;
7979         vm_offset_t va;
7980         int md_gen, pvh_gen;
7981
7982         KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
7983             ("pmap_clear_modify: page %p is not managed", m));
7984         vm_page_assert_busied(m);
7985
7986         if (!pmap_page_is_write_mapped(m))
7987                 return;
7988         pvh = (m->flags & PG_FICTITIOUS) != 0 ? &pv_dummy :
7989             pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
7990         lock = VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m);
7991         rw_wlock(lock);
7992 restart:
7993         TAILQ_FOREACH_SAFE(pv, &pvh->pv_list, pv_next, next_pv) {
7994                 pmap = PV_PMAP(pv);
7995                 if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
7996                         pvh_gen = pvh->pv_gen;
7997                         rw_wunlock(lock);
7998                         PMAP_LOCK(pmap);
7999                         rw_wlock(lock);
8000                         if (pvh_gen != pvh->pv_gen) {
8001                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
8002                                 goto restart;
8003                         }
8004                 }
8005                 PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
8006                 PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
8007                 va = pv->pv_va;
8008                 pde = pmap_pde(pmap, va);
8009                 oldpde = *pde;
8010                 /* If oldpde has PG_RW set, then it also has PG_M set. */
8011                 if ((oldpde & PG_RW) != 0 &&
8012                     pmap_demote_pde_locked(pmap, pde, va, &lock) &&
8013                     (oldpde & PG_W) == 0) {
8014                         /*
8015                          * Write protect the mapping to a single page so that
8016                          * a subsequent write access may repromote.
8017                          */
8018                         va += VM_PAGE_TO_PHYS(m) - (oldpde & PG_PS_FRAME);
8019                         pte = pmap_pde_to_pte(pde, va);
8020                         atomic_clear_long(pte, PG_M | PG_RW);
8021                         vm_page_dirty(m);
8022                         pmap_invalidate_page(pmap, va);
8023                 }
8024                 PMAP_UNLOCK(pmap);
8025         }
8026         TAILQ_FOREACH(pv, &m->md.pv_list, pv_next) {
8027                 pmap = PV_PMAP(pv);
8028                 if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
8029                         md_gen = m->md.pv_gen;
8030                         pvh_gen = pvh->pv_gen;
8031                         rw_wunlock(lock);
8032                         PMAP_LOCK(pmap);
8033                         rw_wlock(lock);
8034                         if (pvh_gen != pvh->pv_gen || md_gen != m->md.pv_gen) {
8035                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
8036                                 goto restart;
8037                         }
8038                 }
8039                 PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
8040                 PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
8041                 pde = pmap_pde(pmap, pv->pv_va);
8042                 KASSERT((*pde & PG_PS) == 0, ("pmap_clear_modify: found"
8043                     " a 2mpage in page %p's pv list", m));
8044                 pte = pmap_pde_to_pte(pde, pv->pv_va);
8045                 if ((*pte & (PG_M | PG_RW)) == (PG_M | PG_RW)) {
8046                         atomic_clear_long(pte, PG_M);
8047                         pmap_invalidate_page(pmap, pv->pv_va);
8048                 }
8049                 PMAP_UNLOCK(pmap);
8050         }
8051         rw_wunlock(lock);
8052 }
8053
8054 /*
8055  * Miscellaneous support routines follow
8056  */
8057
8058 /* Adjust the properties for a leaf page table entry. */
8059 static __inline void
8060 pmap_pte_props(pt_entry_t *pte, u_long bits, u_long mask)
8061 {
8062         u_long opte, npte;
8063
8064         opte = *(u_long *)pte;
8065         do {
8066                 npte = opte & ~mask;
8067                 npte |= bits;
8068         } while (npte != opte && !atomic_fcmpset_long((u_long *)pte, &opte,
8069             npte));
8070 }
8071
8072 /*
8073  * Map a set of physical memory pages into the kernel virtual
8074  * address space. Return a pointer to where it is mapped. This
8075  * routine is intended to be used for mapping device memory,
8076  * NOT real memory.
8077  */
8078 static void *
8079 pmap_mapdev_internal(vm_paddr_t pa, vm_size_t size, int mode, int flags)
8080 {
8081         struct pmap_preinit_mapping *ppim;
8082         vm_offset_t va, offset;
8083         vm_size_t tmpsize;
8084         int i;
8085
8086         offset = pa & PAGE_MASK;
8087         size = round_page(offset + size);
8088         pa = trunc_page(pa);
8089
8090         if (!pmap_initialized) {
8091                 va = 0;
8092                 for (i = 0; i < PMAP_PREINIT_MAPPING_COUNT; i++) {
8093                         ppim = pmap_preinit_mapping + i;
8094                         if (ppim->va == 0) {
8095                                 ppim->pa = pa;
8096                                 ppim->sz = size;
8097                                 ppim->mode = mode;
8098                                 ppim->va = virtual_avail;
8099                                 virtual_avail += size;
8100                                 va = ppim->va;
8101                                 break;
8102                         }
8103                 }
8104                 if (va == 0)
8105                         panic("%s: too many preinit mappings", __func__);
8106         } else {
8107                 /*
8108                  * If we have a preinit mapping, re-use it.
8109                  */
8110                 for (i = 0; i < PMAP_PREINIT_MAPPING_COUNT; i++) {
8111                         ppim = pmap_preinit_mapping + i;
8112                         if (ppim->pa == pa && ppim->sz == size &&
8113                             (ppim->mode == mode ||
8114                             (flags & MAPDEV_SETATTR) == 0))
8115                                 return ((void *)(ppim->va + offset));
8116                 }
8117                 /*
8118                  * If the specified range of physical addresses fits within
8119                  * the direct map window, use the direct map.
8120                  */
8121                 if (pa < dmaplimit && pa + size <= dmaplimit) {
8122                         va = PHYS_TO_DMAP(pa);
8123                         if ((flags & MAPDEV_SETATTR) != 0) {
8124                                 PMAP_LOCK(kernel_pmap);
8125                                 i = pmap_change_props_locked(va, size,
8126                                     PROT_NONE, mode, flags);
8127                                 PMAP_UNLOCK(kernel_pmap);
8128                         } else
8129                                 i = 0;
8130                         if (!i)
8131                                 return ((void *)(va + offset));
8132                 }
8133                 va = kva_alloc(size);
8134                 if (va == 0)
8135                         panic("%s: Couldn't allocate KVA", __func__);
8136         }
8137         for (tmpsize = 0; tmpsize < size; tmpsize += PAGE_SIZE)
8138                 pmap_kenter_attr(va + tmpsize, pa + tmpsize, mode);
8139         pmap_invalidate_range(kernel_pmap, va, va + tmpsize);
8140         if ((flags & MAPDEV_FLUSHCACHE) != 0)
8141                 pmap_invalidate_cache_range(va, va + tmpsize);
8142         return ((void *)(va + offset));
8143 }
8144
8145 void *
8146 pmap_mapdev_attr(vm_paddr_t pa, vm_size_t size, int mode)
8147 {
8148
8149         return (pmap_mapdev_internal(pa, size, mode, MAPDEV_FLUSHCACHE |
8150             MAPDEV_SETATTR));
8151 }
8152
8153 void *
8154 pmap_mapdev(vm_paddr_t pa, vm_size_t size)
8155 {
8156
8157         return (pmap_mapdev_attr(pa, size, PAT_UNCACHEABLE));
8158 }
8159
8160 void *
8161 pmap_mapdev_pciecfg(vm_paddr_t pa, vm_size_t size)
8162 {
8163
8164         return (pmap_mapdev_internal(pa, size, PAT_UNCACHEABLE,
8165             MAPDEV_SETATTR));
8166 }
8167
8168 void *
8169 pmap_mapbios(vm_paddr_t pa, vm_size_t size)
8170 {
8171
8172         return (pmap_mapdev_internal(pa, size, PAT_WRITE_BACK,
8173             MAPDEV_FLUSHCACHE));
8174 }
8175
8176 void
8177 pmap_unmapdev(vm_offset_t va, vm_size_t size)
8178 {
8179         struct pmap_preinit_mapping *ppim;
8180         vm_offset_t offset;
8181         int i;
8182
8183         /* If we gave a direct map region in pmap_mapdev, do nothing */
8184         if (va >= DMAP_MIN_ADDRESS && va < DMAP_MAX_ADDRESS)
8185                 return;
8186         offset = va & PAGE_MASK;
8187         size = round_page(offset + size);
8188         va = trunc_page(va);
8189         for (i = 0; i < PMAP_PREINIT_MAPPING_COUNT; i++) {
8190                 ppim = pmap_preinit_mapping + i;
8191                 if (ppim->va == va && ppim->sz == size) {
8192                         if (pmap_initialized)
8193                                 return;
8194                         ppim->pa = 0;
8195                         ppim->va = 0;
8196                         ppim->sz = 0;
8197                         ppim->mode = 0;
8198                         if (va + size == virtual_avail)
8199                                 virtual_avail = va;
8200                         return;
8201                 }
8202         }
8203         if (pmap_initialized)
8204                 kva_free(va, size);
8205 }
8206
8207 /*
8208  * Tries to demote a 1GB page mapping.
8209  */
8210 static boolean_t
8211 pmap_demote_pdpe(pmap_t pmap, pdp_entry_t *pdpe, vm_offset_t va)
8212 {
8213         pdp_entry_t newpdpe, oldpdpe;
8214         pd_entry_t *firstpde, newpde, *pde;
8215         pt_entry_t PG_A, PG_M, PG_RW, PG_V;
8216         vm_paddr_t pdpgpa;
8217         vm_page_t pdpg;
8218
8219         PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
8220         PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
8221         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
8222         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
8223
8224         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
8225         oldpdpe = *pdpe;
8226         KASSERT((oldpdpe & (PG_PS | PG_V)) == (PG_PS | PG_V),
8227             ("pmap_demote_pdpe: oldpdpe is missing PG_PS and/or PG_V"));
8228         if ((pdpg = vm_page_alloc(NULL, va >> PDPSHIFT, VM_ALLOC_INTERRUPT |
8229             VM_ALLOC_NOOBJ | VM_ALLOC_WIRED)) == NULL) {
8230                 CTR2(KTR_PMAP, "pmap_demote_pdpe: failure for va %#lx"
8231                     " in pmap %p", va, pmap);
8232                 return (FALSE);
8233         }
8234         pdpgpa = VM_PAGE_TO_PHYS(pdpg);
8235         firstpde = (pd_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(pdpgpa);
8236         newpdpe = pdpgpa | PG_M | PG_A | (oldpdpe & PG_U) | PG_RW | PG_V;
8237         KASSERT((oldpdpe & PG_A) != 0,
8238             ("pmap_demote_pdpe: oldpdpe is missing PG_A"));
8239         KASSERT((oldpdpe & (PG_M | PG_RW)) != PG_RW,
8240             ("pmap_demote_pdpe: oldpdpe is missing PG_M"));
8241         newpde = oldpdpe;
8242
8243         /*
8244          * Initialize the page directory page.
8245          */
8246         for (pde = firstpde; pde < firstpde + NPDEPG; pde++) {
8247                 *pde = newpde;
8248                 newpde += NBPDR;
8249         }
8250
8251         /*
8252          * Demote the mapping.
8253          */
8254         *pdpe = newpdpe;
8255
8256         /*
8257          * Invalidate a stale recursive mapping of the page directory page.
8258          */
8259         pmap_invalidate_page(pmap, (vm_offset_t)vtopde(va));
8260
8261         pmap_pdpe_demotions++;
8262         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_demote_pdpe: success for va %#lx"
8263             " in pmap %p", va, pmap);
8264         return (TRUE);
8265 }
8266
8267 /*
8268  * Sets the memory attribute for the specified page.
8269  */
8270 void
8271 pmap_page_set_memattr(vm_page_t m, vm_memattr_t ma)
8272 {
8273
8274         m->md.pat_mode = ma;
8275
8276         /*
8277          * If "m" is a normal page, update its direct mapping.  This update
8278          * can be relied upon to perform any cache operations that are
8279          * required for data coherence.
8280          */
8281         if ((m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0 &&
8282             pmap_change_attr(PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(m)), PAGE_SIZE,
8283             m->md.pat_mode))
8284                 panic("memory attribute change on the direct map failed");
8285 }
8286
8287 /*
8288  * Changes the specified virtual address range's memory type to that given by
8289  * the parameter "mode".  The specified virtual address range must be
8290  * completely contained within either the direct map or the kernel map.  If
8291  * the virtual address range is contained within the kernel map, then the
8292  * memory type for each of the corresponding ranges of the direct map is also
8293  * changed.  (The corresponding ranges of the direct map are those ranges that
8294  * map the same physical pages as the specified virtual address range.)  These
8295  * changes to the direct map are necessary because Intel describes the
8296  * behavior of their processors as "undefined" if two or more mappings to the
8297  * same physical page have different memory types.
8298  *
8299  * Returns zero if the change completed successfully, and either EINVAL or
8300  * ENOMEM if the change failed.  Specifically, EINVAL is returned if some part
8301  * of the virtual address range was not mapped, and ENOMEM is returned if
8302  * there was insufficient memory available to complete the change.  In the
8303  * latter case, the memory type may have been changed on some part of the
8304  * virtual address range or the direct map.
8305  */
8306 int
8307 pmap_change_attr(vm_offset_t va, vm_size_t size, int mode)
8308 {
8309         int error;
8310
8311         PMAP_LOCK(kernel_pmap);
8312         error = pmap_change_props_locked(va, size, PROT_NONE, mode,
8313             MAPDEV_FLUSHCACHE);
8314         PMAP_UNLOCK(kernel_pmap);
8315         return (error);
8316 }
8317
8318 /*
8319  * Changes the specified virtual address range's protections to those
8320  * specified by "prot".  Like pmap_change_attr(), protections for aliases
8321  * in the direct map are updated as well.  Protections on aliasing mappings may
8322  * be a subset of the requested protections; for example, mappings in the direct
8323  * map are never executable.
8324  */
8325 int
8326 pmap_change_prot(vm_offset_t va, vm_size_t size, vm_prot_t prot)
8327 {
8328         int error;
8329
8330         /* Only supported within the kernel map. */
8331         if (va < VM_MIN_KERNEL_ADDRESS)
8332                 return (EINVAL);
8333
8334         PMAP_LOCK(kernel_pmap);
8335         error = pmap_change_props_locked(va, size, prot, -1,
8336             MAPDEV_ASSERTVALID);
8337         PMAP_UNLOCK(kernel_pmap);
8338         return (error);
8339 }
8340
8341 static int
8342 pmap_change_props_locked(vm_offset_t va, vm_size_t size, vm_prot_t prot,
8343     int mode, int flags)
8344 {
8345         vm_offset_t base, offset, tmpva;
8346         vm_paddr_t pa_start, pa_end, pa_end1;
8347         pdp_entry_t *pdpe;
8348         pd_entry_t *pde, pde_bits, pde_mask;
8349         pt_entry_t *pte, pte_bits, pte_mask;
8350         int error;
8351         bool changed;
8352
8353         PMAP_LOCK_ASSERT(kernel_pmap, MA_OWNED);
8354         base = trunc_page(va);
8355         offset = va & PAGE_MASK;
8356         size = round_page(offset + size);
8357
8358         /*
8359          * Only supported on kernel virtual addresses, including the direct
8360          * map but excluding the recursive map.
8361          */
8362         if (base < DMAP_MIN_ADDRESS)
8363                 return (EINVAL);
8364
8365         /*
8366          * Construct our flag sets and masks.  "bits" is the subset of
8367          * "mask" that will be set in each modified PTE.
8368          *
8369          * Mappings in the direct map are never allowed to be executable.
8370          */
8371         pde_bits = pte_bits = 0;
8372         pde_mask = pte_mask = 0;
8373         if (mode != -1) {
8374                 pde_bits |= pmap_cache_bits(kernel_pmap, mode, true);
8375                 pde_mask |= X86_PG_PDE_CACHE;
8376                 pte_bits |= pmap_cache_bits(kernel_pmap, mode, false);
8377                 pte_mask |= X86_PG_PTE_CACHE;
8378         }
8379         if (prot != VM_PROT_NONE) {
8380                 if ((prot & VM_PROT_WRITE) != 0) {
8381                         pde_bits |= X86_PG_RW;
8382                         pte_bits |= X86_PG_RW;
8383                 }
8384                 if ((prot & VM_PROT_EXECUTE) == 0 ||
8385                     va < VM_MIN_KERNEL_ADDRESS) {
8386                         pde_bits |= pg_nx;
8387                         pte_bits |= pg_nx;
8388                 }
8389                 pde_mask |= X86_PG_RW | pg_nx;
8390                 pte_mask |= X86_PG_RW | pg_nx;
8391         }
8392
8393         /*
8394          * Pages that aren't mapped aren't supported.  Also break down 2MB pages
8395          * into 4KB pages if required.
8396          */
8397         for (tmpva = base; tmpva < base + size; ) {
8398                 pdpe = pmap_pdpe(kernel_pmap, tmpva);
8399                 if (pdpe == NULL || *pdpe == 0) {
8400                         KASSERT((flags & MAPDEV_ASSERTVALID) == 0,
8401                             ("%s: addr %#lx is not mapped", __func__, tmpva));
8402                         return (EINVAL);
8403                 }
8404                 if (*pdpe & PG_PS) {
8405                         /*
8406                          * If the current 1GB page already has the required
8407                          * properties, then we need not demote this page.  Just
8408                          * increment tmpva to the next 1GB page frame.
8409                          */
8410                         if ((*pdpe & pde_mask) == pde_bits) {
8411                                 tmpva = trunc_1gpage(tmpva) + NBPDP;
8412                                 continue;
8413                         }
8414
8415                         /*
8416                          * If the current offset aligns with a 1GB page frame
8417                          * and there is at least 1GB left within the range, then
8418                          * we need not break down this page into 2MB pages.
8419                          */
8420                         if ((tmpva & PDPMASK) == 0 &&
8421                             tmpva + PDPMASK < base + size) {
8422                                 tmpva += NBPDP;
8423                                 continue;
8424                         }
8425                         if (!pmap_demote_pdpe(kernel_pmap, pdpe, tmpva))
8426                                 return (ENOMEM);
8427                 }
8428                 pde = pmap_pdpe_to_pde(pdpe, tmpva);
8429                 if (*pde == 0) {
8430                         KASSERT((flags & MAPDEV_ASSERTVALID) == 0,
8431                             ("%s: addr %#lx is not mapped", __func__, tmpva));
8432                         return (EINVAL);
8433                 }
8434                 if (*pde & PG_PS) {
8435                         /*
8436                          * If the current 2MB page already has the required
8437                          * properties, then we need not demote this page.  Just
8438                          * increment tmpva to the next 2MB page frame.
8439                          */
8440                         if ((*pde & pde_mask) == pde_bits) {
8441                                 tmpva = trunc_2mpage(tmpva) + NBPDR;
8442                                 continue;
8443                         }
8444
8445                         /*
8446                          * If the current offset aligns with a 2MB page frame
8447                          * and there is at least 2MB left within the range, then
8448                          * we need not break down this page into 4KB pages.
8449                          */
8450                         if ((tmpva & PDRMASK) == 0 &&
8451                             tmpva + PDRMASK < base + size) {
8452                                 tmpva += NBPDR;
8453                                 continue;
8454                         }
8455                         if (!pmap_demote_pde(kernel_pmap, pde, tmpva))
8456                                 return (ENOMEM);
8457                 }
8458                 pte = pmap_pde_to_pte(pde, tmpva);
8459                 if (*pte == 0) {
8460                         KASSERT((flags & MAPDEV_ASSERTVALID) == 0,
8461                             ("%s: addr %#lx is not mapped", __func__, tmpva));
8462                         return (EINVAL);
8463                 }
8464                 tmpva += PAGE_SIZE;
8465         }
8466         error = 0;
8467
8468         /*
8469          * Ok, all the pages exist, so run through them updating their
8470          * properties if required.
8471          */
8472         changed = false;
8473         pa_start = pa_end = 0;
8474         for (tmpva = base; tmpva < base + size; ) {
8475                 pdpe = pmap_pdpe(kernel_pmap, tmpva);
8476                 if (*pdpe & PG_PS) {
8477                         if ((*pdpe & pde_mask) != pde_bits) {
8478                                 pmap_pte_props(pdpe, pde_bits, pde_mask);
8479                                 changed = true;
8480                         }
8481                         if (tmpva >= VM_MIN_KERNEL_ADDRESS &&
8482                             (*pdpe & PG_PS_FRAME) < dmaplimit) {
8483                                 if (pa_start == pa_end) {
8484                                         /* Start physical address run. */
8485                                         pa_start = *pdpe & PG_PS_FRAME;
8486                                         pa_end = pa_start + NBPDP;
8487                                 } else if (pa_end == (*pdpe & PG_PS_FRAME))
8488                                         pa_end += NBPDP;
8489                                 else {
8490                                         /* Run ended, update direct map. */
8491                                         error = pmap_change_props_locked(
8492                                             PHYS_TO_DMAP(pa_start),
8493                                             pa_end - pa_start, prot, mode,
8494                                             flags);
8495                                         if (error != 0)
8496                                                 break;
8497                                         /* Start physical address run. */
8498                                         pa_start = *pdpe & PG_PS_FRAME;
8499                                         pa_end = pa_start + NBPDP;
8500                                 }
8501                         }
8502                         tmpva = trunc_1gpage(tmpva) + NBPDP;
8503                         continue;
8504                 }
8505                 pde = pmap_pdpe_to_pde(pdpe, tmpva);
8506                 if (*pde & PG_PS) {
8507                         if ((*pde & pde_mask) != pde_bits) {
8508                                 pmap_pte_props(pde, pde_bits, pde_mask);
8509                                 changed = true;
8510                         }
8511                         if (tmpva >= VM_MIN_KERNEL_ADDRESS &&
8512                             (*pde & PG_PS_FRAME) < dmaplimit) {
8513                                 if (pa_start == pa_end) {
8514                                         /* Start physical address run. */
8515                                         pa_start = *pde & PG_PS_FRAME;
8516                                         pa_end = pa_start + NBPDR;
8517                                 } else if (pa_end == (*pde & PG_PS_FRAME))
8518                                         pa_end += NBPDR;
8519                                 else {
8520                                         /* Run ended, update direct map. */
8521                                         error = pmap_change_props_locked(
8522                                             PHYS_TO_DMAP(pa_start),
8523                                             pa_end - pa_start, prot, mode,
8524                                             flags);
8525                                         if (error != 0)
8526                                                 break;
8527                                         /* Start physical address run. */
8528                                         pa_start = *pde & PG_PS_FRAME;
8529                                         pa_end = pa_start + NBPDR;
8530                                 }
8531                         }
8532                         tmpva = trunc_2mpage(tmpva) + NBPDR;
8533                 } else {
8534                         pte = pmap_pde_to_pte(pde, tmpva);
8535                         if ((*pte & pte_mask) != pte_bits) {
8536                                 pmap_pte_props(pte, pte_bits, pte_mask);
8537                                 changed = true;
8538                         }
8539                         if (tmpva >= VM_MIN_KERNEL_ADDRESS &&
8540                             (*pte & PG_FRAME) < dmaplimit) {
8541                                 if (pa_start == pa_end) {
8542                                         /* Start physical address run. */
8543                                         pa_start = *pte & PG_FRAME;
8544                                         pa_end = pa_start + PAGE_SIZE;
8545                                 } else if (pa_end == (*pte & PG_FRAME))
8546                                         pa_end += PAGE_SIZE;
8547                                 else {
8548                                         /* Run ended, update direct map. */
8549                                         error = pmap_change_props_locked(
8550                                             PHYS_TO_DMAP(pa_start),
8551                                             pa_end - pa_start, prot, mode,
8552                                             flags);
8553                                         if (error != 0)
8554                                                 break;
8555                                         /* Start physical address run. */
8556                                         pa_start = *pte & PG_FRAME;
8557                                         pa_end = pa_start + PAGE_SIZE;
8558                                 }
8559                         }
8560                         tmpva += PAGE_SIZE;
8561                 }
8562         }
8563         if (error == 0 && pa_start != pa_end && pa_start < dmaplimit) {
8564                 pa_end1 = MIN(pa_end, dmaplimit);
8565                 if (pa_start != pa_end1)
8566                         error = pmap_change_props_locked(PHYS_TO_DMAP(pa_start),
8567                             pa_end1 - pa_start, prot, mode, flags);
8568         }
8569
8570         /*
8571          * Flush CPU caches if required to make sure any data isn't cached that
8572          * shouldn't be, etc.
8573          */
8574         if (changed) {
8575                 pmap_invalidate_range(kernel_pmap, base, tmpva);
8576                 if ((flags & MAPDEV_FLUSHCACHE) != 0)
8577                         pmap_invalidate_cache_range(base, tmpva);
8578         }
8579         return (error);
8580 }
8581
8582 /*
8583  * Demotes any mapping within the direct map region that covers more than the
8584  * specified range of physical addresses.  This range's size must be a power
8585  * of two and its starting address must be a multiple of its size.  Since the
8586  * demotion does not change any attributes of the mapping, a TLB invalidation
8587  * is not mandatory.  The caller may, however, request a TLB invalidation.
8588  */
8589 void
8590 pmap_demote_DMAP(vm_paddr_t base, vm_size_t len, boolean_t invalidate)
8591 {
8592         pdp_entry_t *pdpe;
8593         pd_entry_t *pde;
8594         vm_offset_t va;
8595         boolean_t changed;
8596
8597         if (len == 0)
8598                 return;
8599         KASSERT(powerof2(len), ("pmap_demote_DMAP: len is not a power of 2"));
8600         KASSERT((base & (len - 1)) == 0,
8601             ("pmap_demote_DMAP: base is not a multiple of len"));
8602         if (len < NBPDP && base < dmaplimit) {
8603                 va = PHYS_TO_DMAP(base);
8604                 changed = FALSE;
8605                 PMAP_LOCK(kernel_pmap);
8606                 pdpe = pmap_pdpe(kernel_pmap, va);
8607                 if ((*pdpe & X86_PG_V) == 0)
8608                         panic("pmap_demote_DMAP: invalid PDPE");
8609                 if ((*pdpe & PG_PS) != 0) {
8610                         if (!pmap_demote_pdpe(kernel_pmap, pdpe, va))
8611                                 panic("pmap_demote_DMAP: PDPE failed");
8612                         changed = TRUE;
8613                 }
8614                 if (len < NBPDR) {
8615                         pde = pmap_pdpe_to_pde(pdpe, va);
8616                         if ((*pde & X86_PG_V) == 0)
8617                                 panic("pmap_demote_DMAP: invalid PDE");
8618                         if ((*pde & PG_PS) != 0) {
8619                                 if (!pmap_demote_pde(kernel_pmap, pde, va))
8620                                         panic("pmap_demote_DMAP: PDE failed");
8621                                 changed = TRUE;
8622                         }
8623                 }
8624                 if (changed && invalidate)
8625                         pmap_invalidate_page(kernel_pmap, va);
8626                 PMAP_UNLOCK(kernel_pmap);
8627         }
8628 }
8629
8630 /*
8631  * Perform the pmap work for mincore(2).  If the page is not both referenced and
8632  * modified by this pmap, returns its physical address so that the caller can
8633  * find other mappings.
8634  */
8635 int
8636 pmap_mincore(pmap_t pmap, vm_offset_t addr, vm_paddr_t *pap)
8637 {
8638         pd_entry_t *pdep;
8639         pt_entry_t pte, PG_A, PG_M, PG_RW, PG_V;
8640         vm_paddr_t pa;
8641         int val;
8642
8643         PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
8644         PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
8645         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
8646         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
8647
8648         PMAP_LOCK(pmap);
8649         pdep = pmap_pde(pmap, addr);
8650         if (pdep != NULL && (*pdep & PG_V)) {
8651                 if (*pdep & PG_PS) {
8652                         pte = *pdep;
8653                         /* Compute the physical address of the 4KB page. */
8654                         pa = ((*pdep & PG_PS_FRAME) | (addr & PDRMASK)) &
8655                             PG_FRAME;
8656                         val = MINCORE_SUPER;
8657                 } else {
8658                         pte = *pmap_pde_to_pte(pdep, addr);
8659                         pa = pte & PG_FRAME;
8660                         val = 0;
8661                 }
8662         } else {
8663                 pte = 0;
8664                 pa = 0;
8665                 val = 0;
8666         }
8667         if ((pte & PG_V) != 0) {
8668                 val |= MINCORE_INCORE;
8669                 if ((pte & (PG_M | PG_RW)) == (PG_M | PG_RW))
8670                         val |= MINCORE_MODIFIED | MINCORE_MODIFIED_OTHER;
8671                 if ((pte & PG_A) != 0)
8672                         val |= MINCORE_REFERENCED | MINCORE_REFERENCED_OTHER;
8673         }
8674         if ((val & (MINCORE_MODIFIED_OTHER | MINCORE_REFERENCED_OTHER)) !=
8675             (MINCORE_MODIFIED_OTHER | MINCORE_REFERENCED_OTHER) &&
8676             (pte & (PG_MANAGED | PG_V)) == (PG_MANAGED | PG_V)) {
8677                 *pap = pa;
8678         }
8679         PMAP_UNLOCK(pmap);
8680         return (val);
8681 }
8682
8683 static uint64_t
8684 pmap_pcid_alloc(pmap_t pmap, u_int cpuid)
8685 {
8686         uint32_t gen, new_gen, pcid_next;
8687
8688         CRITICAL_ASSERT(curthread);
8689         gen = PCPU_GET(pcid_gen);
8690         if (pmap->pm_pcids[cpuid].pm_pcid == PMAP_PCID_KERN)
8691                 return (pti ? 0 : CR3_PCID_SAVE);
8692         if (pmap->pm_pcids[cpuid].pm_gen == gen)
8693                 return (CR3_PCID_SAVE);
8694         pcid_next = PCPU_GET(pcid_next);
8695         KASSERT((!pti && pcid_next <= PMAP_PCID_OVERMAX) ||
8696             (pti && pcid_next <= PMAP_PCID_OVERMAX_KERN),
8697             ("cpu %d pcid_next %#x", cpuid, pcid_next));
8698         if ((!pti && pcid_next == PMAP_PCID_OVERMAX) ||
8699             (pti && pcid_next == PMAP_PCID_OVERMAX_KERN)) {
8700                 new_gen = gen + 1;
8701                 if (new_gen == 0)
8702                         new_gen = 1;
8703                 PCPU_SET(pcid_gen, new_gen);
8704                 pcid_next = PMAP_PCID_KERN + 1;
8705         } else {
8706                 new_gen = gen;
8707         }
8708         pmap->pm_pcids[cpuid].pm_pcid = pcid_next;
8709         pmap->pm_pcids[cpuid].pm_gen = new_gen;
8710         PCPU_SET(pcid_next, pcid_next + 1);
8711         return (0);
8712 }
8713
8714 static uint64_t
8715 pmap_pcid_alloc_checked(pmap_t pmap, u_int cpuid)
8716 {
8717         uint64_t cached;
8718
8719         cached = pmap_pcid_alloc(pmap, cpuid);
8720         KASSERT(pmap->pm_pcids[cpuid].pm_pcid < PMAP_PCID_OVERMAX,
8721             ("pmap %p cpu %d pcid %#x", pmap, cpuid,
8722             pmap->pm_pcids[cpuid].pm_pcid));
8723         KASSERT(pmap->pm_pcids[cpuid].pm_pcid != PMAP_PCID_KERN ||
8724             pmap == kernel_pmap,
8725             ("non-kernel pmap pmap %p cpu %d pcid %#x",
8726             pmap, cpuid, pmap->pm_pcids[cpuid].pm_pcid));
8727         return (cached);
8728 }
8729
8730 static void
8731 pmap_activate_sw_pti_post(struct thread *td, pmap_t pmap)
8732 {
8733
8734         PCPU_GET(tssp)->tss_rsp0 = pmap->pm_ucr3 != PMAP_NO_CR3 ?
8735             PCPU_GET(pti_rsp0) : (uintptr_t)td->td_md.md_stack_base;
8736 }
8737
8738 static void inline
8739 pmap_activate_sw_pcid_pti(pmap_t pmap, u_int cpuid, const bool invpcid_works1)
8740 {
8741         struct invpcid_descr d;
8742         uint64_t cached, cr3, kcr3, ucr3;
8743
8744         cached = pmap_pcid_alloc_checked(pmap, cpuid);
8745         cr3 = rcr3();
8746         if ((cr3 & ~CR3_PCID_MASK) != pmap->pm_cr3)
8747                 load_cr3(pmap->pm_cr3 | pmap->pm_pcids[cpuid].pm_pcid);
8748         PCPU_SET(curpmap, pmap);
8749         kcr3 = pmap->pm_cr3 | pmap->pm_pcids[cpuid].pm_pcid;
8750         ucr3 = pmap->pm_ucr3 | pmap->pm_pcids[cpuid].pm_pcid |
8751             PMAP_PCID_USER_PT;
8752
8753         if (!cached && pmap->pm_ucr3 != PMAP_NO_CR3) {
8754                 /*
8755                  * Explicitly invalidate translations cached from the
8756                  * user page table.  They are not automatically
8757                  * flushed by reload of cr3 with the kernel page table
8758                  * pointer above.
8759                  *
8760                  * Note that the if() condition is resolved statically
8761                  * by using the function argument instead of
8762                  * runtime-evaluated invpcid_works value.
8763                  */
8764                 if (invpcid_works1) {
8765                         d.pcid = PMAP_PCID_USER_PT |
8766                             pmap->pm_pcids[cpuid].pm_pcid;
8767                         d.pad = 0;
8768                         d.addr = 0;
8769                         invpcid(&d, INVPCID_CTX);
8770                 } else {
8771                         pmap_pti_pcid_invalidate(ucr3, kcr3);
8772                 }
8773         }
8774
8775         PCPU_SET(kcr3, kcr3 | CR3_PCID_SAVE);
8776         PCPU_SET(ucr3, ucr3 | CR3_PCID_SAVE);
8777         if (cached)
8778                 PCPU_INC(pm_save_cnt);
8779 }
8780
8781 static void
8782 pmap_activate_sw_pcid_invpcid_pti(struct thread *td, pmap_t pmap, u_int cpuid)
8783 {
8784
8785         pmap_activate_sw_pcid_pti(pmap, cpuid, true);
8786         pmap_activate_sw_pti_post(td, pmap);
8787 }
8788
8789 static void
8790 pmap_activate_sw_pcid_noinvpcid_pti(struct thread *td, pmap_t pmap,
8791     u_int cpuid)
8792 {
8793         register_t rflags;
8794
8795         /*
8796          * If the INVPCID instruction is not available,
8797          * invltlb_pcid_handler() is used to handle an invalidate_all
8798          * IPI, which checks for curpmap == smp_tlb_pmap.  The below
8799          * sequence of operations has a window where %CR3 is loaded
8800          * with the new pmap's PML4 address, but the curpmap value has
8801          * not yet been updated.  This causes the invltlb IPI handler,
8802          * which is called between the updates, to execute as a NOP,
8803          * which leaves stale TLB entries.
8804          *
8805          * Note that the most typical use of pmap_activate_sw(), from
8806          * the context switch, is immune to this race, because
8807          * interrupts are disabled (while the thread lock is owned),
8808          * and the IPI happens after curpmap is updated.  Protect
8809          * other callers in a similar way, by disabling interrupts
8810          * around the %cr3 register reload and curpmap assignment.
8811          */
8812         rflags = intr_disable();
8813         pmap_activate_sw_pcid_pti(pmap, cpuid, false);
8814         intr_restore(rflags);
8815         pmap_activate_sw_pti_post(td, pmap);
8816 }
8817
8818 static void
8819 pmap_activate_sw_pcid_nopti(struct thread *td __unused, pmap_t pmap,
8820     u_int cpuid)
8821 {
8822         uint64_t cached, cr3;
8823
8824         cached = pmap_pcid_alloc_checked(pmap, cpuid);
8825         cr3 = rcr3();
8826         if (!cached || (cr3 & ~CR3_PCID_MASK) != pmap->pm_cr3)
8827                 load_cr3(pmap->pm_cr3 | pmap->pm_pcids[cpuid].pm_pcid |
8828                     cached);
8829         PCPU_SET(curpmap, pmap);
8830         if (cached)
8831                 PCPU_INC(pm_save_cnt);
8832 }
8833
8834 static void
8835 pmap_activate_sw_pcid_noinvpcid_nopti(struct thread *td __unused, pmap_t pmap,
8836     u_int cpuid)
8837 {
8838         register_t rflags;
8839
8840         rflags = intr_disable();
8841         pmap_activate_sw_pcid_nopti(td, pmap, cpuid);
8842         intr_restore(rflags);
8843 }
8844
8845 static void
8846 pmap_activate_sw_nopcid_nopti(struct thread *td __unused, pmap_t pmap,
8847     u_int cpuid __unused)
8848 {
8849
8850         load_cr3(pmap->pm_cr3);
8851         PCPU_SET(curpmap, pmap);
8852 }
8853
8854 static void
8855 pmap_activate_sw_nopcid_pti(struct thread *td, pmap_t pmap,
8856     u_int cpuid __unused)
8857 {
8858
8859         pmap_activate_sw_nopcid_nopti(td, pmap, cpuid);
8860         PCPU_SET(kcr3, pmap->pm_cr3);
8861         PCPU_SET(ucr3, pmap->pm_ucr3);
8862         pmap_activate_sw_pti_post(td, pmap);
8863 }
8864
8865 DEFINE_IFUNC(static, void, pmap_activate_sw_mode, (struct thread *, pmap_t,
8866     u_int))
8867 {
8868
8869         if (pmap_pcid_enabled && pti && invpcid_works)
8870                 return (pmap_activate_sw_pcid_invpcid_pti);
8871         else if (pmap_pcid_enabled && pti && !invpcid_works)
8872                 return (pmap_activate_sw_pcid_noinvpcid_pti);
8873         else if (pmap_pcid_enabled && !pti && invpcid_works)
8874                 return (pmap_activate_sw_pcid_nopti);
8875         else if (pmap_pcid_enabled && !pti && !invpcid_works)
8876                 return (pmap_activate_sw_pcid_noinvpcid_nopti);
8877         else if (!pmap_pcid_enabled && pti)
8878                 return (pmap_activate_sw_nopcid_pti);
8879         else /* if (!pmap_pcid_enabled && !pti) */
8880                 return (pmap_activate_sw_nopcid_nopti);
8881 }
8882
8883 void
8884 pmap_activate_sw(struct thread *td)
8885 {
8886         pmap_t oldpmap, pmap;
8887         u_int cpuid;
8888
8889         oldpmap = PCPU_GET(curpmap);
8890         pmap = vmspace_pmap(td->td_proc->p_vmspace);
8891         if (oldpmap == pmap) {
8892                 if (cpu_vendor_id != CPU_VENDOR_INTEL)
8893                         mfence();
8894                 return;
8895         }
8896         cpuid = PCPU_GET(cpuid);
8897 #ifdef SMP
8898         CPU_SET_ATOMIC(cpuid, &pmap->pm_active);
8899 #else
8900         CPU_SET(cpuid, &pmap->pm_active);
8901 #endif
8902         pmap_activate_sw_mode(td, pmap, cpuid);
8903 #ifdef SMP
8904         CPU_CLR_ATOMIC(cpuid, &oldpmap->pm_active);
8905 #else
8906         CPU_CLR(cpuid, &oldpmap->pm_active);
8907 #endif
8908 }
8909
8910 void
8911 pmap_activate(struct thread *td)
8912 {
8913
8914         critical_enter();
8915         pmap_activate_sw(td);
8916         critical_exit();
8917 }
8918
8919 void
8920 pmap_activate_boot(pmap_t pmap)
8921 {
8922         uint64_t kcr3;
8923         u_int cpuid;
8924
8925         /*
8926          * kernel_pmap must be never deactivated, and we ensure that
8927          * by never activating it at all.
8928          */
8929         MPASS(pmap != kernel_pmap);
8930
8931         cpuid = PCPU_GET(cpuid);
8932 #ifdef SMP
8933         CPU_SET_ATOMIC(cpuid, &pmap->pm_active);
8934 #else
8935         CPU_SET(cpuid, &pmap->pm_active);
8936 #endif
8937         PCPU_SET(curpmap, pmap);
8938         if (pti) {
8939                 kcr3 = pmap->pm_cr3;
8940                 if (pmap_pcid_enabled)
8941                         kcr3 |= pmap->pm_pcids[cpuid].pm_pcid | CR3_PCID_SAVE;
8942         } else {
8943                 kcr3 = PMAP_NO_CR3;
8944         }
8945         PCPU_SET(kcr3, kcr3);
8946         PCPU_SET(ucr3, PMAP_NO_CR3);
8947 }
8948
8949 void
8950 pmap_sync_icache(pmap_t pm, vm_offset_t va, vm_size_t sz)
8951 {
8952 }
8953
8954 /*
8955  *      Increase the starting virtual address of the given mapping if a
8956  *      different alignment might result in more superpage mappings.
8957  */
8958 void
8959 pmap_align_superpage(vm_object_t object, vm_ooffset_t offset,
8960     vm_offset_t *addr, vm_size_t size)
8961 {
8962         vm_offset_t superpage_offset;
8963
8964         if (size < NBPDR)
8965                 return;
8966         if (object != NULL && (object->flags & OBJ_COLORED) != 0)
8967                 offset += ptoa(object->pg_color);
8968         superpage_offset = offset & PDRMASK;
8969         if (size - ((NBPDR - superpage_offset) & PDRMASK) < NBPDR ||
8970             (*addr & PDRMASK) == superpage_offset)
8971                 return;
8972         if ((*addr & PDRMASK) < superpage_offset)
8973                 *addr = (*addr & ~PDRMASK) + superpage_offset;
8974         else
8975                 *addr = ((*addr + PDRMASK) & ~PDRMASK) + superpage_offset;
8976 }
8977
8978 #ifdef INVARIANTS
8979 static unsigned long num_dirty_emulations;
8980 SYSCTL_ULONG(_vm_pmap, OID_AUTO, num_dirty_emulations, CTLFLAG_RW,
8981              &num_dirty_emulations, 0, NULL);
8982
8983 static unsigned long num_accessed_emulations;
8984 SYSCTL_ULONG(_vm_pmap, OID_AUTO, num_accessed_emulations, CTLFLAG_RW,
8985              &num_accessed_emulations, 0, NULL);
8986
8987 static unsigned long num_superpage_accessed_emulations;
8988 SYSCTL_ULONG(_vm_pmap, OID_AUTO, num_superpage_accessed_emulations, CTLFLAG_RW,
8989              &num_superpage_accessed_emulations, 0, NULL);
8990
8991 static unsigned long ad_emulation_superpage_promotions;
8992 SYSCTL_ULONG(_vm_pmap, OID_AUTO, ad_emulation_superpage_promotions, CTLFLAG_RW,
8993              &ad_emulation_superpage_promotions, 0, NULL);
8994 #endif  /* INVARIANTS */
8995
8996 int
8997 pmap_emulate_accessed_dirty(pmap_t pmap, vm_offset_t va, int ftype)
8998 {
8999         int rv;
9000         struct rwlock *lock;
9001 #if VM_NRESERVLEVEL > 0
9002         vm_page_t m, mpte;
9003 #endif
9004         pd_entry_t *pde;
9005         pt_entry_t *pte, PG_A, PG_M, PG_RW, PG_V;
9006
9007         KASSERT(ftype == VM_PROT_READ || ftype == VM_PROT_WRITE,
9008             ("pmap_emulate_accessed_dirty: invalid fault type %d", ftype));
9009
9010         if (!pmap_emulate_ad_bits(pmap))
9011                 return (-1);
9012
9013         PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
9014         PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
9015         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
9016         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
9017
9018         rv = -1;
9019         lock = NULL;
9020         PMAP_LOCK(pmap);
9021
9022         pde = pmap_pde(pmap, va);
9023         if (pde == NULL || (*pde & PG_V) == 0)
9024                 goto done;
9025
9026         if ((*pde & PG_PS) != 0) {
9027                 if (ftype == VM_PROT_READ) {
9028 #ifdef INVARIANTS
9029                         atomic_add_long(&num_superpage_accessed_emulations, 1);
9030 #endif
9031                         *pde |= PG_A;
9032                         rv = 0;
9033                 }
9034                 goto done;
9035         }
9036
9037         pte = pmap_pde_to_pte(pde, va);
9038         if ((*pte & PG_V) == 0)
9039                 goto done;
9040
9041         if (ftype == VM_PROT_WRITE) {
9042                 if ((*pte & PG_RW) == 0)
9043                         goto done;
9044                 /*
9045                  * Set the modified and accessed bits simultaneously.
9046                  *
9047                  * Intel EPT PTEs that do software emulation of A/D bits map
9048                  * PG_A and PG_M to EPT_PG_READ and EPT_PG_WRITE respectively.
9049                  * An EPT misconfiguration is triggered if the PTE is writable
9050                  * but not readable (WR=10). This is avoided by setting PG_A
9051                  * and PG_M simultaneously.
9052                  */
9053                 *pte |= PG_M | PG_A;
9054         } else {
9055                 *pte |= PG_A;
9056         }
9057
9058 #if VM_NRESERVLEVEL > 0
9059         /* try to promote the mapping */
9060         if (va < VM_MAXUSER_ADDRESS)
9061                 mpte = PHYS_TO_VM_PAGE(*pde & PG_FRAME);
9062         else
9063                 mpte = NULL;
9064
9065         m = PHYS_TO_VM_PAGE(*pte & PG_FRAME);
9066
9067         if ((mpte == NULL || mpte->ref_count == NPTEPG) &&
9068             pmap_ps_enabled(pmap) &&
9069             (m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0 &&
9070             vm_reserv_level_iffullpop(m) == 0) {
9071                 pmap_promote_pde(pmap, pde, va, &lock);
9072 #ifdef INVARIANTS
9073                 atomic_add_long(&ad_emulation_superpage_promotions, 1);
9074 #endif
9075         }
9076 #endif
9077
9078 #ifdef INVARIANTS
9079         if (ftype == VM_PROT_WRITE)
9080                 atomic_add_long(&num_dirty_emulations, 1);
9081         else
9082                 atomic_add_long(&num_accessed_emulations, 1);
9083 #endif
9084         rv = 0;         /* success */
9085 done:
9086         if (lock != NULL)
9087                 rw_wunlock(lock);
9088         PMAP_UNLOCK(pmap);
9089         return (rv);
9090 }
9091
9092 void
9093 pmap_get_mapping(pmap_t pmap, vm_offset_t va, uint64_t *ptr, int *num)
9094 {
9095         pml4_entry_t *pml4;
9096         pdp_entry_t *pdp;
9097         pd_entry_t *pde;
9098         pt_entry_t *pte, PG_V;
9099         int idx;
9100
9101         idx = 0;
9102         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
9103         PMAP_LOCK(pmap);
9104
9105         pml4 = pmap_pml4e(pmap, va);
9106         ptr[idx++] = *pml4;
9107         if ((*pml4 & PG_V) == 0)
9108                 goto done;
9109
9110         pdp = pmap_pml4e_to_pdpe(pml4, va);
9111         ptr[idx++] = *pdp;
9112         if ((*pdp & PG_V) == 0 || (*pdp & PG_PS) != 0)
9113                 goto done;
9114
9115         pde = pmap_pdpe_to_pde(pdp, va);
9116         ptr[idx++] = *pde;
9117         if ((*pde & PG_V) == 0 || (*pde & PG_PS) != 0)
9118                 goto done;
9119
9120         pte = pmap_pde_to_pte(pde, va);
9121         ptr[idx++] = *pte;
9122
9123 done:
9124         PMAP_UNLOCK(pmap);
9125         *num = idx;
9126 }
9127
9128 /**
9129  * Get the kernel virtual address of a set of physical pages. If there are
9130  * physical addresses not covered by the DMAP perform a transient mapping
9131  * that will be removed when calling pmap_unmap_io_transient.
9132  *
9133  * \param page        The pages the caller wishes to obtain the virtual
9134  *                    address on the kernel memory map.
9135  * \param vaddr       On return contains the kernel virtual memory address
9136  *                    of the pages passed in the page parameter.
9137  * \param count       Number of pages passed in.
9138  * \param can_fault   TRUE if the thread using the mapped pages can take
9139  *                    page faults, FALSE otherwise.
9140  *
9141  * \returns TRUE if the caller must call pmap_unmap_io_transient when
9142  *          finished or FALSE otherwise.
9143  *
9144  */
9145 boolean_t
9146 pmap_map_io_transient(vm_page_t page[], vm_offset_t vaddr[], int count,
9147     boolean_t can_fault)
9148 {
9149         vm_paddr_t paddr;
9150         boolean_t needs_mapping;
9151         pt_entry_t *pte;
9152         int cache_bits, error __unused, i;
9153
9154         /*
9155          * Allocate any KVA space that we need, this is done in a separate
9156          * loop to prevent calling vmem_alloc while pinned.
9157          */
9158         needs_mapping = FALSE;
9159         for (i = 0; i < count; i++) {
9160                 paddr = VM_PAGE_TO_PHYS(page[i]);
9161                 if (__predict_false(paddr >= dmaplimit)) {
9162                         error = vmem_alloc(kernel_arena, PAGE_SIZE,
9163                             M_BESTFIT | M_WAITOK, &vaddr[i]);
9164                         KASSERT(error == 0, ("vmem_alloc failed: %d", error));
9165                         needs_mapping = TRUE;
9166                 } else {
9167                         vaddr[i] = PHYS_TO_DMAP(paddr);
9168                 }
9169         }
9170
9171         /* Exit early if everything is covered by the DMAP */
9172         if (!needs_mapping)
9173                 return (FALSE);
9174
9175         /*
9176          * NB:  The sequence of updating a page table followed by accesses
9177          * to the corresponding pages used in the !DMAP case is subject to
9178          * the situation described in the "AMD64 Architecture Programmer's
9179          * Manual Volume 2: System Programming" rev. 3.23, "7.3.1 Special
9180          * Coherency Considerations".  Therefore, issuing the INVLPG right
9181          * after modifying the PTE bits is crucial.
9182          */
9183         if (!can_fault)
9184                 sched_pin();
9185         for (i = 0; i < count; i++) {
9186                 paddr = VM_PAGE_TO_PHYS(page[i]);
9187                 if (paddr >= dmaplimit) {
9188                         if (can_fault) {
9189                                 /*
9190                                  * Slow path, since we can get page faults
9191                                  * while mappings are active don't pin the
9192                                  * thread to the CPU and instead add a global
9193                                  * mapping visible to all CPUs.
9194                                  */
9195                                 pmap_qenter(vaddr[i], &page[i], 1);
9196                         } else {
9197                                 pte = vtopte(vaddr[i]);
9198                                 cache_bits = pmap_cache_bits(kernel_pmap,
9199                                     page[i]->md.pat_mode, 0);
9200                                 pte_store(pte, paddr | X86_PG_RW | X86_PG_V |
9201                                     cache_bits);
9202                                 invlpg(vaddr[i]);
9203                         }
9204                 }
9205         }
9206
9207         return (needs_mapping);
9208 }
9209
9210 void
9211 pmap_unmap_io_transient(vm_page_t page[], vm_offset_t vaddr[], int count,
9212     boolean_t can_fault)
9213 {
9214         vm_paddr_t paddr;
9215         int i;
9216
9217         if (!can_fault)
9218                 sched_unpin();
9219         for (i = 0; i < count; i++) {
9220                 paddr = VM_PAGE_TO_PHYS(page[i]);
9221                 if (paddr >= dmaplimit) {
9222                         if (can_fault)
9223                                 pmap_qremove(vaddr[i], 1);
9224                         vmem_free(kernel_arena, vaddr[i], PAGE_SIZE);
9225                 }
9226         }
9227 }
9228
9229 vm_offset_t
9230 pmap_quick_enter_page(vm_page_t m)
9231 {
9232         vm_paddr_t paddr;
9233
9234         paddr = VM_PAGE_TO_PHYS(m);
9235         if (paddr < dmaplimit)
9236                 return (PHYS_TO_DMAP(paddr));
9237         mtx_lock_spin(&qframe_mtx);
9238         KASSERT(*vtopte(qframe) == 0, ("qframe busy"));
9239         pte_store(vtopte(qframe), paddr | X86_PG_RW | X86_PG_V | X86_PG_A |
9240             X86_PG_M | pmap_cache_bits(kernel_pmap, m->md.pat_mode, 0));
9241         return (qframe);
9242 }
9243
9244 void
9245 pmap_quick_remove_page(vm_offset_t addr)
9246 {
9247
9248         if (addr != qframe)
9249                 return;
9250         pte_store(vtopte(qframe), 0);
9251         invlpg(qframe);
9252         mtx_unlock_spin(&qframe_mtx);
9253 }
9254
9255 /*
9256  * Pdp pages from the large map are managed differently from either
9257  * kernel or user page table pages.  They are permanently allocated at
9258  * initialization time, and their reference count is permanently set to
9259  * zero.  The pml4 entries pointing to those pages are copied into
9260  * each allocated pmap.
9261  *
9262  * In contrast, pd and pt pages are managed like user page table
9263  * pages.  They are dynamically allocated, and their reference count
9264  * represents the number of valid entries within the page.
9265  */
9266 static vm_page_t
9267 pmap_large_map_getptp_unlocked(void)
9268 {
9269         vm_page_t m;
9270
9271         m = vm_page_alloc(NULL, 0, VM_ALLOC_NORMAL | VM_ALLOC_NOOBJ |
9272             VM_ALLOC_ZERO);
9273         if (m != NULL && (m->flags & PG_ZERO) == 0)
9274                 pmap_zero_page(m);
9275         return (m);
9276 }
9277
9278 static vm_page_t
9279 pmap_large_map_getptp(void)
9280 {
9281         vm_page_t m;
9282
9283         PMAP_LOCK_ASSERT(kernel_pmap, MA_OWNED);
9284         m = pmap_large_map_getptp_unlocked();
9285         if (m == NULL) {
9286                 PMAP_UNLOCK(kernel_pmap);
9287                 vm_wait(NULL);
9288                 PMAP_LOCK(kernel_pmap);
9289                 /* Callers retry. */
9290         }
9291         return (m);
9292 }
9293
9294 static pdp_entry_t *
9295 pmap_large_map_pdpe(vm_offset_t va)
9296 {
9297         vm_pindex_t pml4_idx;
9298         vm_paddr_t mphys;
9299
9300         pml4_idx = pmap_pml4e_index(va);
9301         KASSERT(LMSPML4I <= pml4_idx && pml4_idx < LMSPML4I + lm_ents,
9302             ("pmap_large_map_pdpe: va %#jx out of range idx %#jx LMSPML4I "
9303             "%#jx lm_ents %d",
9304             (uintmax_t)va, (uintmax_t)pml4_idx, LMSPML4I, lm_ents));
9305         KASSERT((kernel_pmap->pm_pml4[pml4_idx] & X86_PG_V) != 0,
9306             ("pmap_large_map_pdpe: invalid pml4 for va %#jx idx %#jx "
9307             "LMSPML4I %#jx lm_ents %d",
9308             (uintmax_t)va, (uintmax_t)pml4_idx, LMSPML4I, lm_ents));
9309         mphys = kernel_pmap->pm_pml4[pml4_idx] & PG_FRAME;
9310         return ((pdp_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(mphys) + pmap_pdpe_index(va));
9311 }
9312
9313 static pd_entry_t *
9314 pmap_large_map_pde(vm_offset_t va)
9315 {
9316         pdp_entry_t *pdpe;
9317         vm_page_t m;
9318         vm_paddr_t mphys;
9319
9320 retry:
9321         pdpe = pmap_large_map_pdpe(va);
9322         if (*pdpe == 0) {
9323                 m = pmap_large_map_getptp();
9324                 if (m == NULL)
9325                         goto retry;
9326                 mphys = VM_PAGE_TO_PHYS(m);
9327                 *pdpe = mphys | X86_PG_A | X86_PG_RW | X86_PG_V | pg_nx;
9328         } else {
9329                 MPASS((*pdpe & X86_PG_PS) == 0);
9330                 mphys = *pdpe & PG_FRAME;
9331         }
9332         return ((pd_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(mphys) + pmap_pde_index(va));
9333 }
9334
9335 static pt_entry_t *
9336 pmap_large_map_pte(vm_offset_t va)
9337 {
9338         pd_entry_t *pde;
9339         vm_page_t m;
9340         vm_paddr_t mphys;
9341
9342 retry:
9343         pde = pmap_large_map_pde(va);
9344         if (*pde == 0) {
9345                 m = pmap_large_map_getptp();
9346                 if (m == NULL)
9347                         goto retry;
9348                 mphys = VM_PAGE_TO_PHYS(m);
9349                 *pde = mphys | X86_PG_A | X86_PG_RW | X86_PG_V | pg_nx;
9350                 PHYS_TO_VM_PAGE(DMAP_TO_PHYS((uintptr_t)pde))->ref_count++;
9351         } else {
9352                 MPASS((*pde & X86_PG_PS) == 0);
9353                 mphys = *pde & PG_FRAME;
9354         }
9355         return ((pt_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(mphys) + pmap_pte_index(va));
9356 }
9357
9358 static vm_paddr_t
9359 pmap_large_map_kextract(vm_offset_t va)
9360 {
9361         pdp_entry_t *pdpe, pdp;
9362         pd_entry_t *pde, pd;
9363         pt_entry_t *pte, pt;
9364
9365         KASSERT(PMAP_ADDRESS_IN_LARGEMAP(va),
9366             ("not largemap range %#lx", (u_long)va));
9367         pdpe = pmap_large_map_pdpe(va);
9368         pdp = *pdpe;
9369         KASSERT((pdp & X86_PG_V) != 0,
9370             ("invalid pdp va %#lx pdpe %#lx pdp %#lx", va,
9371             (u_long)pdpe, pdp));
9372         if ((pdp & X86_PG_PS) != 0) {
9373                 KASSERT((amd_feature & AMDID_PAGE1GB) != 0,
9374                     ("no 1G pages, va %#lx pdpe %#lx pdp %#lx", va,
9375                     (u_long)pdpe, pdp));
9376                 return ((pdp & PG_PS_PDP_FRAME) | (va & PDPMASK));
9377         }
9378         pde = pmap_pdpe_to_pde(pdpe, va);
9379         pd = *pde;
9380         KASSERT((pd & X86_PG_V) != 0,
9381             ("invalid pd va %#lx pde %#lx pd %#lx", va, (u_long)pde, pd));
9382         if ((pd & X86_PG_PS) != 0)
9383                 return ((pd & PG_PS_FRAME) | (va & PDRMASK));
9384         pte = pmap_pde_to_pte(pde, va);
9385         pt = *pte;
9386         KASSERT((pt & X86_PG_V) != 0,
9387             ("invalid pte va %#lx pte %#lx pt %#lx", va, (u_long)pte, pt));
9388         return ((pt & PG_FRAME) | (va & PAGE_MASK));
9389 }
9390
9391 static int
9392 pmap_large_map_getva(vm_size_t len, vm_offset_t align, vm_offset_t phase,
9393     vmem_addr_t *vmem_res)
9394 {
9395
9396         /*
9397          * Large mappings are all but static.  Consequently, there
9398          * is no point in waiting for an earlier allocation to be
9399          * freed.
9400          */
9401         return (vmem_xalloc(large_vmem, len, align, phase, 0, VMEM_ADDR_MIN,
9402             VMEM_ADDR_MAX, M_NOWAIT | M_BESTFIT, vmem_res));
9403 }
9404
9405 int
9406 pmap_large_map(vm_paddr_t spa, vm_size_t len, void **addr,
9407     vm_memattr_t mattr)
9408 {
9409         pdp_entry_t *pdpe;
9410         pd_entry_t *pde;
9411         pt_entry_t *pte;
9412         vm_offset_t va, inc;
9413         vmem_addr_t vmem_res;
9414         vm_paddr_t pa;
9415         int error;
9416
9417         if (len == 0 || spa + len < spa)
9418                 return (EINVAL);
9419
9420         /* See if DMAP can serve. */
9421         if (spa + len <= dmaplimit) {
9422                 va = PHYS_TO_DMAP(spa);
9423                 *addr = (void *)va;
9424                 return (pmap_change_attr(va, len, mattr));
9425         }
9426
9427         /*
9428          * No, allocate KVA.  Fit the address with best possible
9429          * alignment for superpages.  Fall back to worse align if
9430          * failed.
9431          */
9432         error = ENOMEM;
9433         if ((amd_feature & AMDID_PAGE1GB) != 0 && rounddown2(spa + len,
9434             NBPDP) >= roundup2(spa, NBPDP) + NBPDP)
9435                 error = pmap_large_map_getva(len, NBPDP, spa & PDPMASK,
9436                     &vmem_res);
9437         if (error != 0 && rounddown2(spa + len, NBPDR) >= roundup2(spa,
9438             NBPDR) + NBPDR)
9439                 error = pmap_large_map_getva(len, NBPDR, spa & PDRMASK,
9440                     &vmem_res);
9441         if (error != 0)
9442                 error = pmap_large_map_getva(len, PAGE_SIZE, 0, &vmem_res);
9443         if (error != 0)
9444                 return (error);
9445
9446         /*
9447          * Fill pagetable.  PG_M is not pre-set, we scan modified bits
9448          * in the pagetable to minimize flushing.  No need to
9449          * invalidate TLB, since we only update invalid entries.
9450          */
9451         PMAP_LOCK(kernel_pmap);
9452         for (pa = spa, va = vmem_res; len > 0; pa += inc, va += inc,
9453             len -= inc) {
9454                 if ((amd_feature & AMDID_PAGE1GB) != 0 && len >= NBPDP &&
9455                     (pa & PDPMASK) == 0 && (va & PDPMASK) == 0) {
9456                         pdpe = pmap_large_map_pdpe(va);
9457                         MPASS(*pdpe == 0);
9458                         *pdpe = pa | pg_g | X86_PG_PS | X86_PG_RW |
9459                             X86_PG_V | X86_PG_A | pg_nx |
9460                             pmap_cache_bits(kernel_pmap, mattr, TRUE);
9461                         inc = NBPDP;
9462                 } else if (len >= NBPDR && (pa & PDRMASK) == 0 &&
9463                     (va & PDRMASK) == 0) {
9464                         pde = pmap_large_map_pde(va);
9465                         MPASS(*pde == 0);
9466                         *pde = pa | pg_g | X86_PG_PS | X86_PG_RW |
9467                             X86_PG_V | X86_PG_A | pg_nx |
9468                             pmap_cache_bits(kernel_pmap, mattr, TRUE);
9469                         PHYS_TO_VM_PAGE(DMAP_TO_PHYS((uintptr_t)pde))->
9470                             ref_count++;
9471                         inc = NBPDR;
9472                 } else {
9473                         pte = pmap_large_map_pte(va);
9474                         MPASS(*pte == 0);
9475                         *pte = pa | pg_g | X86_PG_RW | X86_PG_V |
9476                             X86_PG_A | pg_nx | pmap_cache_bits(kernel_pmap,
9477                             mattr, FALSE);
9478                         PHYS_TO_VM_PAGE(DMAP_TO_PHYS((uintptr_t)pte))->
9479                             ref_count++;
9480                         inc = PAGE_SIZE;
9481                 }
9482         }
9483         PMAP_UNLOCK(kernel_pmap);
9484         MPASS(len == 0);
9485
9486         *addr = (void *)vmem_res;
9487         return (0);
9488 }
9489
9490 void
9491 pmap_large_unmap(void *svaa, vm_size_t len)
9492 {
9493         vm_offset_t sva, va;
9494         vm_size_t inc;
9495         pdp_entry_t *pdpe, pdp;
9496         pd_entry_t *pde, pd;
9497         pt_entry_t *pte;
9498         vm_page_t m;
9499         struct spglist spgf;
9500
9501         sva = (vm_offset_t)svaa;
9502         if (len == 0 || sva + len < sva || (sva >= DMAP_MIN_ADDRESS &&
9503             sva + len <= DMAP_MIN_ADDRESS + dmaplimit))
9504                 return;
9505
9506         SLIST_INIT(&spgf);
9507         KASSERT(PMAP_ADDRESS_IN_LARGEMAP(sva) &&
9508             PMAP_ADDRESS_IN_LARGEMAP(sva + len - 1),
9509             ("not largemap range %#lx %#lx", (u_long)svaa, (u_long)svaa + len));
9510         PMAP_LOCK(kernel_pmap);
9511         for (va = sva; va < sva + len; va += inc) {
9512                 pdpe = pmap_large_map_pdpe(va);
9513                 pdp = *pdpe;
9514                 KASSERT((pdp & X86_PG_V) != 0,
9515                     ("invalid pdp va %#lx pdpe %#lx pdp %#lx", va,
9516                     (u_long)pdpe, pdp));
9517                 if ((pdp & X86_PG_PS) != 0) {
9518                         KASSERT((amd_feature & AMDID_PAGE1GB) != 0,
9519                             ("no 1G pages, va %#lx pdpe %#lx pdp %#lx", va,
9520                             (u_long)pdpe, pdp));
9521                         KASSERT((va & PDPMASK) == 0,
9522                             ("PDPMASK bit set, va %#lx pdpe %#lx pdp %#lx", va,
9523                             (u_long)pdpe, pdp));
9524                         KASSERT(va + NBPDP <= sva + len,
9525                             ("unmap covers partial 1GB page, sva %#lx va %#lx "
9526                             "pdpe %#lx pdp %#lx len %#lx", sva, va,
9527                             (u_long)pdpe, pdp, len));
9528                         *pdpe = 0;
9529                         inc = NBPDP;
9530                         continue;
9531                 }
9532                 pde = pmap_pdpe_to_pde(pdpe, va);
9533                 pd = *pde;
9534                 KASSERT((pd & X86_PG_V) != 0,
9535                     ("invalid pd va %#lx pde %#lx pd %#lx", va,
9536                     (u_long)pde, pd));
9537                 if ((pd & X86_PG_PS) != 0) {
9538                         KASSERT((va & PDRMASK) == 0,
9539                             ("PDRMASK bit set, va %#lx pde %#lx pd %#lx", va,
9540                             (u_long)pde, pd));
9541                         KASSERT(va + NBPDR <= sva + len,
9542                             ("unmap covers partial 2MB page, sva %#lx va %#lx "
9543                             "pde %#lx pd %#lx len %#lx", sva, va, (u_long)pde,
9544                             pd, len));
9545                         pde_store(pde, 0);
9546                         inc = NBPDR;
9547                         m = PHYS_TO_VM_PAGE(DMAP_TO_PHYS((vm_offset_t)pde));
9548                         m->ref_count--;
9549                         if (m->ref_count == 0) {
9550                                 *pdpe = 0;
9551                                 SLIST_INSERT_HEAD(&spgf, m, plinks.s.ss);
9552                         }
9553                         continue;
9554                 }
9555                 pte = pmap_pde_to_pte(pde, va);
9556                 KASSERT((*pte & X86_PG_V) != 0,
9557                     ("invalid pte va %#lx pte %#lx pt %#lx", va,
9558                     (u_long)pte, *pte));
9559                 pte_clear(pte);
9560                 inc = PAGE_SIZE;
9561                 m = PHYS_TO_VM_PAGE(DMAP_TO_PHYS((vm_offset_t)pte));
9562                 m->ref_count--;
9563                 if (m->ref_count == 0) {
9564                         *pde = 0;
9565                         SLIST_INSERT_HEAD(&spgf, m, plinks.s.ss);
9566                         m = PHYS_TO_VM_PAGE(DMAP_TO_PHYS((vm_offset_t)pde));
9567                         m->ref_count--;
9568                         if (m->ref_count == 0) {
9569                                 *pdpe = 0;
9570                                 SLIST_INSERT_HEAD(&spgf, m, plinks.s.ss);
9571                         }
9572                 }
9573         }
9574         pmap_invalidate_range(kernel_pmap, sva, sva + len);
9575         PMAP_UNLOCK(kernel_pmap);
9576         vm_page_free_pages_toq(&spgf, false);
9577         vmem_free(large_vmem, sva, len);
9578 }
9579
9580 static void
9581 pmap_large_map_wb_fence_mfence(void)
9582 {
9583
9584         mfence();
9585 }
9586
9587 static void
9588 pmap_large_map_wb_fence_atomic(void)
9589 {
9590
9591         atomic_thread_fence_seq_cst();
9592 }
9593
9594 static void
9595 pmap_large_map_wb_fence_nop(void)
9596 {
9597 }
9598
9599 DEFINE_IFUNC(static, void, pmap_large_map_wb_fence, (void))
9600 {
9601
9602         if (cpu_vendor_id != CPU_VENDOR_INTEL)
9603                 return (pmap_large_map_wb_fence_mfence);
9604         else if ((cpu_stdext_feature & (CPUID_STDEXT_CLWB |
9605             CPUID_STDEXT_CLFLUSHOPT)) == 0)
9606                 return (pmap_large_map_wb_fence_atomic);
9607         else
9608                 /* clflush is strongly enough ordered */
9609                 return (pmap_large_map_wb_fence_nop);
9610 }
9611
9612 static void
9613 pmap_large_map_flush_range_clwb(vm_offset_t va, vm_size_t len)
9614 {
9615
9616         for (; len > 0; len -= cpu_clflush_line_size,
9617             va += cpu_clflush_line_size)
9618                 clwb(va);
9619 }
9620
9621 static void
9622 pmap_large_map_flush_range_clflushopt(vm_offset_t va, vm_size_t len)
9623 {
9624
9625         for (; len > 0; len -= cpu_clflush_line_size,
9626             va += cpu_clflush_line_size)
9627                 clflushopt(va);
9628 }
9629
9630 static void
9631 pmap_large_map_flush_range_clflush(vm_offset_t va, vm_size_t len)
9632 {
9633
9634         for (; len > 0; len -= cpu_clflush_line_size,
9635             va += cpu_clflush_line_size)
9636                 clflush(va);
9637 }
9638
9639 static void
9640 pmap_large_map_flush_range_nop(vm_offset_t sva __unused, vm_size_t len __unused)
9641 {
9642 }
9643
9644 DEFINE_IFUNC(static, void, pmap_large_map_flush_range, (vm_offset_t, vm_size_t))
9645 {
9646
9647         if ((cpu_stdext_feature & CPUID_STDEXT_CLWB) != 0)
9648                 return (pmap_large_map_flush_range_clwb);
9649         else if ((cpu_stdext_feature & CPUID_STDEXT_CLFLUSHOPT) != 0)
9650                 return (pmap_large_map_flush_range_clflushopt);
9651         else if ((cpu_feature & CPUID_CLFSH) != 0)
9652                 return (pmap_large_map_flush_range_clflush);
9653         else
9654                 return (pmap_large_map_flush_range_nop);
9655 }
9656
9657 static void
9658 pmap_large_map_wb_large(vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
9659 {
9660         volatile u_long *pe;
9661         u_long p;
9662         vm_offset_t va;
9663         vm_size_t inc;
9664         bool seen_other;
9665
9666         for (va = sva; va < eva; va += inc) {
9667                 inc = 0;
9668                 if ((amd_feature & AMDID_PAGE1GB) != 0) {
9669                         pe = (volatile u_long *)pmap_large_map_pdpe(va);
9670                         p = *pe;
9671                         if ((p & X86_PG_PS) != 0)
9672                                 inc = NBPDP;
9673                 }
9674                 if (inc == 0) {
9675                         pe = (volatile u_long *)pmap_large_map_pde(va);
9676                         p = *pe;
9677                         if ((p & X86_PG_PS) != 0)
9678                                 inc = NBPDR;
9679                 }
9680                 if (inc == 0) {
9681                         pe = (volatile u_long *)pmap_large_map_pte(va);
9682                         p = *pe;
9683                         inc = PAGE_SIZE;
9684                 }
9685                 seen_other = false;
9686                 for (;;) {
9687                         if ((p & X86_PG_AVAIL1) != 0) {
9688                                 /*
9689                                  * Spin-wait for the end of a parallel
9690                                  * write-back.
9691                                  */
9692                                 cpu_spinwait();
9693                                 p = *pe;
9694
9695                                 /*
9696                                  * If we saw other write-back
9697                                  * occuring, we cannot rely on PG_M to
9698                                  * indicate state of the cache.  The
9699                                  * PG_M bit is cleared before the
9700                                  * flush to avoid ignoring new writes,
9701                                  * and writes which are relevant for
9702                                  * us might happen after.
9703                                  */
9704                                 seen_other = true;
9705                                 continue;
9706                         }
9707
9708                         if ((p & X86_PG_M) != 0 || seen_other) {
9709                                 if (!atomic_fcmpset_long(pe, &p,
9710                                     (p & ~X86_PG_M) | X86_PG_AVAIL1))
9711                                         /*
9712                                          * If we saw PG_M without
9713                                          * PG_AVAIL1, and then on the
9714                                          * next attempt we do not
9715                                          * observe either PG_M or
9716                                          * PG_AVAIL1, the other
9717                                          * write-back started after us
9718                                          * and finished before us.  We
9719                                          * can rely on it doing our
9720                                          * work.
9721                                          */
9722                                         continue;
9723                                 pmap_large_map_flush_range(va, inc);
9724                                 atomic_clear_long(pe, X86_PG_AVAIL1);
9725                         }
9726                         break;
9727                 }
9728                 maybe_yield();
9729         }
9730 }
9731
9732 /*
9733  * Write-back cache lines for the given address range.
9734  *
9735  * Must be called only on the range or sub-range returned from
9736  * pmap_large_map().  Must not be called on the coalesced ranges.
9737  *
9738  * Does nothing on CPUs without CLWB, CLFLUSHOPT, or CLFLUSH
9739  * instructions support.
9740  */
9741 void
9742 pmap_large_map_wb(void *svap, vm_size_t len)
9743 {
9744         vm_offset_t eva, sva;
9745
9746         sva = (vm_offset_t)svap;
9747         eva = sva + len;
9748         pmap_large_map_wb_fence();
9749         if (sva >= DMAP_MIN_ADDRESS && eva <= DMAP_MIN_ADDRESS + dmaplimit) {
9750                 pmap_large_map_flush_range(sva, len);
9751         } else {
9752                 KASSERT(sva >= LARGEMAP_MIN_ADDRESS &&
9753                     eva <= LARGEMAP_MIN_ADDRESS + lm_ents * NBPML4,
9754                     ("pmap_large_map_wb: not largemap %#lx %#lx", sva, len));
9755                 pmap_large_map_wb_large(sva, eva);
9756         }
9757         pmap_large_map_wb_fence();
9758 }
9759
9760 static vm_page_t
9761 pmap_pti_alloc_page(void)
9762 {
9763         vm_page_t m;
9764
9765         VM_OBJECT_ASSERT_WLOCKED(pti_obj);
9766         m = vm_page_grab(pti_obj, pti_pg_idx++, VM_ALLOC_NOBUSY |
9767             VM_ALLOC_WIRED | VM_ALLOC_ZERO);
9768         return (m);
9769 }
9770
9771 static bool
9772 pmap_pti_free_page(vm_page_t m)
9773 {
9774
9775         KASSERT(m->ref_count > 0, ("page %p not referenced", m));
9776         if (!vm_page_unwire_noq(m))
9777                 return (false);
9778         vm_page_free_zero(m);
9779         return (true);
9780 }
9781
9782 static void
9783 pmap_pti_init(void)
9784 {
9785         vm_page_t pml4_pg;
9786         pdp_entry_t *pdpe;
9787         vm_offset_t va;
9788         int i;
9789
9790         if (!pti)
9791                 return;
9792         pti_obj = vm_pager_allocate(OBJT_PHYS, NULL, 0, VM_PROT_ALL, 0, NULL);
9793         VM_OBJECT_WLOCK(pti_obj);
9794         pml4_pg = pmap_pti_alloc_page();
9795         pti_pml4 = (pml4_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(pml4_pg));
9796         for (va = VM_MIN_KERNEL_ADDRESS; va <= VM_MAX_KERNEL_ADDRESS &&
9797             va >= VM_MIN_KERNEL_ADDRESS && va > NBPML4; va += NBPML4) {
9798                 pdpe = pmap_pti_pdpe(va);
9799                 pmap_pti_wire_pte(pdpe);
9800         }
9801         pmap_pti_add_kva_locked((vm_offset_t)&__pcpu[0],
9802             (vm_offset_t)&__pcpu[0] + sizeof(__pcpu[0]) * MAXCPU, false);
9803         pmap_pti_add_kva_locked((vm_offset_t)idt, (vm_offset_t)idt +
9804             sizeof(struct gate_descriptor) * NIDT, false);
9805         CPU_FOREACH(i) {
9806                 /* Doublefault stack IST 1 */
9807                 va = __pcpu[i].pc_common_tss.tss_ist1;
9808                 pmap_pti_add_kva_locked(va - PAGE_SIZE, va, false);
9809                 /* NMI stack IST 2 */
9810                 va = __pcpu[i].pc_common_tss.tss_ist2 + sizeof(struct nmi_pcpu);
9811                 pmap_pti_add_kva_locked(va - PAGE_SIZE, va, false);
9812                 /* MC# stack IST 3 */
9813                 va = __pcpu[i].pc_common_tss.tss_ist3 +
9814                     sizeof(struct nmi_pcpu);
9815                 pmap_pti_add_kva_locked(va - PAGE_SIZE, va, false);
9816                 /* DB# stack IST 4 */
9817                 va = __pcpu[i].pc_common_tss.tss_ist4 + sizeof(struct nmi_pcpu);
9818                 pmap_pti_add_kva_locked(va - PAGE_SIZE, va, false);
9819         }
9820         pmap_pti_add_kva_locked((vm_offset_t)kernphys + KERNBASE,
9821             (vm_offset_t)etext, true);
9822         pti_finalized = true;
9823         VM_OBJECT_WUNLOCK(pti_obj);
9824 }
9825 SYSINIT(pmap_pti, SI_SUB_CPU + 1, SI_ORDER_ANY, pmap_pti_init, NULL);
9826
9827 static pdp_entry_t *
9828 pmap_pti_pdpe(vm_offset_t va)
9829 {
9830         pml4_entry_t *pml4e;
9831         pdp_entry_t *pdpe;
9832         vm_page_t m;
9833         vm_pindex_t pml4_idx;
9834         vm_paddr_t mphys;
9835
9836         VM_OBJECT_ASSERT_WLOCKED(pti_obj);
9837
9838         pml4_idx = pmap_pml4e_index(va);
9839         pml4e = &pti_pml4[pml4_idx];
9840         m = NULL;
9841         if (*pml4e == 0) {
9842                 if (pti_finalized)
9843                         panic("pml4 alloc after finalization\n");
9844                 m = pmap_pti_alloc_page();
9845                 if (*pml4e != 0) {
9846                         pmap_pti_free_page(m);
9847                         mphys = *pml4e & ~PAGE_MASK;
9848                 } else {
9849                         mphys = VM_PAGE_TO_PHYS(m);
9850                         *pml4e = mphys | X86_PG_RW | X86_PG_V;
9851                 }
9852         } else {
9853                 mphys = *pml4e & ~PAGE_MASK;
9854         }
9855         pdpe = (pdp_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(mphys) + pmap_pdpe_index(va);
9856         return (pdpe);
9857 }
9858
9859 static void
9860 pmap_pti_wire_pte(void *pte)
9861 {
9862         vm_page_t m;
9863
9864         VM_OBJECT_ASSERT_WLOCKED(pti_obj);
9865         m = PHYS_TO_VM_PAGE(DMAP_TO_PHYS((uintptr_t)pte));
9866         m->ref_count++;
9867 }
9868
9869 static void
9870 pmap_pti_unwire_pde(void *pde, bool only_ref)
9871 {
9872         vm_page_t m;
9873
9874         VM_OBJECT_ASSERT_WLOCKED(pti_obj);
9875         m = PHYS_TO_VM_PAGE(DMAP_TO_PHYS((uintptr_t)pde));
9876         MPASS(m->ref_count > 0);
9877         MPASS(only_ref || m->ref_count > 1);
9878         pmap_pti_free_page(m);
9879 }
9880
9881 static void
9882 pmap_pti_unwire_pte(void *pte, vm_offset_t va)
9883 {
9884         vm_page_t m;
9885         pd_entry_t *pde;
9886
9887         VM_OBJECT_ASSERT_WLOCKED(pti_obj);
9888         m = PHYS_TO_VM_PAGE(DMAP_TO_PHYS((uintptr_t)pte));
9889         MPASS(m->ref_count > 0);
9890         if (pmap_pti_free_page(m)) {
9891                 pde = pmap_pti_pde(va);
9892                 MPASS((*pde & (X86_PG_PS | X86_PG_V)) == X86_PG_V);
9893                 *pde = 0;
9894                 pmap_pti_unwire_pde(pde, false);
9895         }
9896 }
9897
9898 static pd_entry_t *
9899 pmap_pti_pde(vm_offset_t va)
9900 {
9901         pdp_entry_t *pdpe;
9902         pd_entry_t *pde;
9903         vm_page_t m;
9904         vm_pindex_t pd_idx;
9905         vm_paddr_t mphys;
9906
9907         VM_OBJECT_ASSERT_WLOCKED(pti_obj);
9908
9909         pdpe = pmap_pti_pdpe(va);
9910         if (*pdpe == 0) {
9911                 m = pmap_pti_alloc_page();
9912                 if (*pdpe != 0) {
9913                         pmap_pti_free_page(m);
9914                         MPASS((*pdpe & X86_PG_PS) == 0);
9915                         mphys = *pdpe & ~PAGE_MASK;
9916                 } else {
9917                         mphys =  VM_PAGE_TO_PHYS(m);
9918                         *pdpe = mphys | X86_PG_RW | X86_PG_V;
9919                 }
9920         } else {
9921                 MPASS((*pdpe & X86_PG_PS) == 0);
9922                 mphys = *pdpe & ~PAGE_MASK;
9923         }
9924
9925         pde = (pd_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(mphys);
9926         pd_idx = pmap_pde_index(va);
9927         pde += pd_idx;
9928         return (pde);
9929 }
9930
9931 static pt_entry_t *
9932 pmap_pti_pte(vm_offset_t va, bool *unwire_pde)
9933 {
9934         pd_entry_t *pde;
9935         pt_entry_t *pte;
9936         vm_page_t m;
9937         vm_paddr_t mphys;
9938
9939         VM_OBJECT_ASSERT_WLOCKED(pti_obj);
9940
9941         pde = pmap_pti_pde(va);
9942         if (unwire_pde != NULL) {
9943                 *unwire_pde = true;
9944                 pmap_pti_wire_pte(pde);
9945         }
9946         if (*pde == 0) {
9947                 m = pmap_pti_alloc_page();
9948                 if (*pde != 0) {
9949                         pmap_pti_free_page(m);
9950                         MPASS((*pde & X86_PG_PS) == 0);
9951                         mphys = *pde & ~(PAGE_MASK | pg_nx);
9952                 } else {
9953                         mphys = VM_PAGE_TO_PHYS(m);
9954                         *pde = mphys | X86_PG_RW | X86_PG_V;
9955                         if (unwire_pde != NULL)
9956                                 *unwire_pde = false;
9957                 }
9958         } else {
9959                 MPASS((*pde & X86_PG_PS) == 0);
9960                 mphys = *pde & ~(PAGE_MASK | pg_nx);
9961         }
9962
9963         pte = (pt_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(mphys);
9964         pte += pmap_pte_index(va);
9965
9966         return (pte);
9967 }
9968
9969 static void
9970 pmap_pti_add_kva_locked(vm_offset_t sva, vm_offset_t eva, bool exec)
9971 {
9972         vm_paddr_t pa;
9973         pd_entry_t *pde;
9974         pt_entry_t *pte, ptev;
9975         bool unwire_pde;
9976
9977         VM_OBJECT_ASSERT_WLOCKED(pti_obj);
9978
9979         sva = trunc_page(sva);
9980         MPASS(sva > VM_MAXUSER_ADDRESS);
9981         eva = round_page(eva);
9982         MPASS(sva < eva);
9983         for (; sva < eva; sva += PAGE_SIZE) {
9984                 pte = pmap_pti_pte(sva, &unwire_pde);
9985                 pa = pmap_kextract(sva);
9986                 ptev = pa | X86_PG_RW | X86_PG_V | X86_PG_A | X86_PG_G |
9987                     (exec ? 0 : pg_nx) | pmap_cache_bits(kernel_pmap,
9988                     VM_MEMATTR_DEFAULT, FALSE);
9989                 if (*pte == 0) {
9990                         pte_store(pte, ptev);
9991                         pmap_pti_wire_pte(pte);
9992                 } else {
9993                         KASSERT(!pti_finalized,
9994                             ("pti overlap after fin %#lx %#lx %#lx",
9995                             sva, *pte, ptev));
9996                         KASSERT(*pte == ptev,
9997                             ("pti non-identical pte after fin %#lx %#lx %#lx",
9998                             sva, *pte, ptev));
9999                 }
10000                 if (unwire_pde) {
10001                         pde = pmap_pti_pde(sva);
10002                         pmap_pti_unwire_pde(pde, true);
10003                 }
10004         }
10005 }
10006
10007 void
10008 pmap_pti_add_kva(vm_offset_t sva, vm_offset_t eva, bool exec)
10009 {
10010
10011         if (!pti)
10012                 return;
10013         VM_OBJECT_WLOCK(pti_obj);
10014         pmap_pti_add_kva_locked(sva, eva, exec);
10015         VM_OBJECT_WUNLOCK(pti_obj);
10016 }
10017
10018 void
10019 pmap_pti_remove_kva(vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
10020 {
10021         pt_entry_t *pte;
10022         vm_offset_t va;
10023
10024         if (!pti)
10025                 return;
10026         sva = rounddown2(sva, PAGE_SIZE);
10027         MPASS(sva > VM_MAXUSER_ADDRESS);
10028         eva = roundup2(eva, PAGE_SIZE);
10029         MPASS(sva < eva);
10030         VM_OBJECT_WLOCK(pti_obj);
10031         for (va = sva; va < eva; va += PAGE_SIZE) {
10032                 pte = pmap_pti_pte(va, NULL);
10033                 KASSERT((*pte & X86_PG_V) != 0,
10034                     ("invalid pte va %#lx pte %#lx pt %#lx", va,
10035                     (u_long)pte, *pte));
10036                 pte_clear(pte);
10037                 pmap_pti_unwire_pte(pte, va);
10038         }
10039         pmap_invalidate_range(kernel_pmap, sva, eva);
10040         VM_OBJECT_WUNLOCK(pti_obj);
10041 }
10042
10043 static void *
10044 pkru_dup_range(void *ctx __unused, void *data)
10045 {
10046         struct pmap_pkru_range *node, *new_node;
10047
10048         new_node = uma_zalloc(pmap_pkru_ranges_zone, M_NOWAIT);
10049         if (new_node == NULL)
10050                 return (NULL);
10051         node = data;
10052         memcpy(new_node, node, sizeof(*node));
10053         return (new_node);
10054 }
10055
10056 static void
10057 pkru_free_range(void *ctx __unused, void *node)
10058 {
10059
10060         uma_zfree(pmap_pkru_ranges_zone, node);
10061 }
10062
10063 static int
10064 pmap_pkru_assign(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva, u_int keyidx,
10065     int flags)
10066 {
10067         struct pmap_pkru_range *ppr;
10068         int error;
10069
10070         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
10071         MPASS(pmap->pm_type == PT_X86);
10072         MPASS((cpu_stdext_feature2 & CPUID_STDEXT2_PKU) != 0);
10073         if ((flags & AMD64_PKRU_EXCL) != 0 &&
10074             !rangeset_check_empty(&pmap->pm_pkru, sva, eva))
10075                 return (EBUSY);
10076         ppr = uma_zalloc(pmap_pkru_ranges_zone, M_NOWAIT);
10077         if (ppr == NULL)
10078                 return (ENOMEM);
10079         ppr->pkru_keyidx = keyidx;
10080         ppr->pkru_flags = flags & AMD64_PKRU_PERSIST;
10081         error = rangeset_insert(&pmap->pm_pkru, sva, eva, ppr);
10082         if (error != 0)
10083                 uma_zfree(pmap_pkru_ranges_zone, ppr);
10084         return (error);
10085 }
10086
10087 static int
10088 pmap_pkru_deassign(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
10089 {
10090
10091         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
10092         MPASS(pmap->pm_type == PT_X86);
10093         MPASS((cpu_stdext_feature2 & CPUID_STDEXT2_PKU) != 0);
10094         return (rangeset_remove(&pmap->pm_pkru, sva, eva));
10095 }
10096
10097 static void
10098 pmap_pkru_deassign_all(pmap_t pmap)
10099 {
10100
10101         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
10102         if (pmap->pm_type == PT_X86 &&
10103             (cpu_stdext_feature2 & CPUID_STDEXT2_PKU) != 0)
10104                 rangeset_remove_all(&pmap->pm_pkru);
10105 }
10106
10107 static bool
10108 pmap_pkru_same(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
10109 {
10110         struct pmap_pkru_range *ppr, *prev_ppr;
10111         vm_offset_t va;
10112
10113         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
10114         if (pmap->pm_type != PT_X86 ||
10115             (cpu_stdext_feature2 & CPUID_STDEXT2_PKU) == 0 ||
10116             sva >= VM_MAXUSER_ADDRESS)
10117                 return (true);
10118         MPASS(eva <= VM_MAXUSER_ADDRESS);
10119         for (va = sva, prev_ppr = NULL; va < eva;) {
10120                 ppr = rangeset_lookup(&pmap->pm_pkru, va);
10121                 if ((ppr == NULL) ^ (prev_ppr == NULL))
10122                         return (false);
10123                 if (ppr == NULL) {
10124                         va += PAGE_SIZE;
10125                         continue;
10126                 }
10127                 if (prev_ppr->pkru_keyidx != ppr->pkru_keyidx)
10128                         return (false);
10129                 va = ppr->pkru_rs_el.re_end;
10130         }
10131         return (true);
10132 }
10133
10134 static pt_entry_t
10135 pmap_pkru_get(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
10136 {
10137         struct pmap_pkru_range *ppr;
10138
10139         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
10140         if (pmap->pm_type != PT_X86 ||
10141             (cpu_stdext_feature2 & CPUID_STDEXT2_PKU) == 0 ||
10142             va >= VM_MAXUSER_ADDRESS)
10143                 return (0);
10144         ppr = rangeset_lookup(&pmap->pm_pkru, va);
10145         if (ppr != NULL)
10146                 return (X86_PG_PKU(ppr->pkru_keyidx));
10147         return (0);
10148 }
10149
10150 static bool
10151 pred_pkru_on_remove(void *ctx __unused, void *r)
10152 {
10153         struct pmap_pkru_range *ppr;
10154
10155         ppr = r;
10156         return ((ppr->pkru_flags & AMD64_PKRU_PERSIST) == 0);
10157 }
10158
10159 static void
10160 pmap_pkru_on_remove(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
10161 {
10162
10163         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
10164         if (pmap->pm_type == PT_X86 &&
10165             (cpu_stdext_feature2 & CPUID_STDEXT2_PKU) != 0) {
10166                 rangeset_remove_pred(&pmap->pm_pkru, sva, eva,
10167                     pred_pkru_on_remove);
10168         }
10169 }
10170
10171 static int
10172 pmap_pkru_copy(pmap_t dst_pmap, pmap_t src_pmap)
10173 {
10174
10175         PMAP_LOCK_ASSERT(dst_pmap, MA_OWNED);
10176         PMAP_LOCK_ASSERT(src_pmap, MA_OWNED);
10177         MPASS(dst_pmap->pm_type == PT_X86);
10178         MPASS(src_pmap->pm_type == PT_X86);
10179         MPASS((cpu_stdext_feature2 & CPUID_STDEXT2_PKU) != 0);
10180         if (src_pmap->pm_pkru.rs_data_ctx == NULL)
10181                 return (0);
10182         return (rangeset_copy(&dst_pmap->pm_pkru, &src_pmap->pm_pkru));
10183 }
10184
10185 static void
10186 pmap_pkru_update_range(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva,
10187     u_int keyidx)
10188 {
10189         pml4_entry_t *pml4e;
10190         pdp_entry_t *pdpe;
10191         pd_entry_t newpde, ptpaddr, *pde;
10192         pt_entry_t newpte, *ptep, pte;
10193         vm_offset_t va, va_next;
10194         bool changed;
10195
10196         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
10197         MPASS(pmap->pm_type == PT_X86);
10198         MPASS(keyidx <= PMAP_MAX_PKRU_IDX);
10199
10200         for (changed = false, va = sva; va < eva; va = va_next) {
10201                 pml4e = pmap_pml4e(pmap, va);
10202                 if ((*pml4e & X86_PG_V) == 0) {
10203                         va_next = (va + NBPML4) & ~PML4MASK;
10204                         if (va_next < va)
10205                                 va_next = eva;
10206                         continue;
10207                 }
10208
10209                 pdpe = pmap_pml4e_to_pdpe(pml4e, va);
10210                 if ((*pdpe & X86_PG_V) == 0) {
10211                         va_next = (va + NBPDP) & ~PDPMASK;
10212                         if (va_next < va)
10213                                 va_next = eva;
10214                         continue;
10215                 }
10216
10217                 va_next = (va + NBPDR) & ~PDRMASK;
10218                 if (va_next < va)
10219                         va_next = eva;
10220
10221                 pde = pmap_pdpe_to_pde(pdpe, va);
10222                 ptpaddr = *pde;
10223                 if (ptpaddr == 0)
10224                         continue;
10225
10226                 MPASS((ptpaddr & X86_PG_V) != 0);
10227                 if ((ptpaddr & PG_PS) != 0) {
10228                         if (va + NBPDR == va_next && eva >= va_next) {
10229                                 newpde = (ptpaddr & ~X86_PG_PKU_MASK) |
10230                                     X86_PG_PKU(keyidx);
10231                                 if (newpde != ptpaddr) {
10232                                         *pde = newpde;
10233                                         changed = true;
10234                                 }
10235                                 continue;
10236                         } else if (!pmap_demote_pde(pmap, pde, va)) {
10237                                 continue;
10238                         }
10239                 }
10240
10241                 if (va_next > eva)
10242                         va_next = eva;
10243
10244                 for (ptep = pmap_pde_to_pte(pde, va); va != va_next;
10245                     ptep++, va += PAGE_SIZE) {
10246                         pte = *ptep;
10247                         if ((pte & X86_PG_V) == 0)
10248                                 continue;
10249                         newpte = (pte & ~X86_PG_PKU_MASK) | X86_PG_PKU(keyidx);
10250                         if (newpte != pte) {
10251                                 *ptep = newpte;
10252                                 changed = true;
10253                         }
10254                 }
10255         }
10256         if (changed)
10257                 pmap_invalidate_range(pmap, sva, eva);
10258 }
10259
10260 static int
10261 pmap_pkru_check_uargs(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva,
10262     u_int keyidx, int flags)
10263 {
10264
10265         if (pmap->pm_type != PT_X86 || keyidx > PMAP_MAX_PKRU_IDX ||
10266             (flags & ~(AMD64_PKRU_PERSIST | AMD64_PKRU_EXCL)) != 0)
10267                 return (EINVAL);
10268         if (eva <= sva || eva > VM_MAXUSER_ADDRESS)
10269                 return (EFAULT);
10270         if ((cpu_stdext_feature2 & CPUID_STDEXT2_PKU) == 0)
10271                 return (ENOTSUP);
10272         return (0);
10273 }
10274
10275 int
10276 pmap_pkru_set(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva, u_int keyidx,
10277     int flags)
10278 {
10279         int error;
10280
10281         sva = trunc_page(sva);
10282         eva = round_page(eva);
10283         error = pmap_pkru_check_uargs(pmap, sva, eva, keyidx, flags);
10284         if (error != 0)
10285                 return (error);
10286         for (;;) {
10287                 PMAP_LOCK(pmap);
10288                 error = pmap_pkru_assign(pmap, sva, eva, keyidx, flags);
10289                 if (error == 0)
10290                         pmap_pkru_update_range(pmap, sva, eva, keyidx);
10291                 PMAP_UNLOCK(pmap);
10292                 if (error != ENOMEM)
10293                         break;
10294                 vm_wait(NULL);
10295         }
10296         return (error);
10297 }
10298
10299 int
10300 pmap_pkru_clear(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
10301 {
10302         int error;
10303
10304         sva = trunc_page(sva);
10305         eva = round_page(eva);
10306         error = pmap_pkru_check_uargs(pmap, sva, eva, 0, 0);
10307         if (error != 0)
10308                 return (error);
10309         for (;;) {
10310                 PMAP_LOCK(pmap);
10311                 error = pmap_pkru_deassign(pmap, sva, eva);
10312                 if (error == 0)
10313                         pmap_pkru_update_range(pmap, sva, eva, 0);
10314                 PMAP_UNLOCK(pmap);
10315                 if (error != ENOMEM)
10316                         break;
10317                 vm_wait(NULL);
10318         }
10319         return (error);
10320 }
10321
10322 /*
10323  * Track a range of the kernel's virtual address space that is contiguous
10324  * in various mapping attributes.
10325  */
10326 struct pmap_kernel_map_range {
10327         vm_offset_t sva;
10328         pt_entry_t attrs;
10329         int ptes;
10330         int pdes;
10331         int pdpes;
10332 };
10333
10334 static void
10335 sysctl_kmaps_dump(struct sbuf *sb, struct pmap_kernel_map_range *range,
10336     vm_offset_t eva)
10337 {
10338         const char *mode;
10339         int i, pat_idx;
10340
10341         if (eva <= range->sva)
10342                 return;
10343
10344         pat_idx = pmap_pat_index(kernel_pmap, range->attrs, true);
10345         for (i = 0; i < PAT_INDEX_SIZE; i++)
10346                 if (pat_index[i] == pat_idx)
10347                         break;
10348
10349         switch (i) {
10350         case PAT_WRITE_BACK:
10351                 mode = "WB";
10352                 break;
10353         case PAT_WRITE_THROUGH:
10354                 mode = "WT";
10355                 break;
10356         case PAT_UNCACHEABLE:
10357                 mode = "UC";
10358                 break;
10359         case PAT_UNCACHED:
10360                 mode = "U-";
10361                 break;
10362         case PAT_WRITE_PROTECTED:
10363                 mode = "WP";
10364                 break;
10365         case PAT_WRITE_COMBINING:
10366                 mode = "WC";
10367                 break;
10368         default:
10369                 printf("%s: unknown PAT mode %#x for range 0x%016lx-0x%016lx\n",
10370                     __func__, pat_idx, range->sva, eva);
10371                 mode = "??";
10372                 break;
10373         }
10374
10375         sbuf_printf(sb, "0x%016lx-0x%016lx r%c%c%c%c %s %d %d %d\n",
10376             range->sva, eva,
10377             (range->attrs & X86_PG_RW) != 0 ? 'w' : '-',
10378             (range->attrs & pg_nx) != 0 ? '-' : 'x',
10379             (range->attrs & X86_PG_U) != 0 ? 'u' : 's',
10380             (range->attrs & X86_PG_G) != 0 ? 'g' : '-',
10381             mode, range->pdpes, range->pdes, range->ptes);
10382
10383         /* Reset to sentinel value. */
10384         range->sva = KVADDR(NPML4EPG - 1, NPDPEPG - 1, NPDEPG - 1, NPTEPG - 1);
10385 }
10386
10387 /*
10388  * Determine whether the attributes specified by a page table entry match those
10389  * being tracked by the current range.  This is not quite as simple as a direct
10390  * flag comparison since some PAT modes have multiple representations.
10391  */
10392 static bool
10393 sysctl_kmaps_match(struct pmap_kernel_map_range *range, pt_entry_t attrs)
10394 {
10395         pt_entry_t diff, mask;
10396
10397         mask = X86_PG_G | X86_PG_RW | X86_PG_U | X86_PG_PDE_CACHE | pg_nx;
10398         diff = (range->attrs ^ attrs) & mask;
10399         if (diff == 0)
10400                 return (true);
10401         if ((diff & ~X86_PG_PDE_PAT) == 0 &&
10402             pmap_pat_index(kernel_pmap, range->attrs, true) ==
10403             pmap_pat_index(kernel_pmap, attrs, true))
10404                 return (true);
10405         return (false);
10406 }
10407
10408 static void
10409 sysctl_kmaps_reinit(struct pmap_kernel_map_range *range, vm_offset_t va,
10410     pt_entry_t attrs)
10411 {
10412
10413         memset(range, 0, sizeof(*range));
10414         range->sva = va;
10415         range->attrs = attrs;
10416 }
10417
10418 /*
10419  * Given a leaf PTE, derive the mapping's attributes.  If they do not match
10420  * those of the current run, dump the address range and its attributes, and
10421  * begin a new run.
10422  */
10423 static void
10424 sysctl_kmaps_check(struct sbuf *sb, struct pmap_kernel_map_range *range,
10425     vm_offset_t va, pml4_entry_t pml4e, pdp_entry_t pdpe, pd_entry_t pde,
10426     pt_entry_t pte)
10427 {
10428         pt_entry_t attrs;
10429
10430         attrs = pml4e & (X86_PG_RW | X86_PG_U | pg_nx);
10431
10432         attrs |= pdpe & pg_nx;
10433         attrs &= pg_nx | (pdpe & (X86_PG_RW | X86_PG_U));
10434         if ((pdpe & PG_PS) != 0) {
10435                 attrs |= pdpe & (X86_PG_G | X86_PG_PDE_CACHE);
10436         } else if (pde != 0) {
10437                 attrs |= pde & pg_nx;
10438                 attrs &= pg_nx | (pde & (X86_PG_RW | X86_PG_U));
10439         }
10440         if ((pde & PG_PS) != 0) {
10441                 attrs |= pde & (X86_PG_G | X86_PG_PDE_CACHE);
10442         } else if (pte != 0) {
10443                 attrs |= pte & pg_nx;
10444                 attrs &= pg_nx | (pte & (X86_PG_RW | X86_PG_U));
10445                 attrs |= pte & (X86_PG_G | X86_PG_PTE_CACHE);
10446
10447                 /* Canonicalize by always using the PDE PAT bit. */
10448                 if ((attrs & X86_PG_PTE_PAT) != 0)
10449                         attrs ^= X86_PG_PDE_PAT | X86_PG_PTE_PAT;
10450         }
10451
10452         if (range->sva > va || !sysctl_kmaps_match(range, attrs)) {
10453                 sysctl_kmaps_dump(sb, range, va);
10454                 sysctl_kmaps_reinit(range, va, attrs);
10455         }
10456 }
10457
10458 static int
10459 sysctl_kmaps(SYSCTL_HANDLER_ARGS)
10460 {
10461         struct pmap_kernel_map_range range;
10462         struct sbuf sbuf, *sb;
10463         pml4_entry_t pml4e;
10464         pdp_entry_t *pdp, pdpe;
10465         pd_entry_t *pd, pde;
10466         pt_entry_t *pt, pte;
10467         vm_offset_t sva;
10468         vm_paddr_t pa;
10469         int error, i, j, k, l;
10470
10471         error = sysctl_wire_old_buffer(req, 0);
10472         if (error != 0)
10473                 return (error);
10474         sb = &sbuf;
10475         sbuf_new_for_sysctl(sb, NULL, PAGE_SIZE, req);
10476
10477         /* Sentinel value. */
10478         range.sva = KVADDR(NPML4EPG - 1, NPDPEPG - 1, NPDEPG - 1, NPTEPG - 1);
10479
10480         /*
10481          * Iterate over the kernel page tables without holding the kernel pmap
10482          * lock.  Outside of the large map, kernel page table pages are never
10483          * freed, so at worst we will observe inconsistencies in the output.
10484          * Within the large map, ensure that PDP and PD page addresses are
10485          * valid before descending.
10486          */
10487         for (sva = 0, i = pmap_pml4e_index(sva); i < NPML4EPG; i++) {
10488                 switch (i) {
10489                 case PML4PML4I:
10490                         sbuf_printf(sb, "\nRecursive map:\n");
10491                         break;
10492                 case DMPML4I:
10493                         sbuf_printf(sb, "\nDirect map:\n");
10494                         break;
10495                 case KPML4BASE:
10496                         sbuf_printf(sb, "\nKernel map:\n");
10497                         break;
10498                 case LMSPML4I:
10499                         sbuf_printf(sb, "\nLarge map:\n");
10500                         break;
10501                 }
10502
10503                 /* Convert to canonical form. */
10504                 if (sva == 1ul << 47)
10505                         sva |= -1ul << 48;
10506
10507 restart:
10508                 pml4e = kernel_pmap->pm_pml4[i];
10509                 if ((pml4e & X86_PG_V) == 0) {
10510                         sva = rounddown2(sva, NBPML4);
10511                         sysctl_kmaps_dump(sb, &range, sva);
10512                         sva += NBPML4;
10513                         continue;
10514                 }
10515                 pa = pml4e & PG_FRAME;
10516                 pdp = (pdp_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(pa);
10517
10518                 for (j = pmap_pdpe_index(sva); j < NPDPEPG; j++) {
10519                         pdpe = pdp[j];
10520                         if ((pdpe & X86_PG_V) == 0) {
10521                                 sva = rounddown2(sva, NBPDP);
10522                                 sysctl_kmaps_dump(sb, &range, sva);
10523                                 sva += NBPDP;
10524                                 continue;
10525                         }
10526                         pa = pdpe & PG_FRAME;
10527                         if (PMAP_ADDRESS_IN_LARGEMAP(sva) &&
10528                             vm_phys_paddr_to_vm_page(pa) == NULL)
10529                                 goto restart;
10530                         if ((pdpe & PG_PS) != 0) {
10531                                 sva = rounddown2(sva, NBPDP);
10532                                 sysctl_kmaps_check(sb, &range, sva, pml4e, pdpe,
10533                                     0, 0);
10534                                 range.pdpes++;
10535                                 sva += NBPDP;
10536                                 continue;
10537                         }
10538                         pd = (pd_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(pa);
10539
10540                         for (k = pmap_pde_index(sva); k < NPDEPG; k++) {
10541                                 pde = pd[k];
10542                                 if ((pde & X86_PG_V) == 0) {
10543                                         sva = rounddown2(sva, NBPDR);
10544                                         sysctl_kmaps_dump(sb, &range, sva);
10545                                         sva += NBPDR;
10546                                         continue;
10547                                 }
10548                                 pa = pde & PG_FRAME;
10549                                 if (PMAP_ADDRESS_IN_LARGEMAP(sva) &&
10550                                     vm_phys_paddr_to_vm_page(pa) == NULL)
10551                                         goto restart;
10552                                 if ((pde & PG_PS) != 0) {
10553                                         sva = rounddown2(sva, NBPDR);
10554                                         sysctl_kmaps_check(sb, &range, sva,
10555                                             pml4e, pdpe, pde, 0);
10556                                         range.pdes++;
10557                                         sva += NBPDR;
10558                                         continue;
10559                                 }
10560                                 pt = (pt_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(pa);
10561
10562                                 for (l = pmap_pte_index(sva); l < NPTEPG; l++,
10563                                     sva += PAGE_SIZE) {
10564                                         pte = pt[l];
10565                                         if ((pte & X86_PG_V) == 0) {
10566                                                 sysctl_kmaps_dump(sb, &range,
10567                                                     sva);
10568                                                 continue;
10569                                         }
10570                                         sysctl_kmaps_check(sb, &range, sva,
10571                                             pml4e, pdpe, pde, pte);
10572                                         range.ptes++;
10573                                 }
10574                         }
10575                 }
10576         }
10577
10578         error = sbuf_finish(sb);
10579         sbuf_delete(sb);
10580         return (error);
10581 }
10582 SYSCTL_OID(_vm_pmap, OID_AUTO, kernel_maps,
10583     CTLTYPE_STRING | CTLFLAG_RD | CTLFLAG_MPSAFE,
10584     NULL, 0, sysctl_kmaps, "A",
10585     "Dump kernel address layout");
10586
10587 #ifdef DDB
10588 DB_SHOW_COMMAND(pte, pmap_print_pte)
10589 {
10590         pmap_t pmap;
10591         pml4_entry_t *pml4;
10592         pdp_entry_t *pdp;
10593         pd_entry_t *pde;
10594         pt_entry_t *pte, PG_V;
10595         vm_offset_t va;
10596
10597         if (!have_addr) {
10598                 db_printf("show pte addr\n");
10599                 return;
10600         }
10601         va = (vm_offset_t)addr;
10602
10603         if (kdb_thread != NULL)
10604                 pmap = vmspace_pmap(kdb_thread->td_proc->p_vmspace);
10605         else
10606                 pmap = PCPU_GET(curpmap);
10607
10608         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
10609         pml4 = pmap_pml4e(pmap, va);
10610         db_printf("VA 0x%016lx pml4e 0x%016lx", va, *pml4);
10611         if ((*pml4 & PG_V) == 0) {
10612                 db_printf("\n");
10613                 return;
10614         }
10615         pdp = pmap_pml4e_to_pdpe(pml4, va);
10616         db_printf(" pdpe 0x%016lx", *pdp);
10617         if ((*pdp & PG_V) == 0 || (*pdp & PG_PS) != 0) {
10618                 db_printf("\n");
10619                 return;
10620         }
10621         pde = pmap_pdpe_to_pde(pdp, va);
10622         db_printf(" pde 0x%016lx", *pde);
10623         if ((*pde & PG_V) == 0 || (*pde & PG_PS) != 0) {
10624                 db_printf("\n");
10625                 return;
10626         }
10627         pte = pmap_pde_to_pte(pde, va);
10628         db_printf(" pte 0x%016lx\n", *pte);
10629 }
10630
10631 DB_SHOW_COMMAND(phys2dmap, pmap_phys2dmap)
10632 {
10633         vm_paddr_t a;
10634
10635         if (have_addr) {
10636                 a = (vm_paddr_t)addr;
10637                 db_printf("0x%jx\n", (uintmax_t)PHYS_TO_DMAP(a));
10638         } else {
10639                 db_printf("show phys2dmap addr\n");
10640         }
10641 }
10642 #endif