]> CyberLeo.Net >> Repos - FreeBSD/FreeBSD.git/blob - sys/amd64/amd64/pmap.c
Import DTS files from Linux 5.2
[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 static __inline boolean_t
169 pmap_type_guest(pmap_t pmap)
170 {
171
172         return ((pmap->pm_type == PT_EPT) || (pmap->pm_type == PT_RVI));
173 }
174
175 static __inline boolean_t
176 pmap_emulate_ad_bits(pmap_t pmap)
177 {
178
179         return ((pmap->pm_flags & PMAP_EMULATE_AD_BITS) != 0);
180 }
181
182 static __inline pt_entry_t
183 pmap_valid_bit(pmap_t pmap)
184 {
185         pt_entry_t mask;
186
187         switch (pmap->pm_type) {
188         case PT_X86:
189         case PT_RVI:
190                 mask = X86_PG_V;
191                 break;
192         case PT_EPT:
193                 if (pmap_emulate_ad_bits(pmap))
194                         mask = EPT_PG_EMUL_V;
195                 else
196                         mask = EPT_PG_READ;
197                 break;
198         default:
199                 panic("pmap_valid_bit: invalid pm_type %d", pmap->pm_type);
200         }
201
202         return (mask);
203 }
204
205 static __inline pt_entry_t
206 pmap_rw_bit(pmap_t pmap)
207 {
208         pt_entry_t mask;
209
210         switch (pmap->pm_type) {
211         case PT_X86:
212         case PT_RVI:
213                 mask = X86_PG_RW;
214                 break;
215         case PT_EPT:
216                 if (pmap_emulate_ad_bits(pmap))
217                         mask = EPT_PG_EMUL_RW;
218                 else
219                         mask = EPT_PG_WRITE;
220                 break;
221         default:
222                 panic("pmap_rw_bit: invalid pm_type %d", pmap->pm_type);
223         }
224
225         return (mask);
226 }
227
228 static pt_entry_t pg_g;
229
230 static __inline pt_entry_t
231 pmap_global_bit(pmap_t pmap)
232 {
233         pt_entry_t mask;
234
235         switch (pmap->pm_type) {
236         case PT_X86:
237                 mask = pg_g;
238                 break;
239         case PT_RVI:
240         case PT_EPT:
241                 mask = 0;
242                 break;
243         default:
244                 panic("pmap_global_bit: invalid pm_type %d", pmap->pm_type);
245         }
246
247         return (mask);
248 }
249
250 static __inline pt_entry_t
251 pmap_accessed_bit(pmap_t pmap)
252 {
253         pt_entry_t mask;
254
255         switch (pmap->pm_type) {
256         case PT_X86:
257         case PT_RVI:
258                 mask = X86_PG_A;
259                 break;
260         case PT_EPT:
261                 if (pmap_emulate_ad_bits(pmap))
262                         mask = EPT_PG_READ;
263                 else
264                         mask = EPT_PG_A;
265                 break;
266         default:
267                 panic("pmap_accessed_bit: invalid pm_type %d", pmap->pm_type);
268         }
269
270         return (mask);
271 }
272
273 static __inline pt_entry_t
274 pmap_modified_bit(pmap_t pmap)
275 {
276         pt_entry_t mask;
277
278         switch (pmap->pm_type) {
279         case PT_X86:
280         case PT_RVI:
281                 mask = X86_PG_M;
282                 break;
283         case PT_EPT:
284                 if (pmap_emulate_ad_bits(pmap))
285                         mask = EPT_PG_WRITE;
286                 else
287                         mask = EPT_PG_M;
288                 break;
289         default:
290                 panic("pmap_modified_bit: invalid pm_type %d", pmap->pm_type);
291         }
292
293         return (mask);
294 }
295
296 static __inline pt_entry_t
297 pmap_pku_mask_bit(pmap_t pmap)
298 {
299
300         return (pmap->pm_type == PT_X86 ? X86_PG_PKU_MASK : 0);
301 }
302
303 #if !defined(DIAGNOSTIC)
304 #ifdef __GNUC_GNU_INLINE__
305 #define PMAP_INLINE     __attribute__((__gnu_inline__)) inline
306 #else
307 #define PMAP_INLINE     extern inline
308 #endif
309 #else
310 #define PMAP_INLINE
311 #endif
312
313 #ifdef PV_STATS
314 #define PV_STAT(x)      do { x ; } while (0)
315 #else
316 #define PV_STAT(x)      do { } while (0)
317 #endif
318
319 #define pa_index(pa)    ((pa) >> PDRSHIFT)
320 #define pa_to_pvh(pa)   (&pv_table[pa_index(pa)])
321
322 #define NPV_LIST_LOCKS  MAXCPU
323
324 #define PHYS_TO_PV_LIST_LOCK(pa)        \
325                         (&pv_list_locks[pa_index(pa) % NPV_LIST_LOCKS])
326
327 #define CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_PHYS(lockp, pa)  do {    \
328         struct rwlock **_lockp = (lockp);               \
329         struct rwlock *_new_lock;                       \
330                                                         \
331         _new_lock = PHYS_TO_PV_LIST_LOCK(pa);           \
332         if (_new_lock != *_lockp) {                     \
333                 if (*_lockp != NULL)                    \
334                         rw_wunlock(*_lockp);            \
335                 *_lockp = _new_lock;                    \
336                 rw_wlock(*_lockp);                      \
337         }                                               \
338 } while (0)
339
340 #define CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_VM_PAGE(lockp, m)        \
341                         CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_PHYS(lockp, VM_PAGE_TO_PHYS(m))
342
343 #define RELEASE_PV_LIST_LOCK(lockp)             do {    \
344         struct rwlock **_lockp = (lockp);               \
345                                                         \
346         if (*_lockp != NULL) {                          \
347                 rw_wunlock(*_lockp);                    \
348                 *_lockp = NULL;                         \
349         }                                               \
350 } while (0)
351
352 #define VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m)      \
353                         PHYS_TO_PV_LIST_LOCK(VM_PAGE_TO_PHYS(m))
354
355 struct pmap kernel_pmap_store;
356
357 vm_offset_t virtual_avail;      /* VA of first avail page (after kernel bss) */
358 vm_offset_t virtual_end;        /* VA of last avail page (end of kernel AS) */
359
360 int nkpt;
361 SYSCTL_INT(_machdep, OID_AUTO, nkpt, CTLFLAG_RD, &nkpt, 0,
362     "Number of kernel page table pages allocated on bootup");
363
364 static int ndmpdp;
365 vm_paddr_t dmaplimit;
366 vm_offset_t kernel_vm_end = VM_MIN_KERNEL_ADDRESS;
367 pt_entry_t pg_nx;
368
369 static SYSCTL_NODE(_vm, OID_AUTO, pmap, CTLFLAG_RD, 0, "VM/pmap parameters");
370
371 static int pg_ps_enabled = 1;
372 SYSCTL_INT(_vm_pmap, OID_AUTO, pg_ps_enabled, CTLFLAG_RDTUN | CTLFLAG_NOFETCH,
373     &pg_ps_enabled, 0, "Are large page mappings enabled?");
374
375 #define PAT_INDEX_SIZE  8
376 static int pat_index[PAT_INDEX_SIZE];   /* cache mode to PAT index conversion */
377
378 static u_int64_t        KPTphys;        /* phys addr of kernel level 1 */
379 static u_int64_t        KPDphys;        /* phys addr of kernel level 2 */
380 u_int64_t               KPDPphys;       /* phys addr of kernel level 3 */
381 u_int64_t               KPML4phys;      /* phys addr of kernel level 4 */
382
383 static u_int64_t        DMPDphys;       /* phys addr of direct mapped level 2 */
384 static u_int64_t        DMPDPphys;      /* phys addr of direct mapped level 3 */
385 static int              ndmpdpphys;     /* number of DMPDPphys pages */
386
387 static vm_paddr_t       KERNend;        /* phys addr of end of bootstrap data */
388
389 /*
390  * pmap_mapdev support pre initialization (i.e. console)
391  */
392 #define PMAP_PREINIT_MAPPING_COUNT      8
393 static struct pmap_preinit_mapping {
394         vm_paddr_t      pa;
395         vm_offset_t     va;
396         vm_size_t       sz;
397         int             mode;
398 } pmap_preinit_mapping[PMAP_PREINIT_MAPPING_COUNT];
399 static int pmap_initialized;
400
401 /*
402  * Data for the pv entry allocation mechanism.
403  * Updates to pv_invl_gen are protected by the pv_list_locks[]
404  * elements, but reads are not.
405  */
406 static TAILQ_HEAD(pch, pv_chunk) pv_chunks = TAILQ_HEAD_INITIALIZER(pv_chunks);
407 static struct mtx __exclusive_cache_line pv_chunks_mutex;
408 static struct rwlock __exclusive_cache_line pv_list_locks[NPV_LIST_LOCKS];
409 static u_long pv_invl_gen[NPV_LIST_LOCKS];
410 static struct md_page *pv_table;
411 static struct md_page pv_dummy;
412
413 /*
414  * All those kernel PT submaps that BSD is so fond of
415  */
416 pt_entry_t *CMAP1 = NULL;
417 caddr_t CADDR1 = 0;
418 static vm_offset_t qframe = 0;
419 static struct mtx qframe_mtx;
420
421 static int pmap_flags = PMAP_PDE_SUPERPAGE;     /* flags for x86 pmaps */
422
423 static vmem_t *large_vmem;
424 static u_int lm_ents;
425 #define PMAP_ADDRESS_IN_LARGEMAP(va)    ((va) >= LARGEMAP_MIN_ADDRESS && \
426         (va) < LARGEMAP_MIN_ADDRESS + NBPML4 * (u_long)lm_ents)
427
428 int pmap_pcid_enabled = 1;
429 SYSCTL_INT(_vm_pmap, OID_AUTO, pcid_enabled, CTLFLAG_RDTUN | CTLFLAG_NOFETCH,
430     &pmap_pcid_enabled, 0, "Is TLB Context ID enabled ?");
431 int invpcid_works = 0;
432 SYSCTL_INT(_vm_pmap, OID_AUTO, invpcid_works, CTLFLAG_RD, &invpcid_works, 0,
433     "Is the invpcid instruction available ?");
434
435 int __read_frequently pti = 0;
436 SYSCTL_INT(_vm_pmap, OID_AUTO, pti, CTLFLAG_RDTUN | CTLFLAG_NOFETCH,
437     &pti, 0,
438     "Page Table Isolation enabled");
439 static vm_object_t pti_obj;
440 static pml4_entry_t *pti_pml4;
441 static vm_pindex_t pti_pg_idx;
442 static bool pti_finalized;
443
444 struct pmap_pkru_range {
445         struct rs_el    pkru_rs_el;
446         u_int           pkru_keyidx;
447         int             pkru_flags;
448 };
449
450 static uma_zone_t pmap_pkru_ranges_zone;
451 static bool pmap_pkru_same(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva);
452 static pt_entry_t pmap_pkru_get(pmap_t pmap, vm_offset_t va);
453 static void pmap_pkru_on_remove(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva);
454 static void *pkru_dup_range(void *ctx, void *data);
455 static void pkru_free_range(void *ctx, void *node);
456 static int pmap_pkru_copy(pmap_t dst_pmap, pmap_t src_pmap);
457 static int pmap_pkru_deassign(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva);
458 static void pmap_pkru_deassign_all(pmap_t pmap);
459
460 static int
461 pmap_pcid_save_cnt_proc(SYSCTL_HANDLER_ARGS)
462 {
463         int i;
464         uint64_t res;
465
466         res = 0;
467         CPU_FOREACH(i) {
468                 res += cpuid_to_pcpu[i]->pc_pm_save_cnt;
469         }
470         return (sysctl_handle_64(oidp, &res, 0, req));
471 }
472 SYSCTL_PROC(_vm_pmap, OID_AUTO, pcid_save_cnt, CTLTYPE_U64 | CTLFLAG_RD |
473     CTLFLAG_MPSAFE, NULL, 0, pmap_pcid_save_cnt_proc, "QU",
474     "Count of saved TLB context on switch");
475
476 static LIST_HEAD(, pmap_invl_gen) pmap_invl_gen_tracker =
477     LIST_HEAD_INITIALIZER(&pmap_invl_gen_tracker);
478 static struct mtx invl_gen_mtx;
479 /* Fake lock object to satisfy turnstiles interface. */
480 static struct lock_object invl_gen_ts = {
481         .lo_name = "invlts",
482 };
483 static struct pmap_invl_gen pmap_invl_gen_head = {
484         .gen = 1,
485         .next = NULL,
486 };
487 static u_long pmap_invl_gen = 1;
488 static int pmap_invl_waiters;
489 static struct callout pmap_invl_callout;
490 static bool pmap_invl_callout_inited;
491
492 #define PMAP_ASSERT_NOT_IN_DI() \
493     KASSERT(pmap_not_in_di(), ("DI already started"))
494
495 static bool
496 pmap_di_locked(void)
497 {
498         int tun;
499
500         if ((cpu_feature2 & CPUID2_CX16) == 0)
501                 return (true);
502         tun = 0;
503         TUNABLE_INT_FETCH("vm.pmap.di_locked", &tun);
504         return (tun != 0);
505 }
506
507 static int
508 sysctl_pmap_di_locked(SYSCTL_HANDLER_ARGS)
509 {
510         int locked;
511
512         locked = pmap_di_locked();
513         return (sysctl_handle_int(oidp, &locked, 0, req));
514 }
515 SYSCTL_PROC(_vm_pmap, OID_AUTO, di_locked, CTLTYPE_INT | CTLFLAG_RDTUN |
516     CTLFLAG_MPSAFE, 0, 0, sysctl_pmap_di_locked, "",
517     "Locked delayed invalidation");
518
519 static bool pmap_not_in_di_l(void);
520 static bool pmap_not_in_di_u(void);
521 DEFINE_IFUNC(, bool, pmap_not_in_di, (void))
522 {
523
524         return (pmap_di_locked() ? pmap_not_in_di_l : pmap_not_in_di_u);
525 }
526
527 static bool
528 pmap_not_in_di_l(void)
529 {
530         struct pmap_invl_gen *invl_gen;
531
532         invl_gen = &curthread->td_md.md_invl_gen;
533         return (invl_gen->gen == 0);
534 }
535
536 static void
537 pmap_thread_init_invl_gen_l(struct thread *td)
538 {
539         struct pmap_invl_gen *invl_gen;
540
541         invl_gen = &td->td_md.md_invl_gen;
542         invl_gen->gen = 0;
543 }
544
545 static void
546 pmap_delayed_invl_wait_block(u_long *m_gen, u_long *invl_gen)
547 {
548         struct turnstile *ts;
549
550         ts = turnstile_trywait(&invl_gen_ts);
551         if (*m_gen > atomic_load_long(invl_gen))
552                 turnstile_wait(ts, NULL, TS_SHARED_QUEUE);
553         else
554                 turnstile_cancel(ts);
555 }
556
557 static void
558 pmap_delayed_invl_finish_unblock(u_long new_gen)
559 {
560         struct turnstile *ts;
561
562         turnstile_chain_lock(&invl_gen_ts);
563         ts = turnstile_lookup(&invl_gen_ts);
564         if (new_gen != 0)
565                 pmap_invl_gen = new_gen;
566         if (ts != NULL) {
567                 turnstile_broadcast(ts, TS_SHARED_QUEUE);
568                 turnstile_unpend(ts);
569         }
570         turnstile_chain_unlock(&invl_gen_ts);
571 }
572
573 /*
574  * Start a new Delayed Invalidation (DI) block of code, executed by
575  * the current thread.  Within a DI block, the current thread may
576  * destroy both the page table and PV list entries for a mapping and
577  * then release the corresponding PV list lock before ensuring that
578  * the mapping is flushed from the TLBs of any processors with the
579  * pmap active.
580  */
581 static void
582 pmap_delayed_invl_start_l(void)
583 {
584         struct pmap_invl_gen *invl_gen;
585         u_long currgen;
586
587         invl_gen = &curthread->td_md.md_invl_gen;
588         PMAP_ASSERT_NOT_IN_DI();
589         mtx_lock(&invl_gen_mtx);
590         if (LIST_EMPTY(&pmap_invl_gen_tracker))
591                 currgen = pmap_invl_gen;
592         else
593                 currgen = LIST_FIRST(&pmap_invl_gen_tracker)->gen;
594         invl_gen->gen = currgen + 1;
595         LIST_INSERT_HEAD(&pmap_invl_gen_tracker, invl_gen, link);
596         mtx_unlock(&invl_gen_mtx);
597 }
598
599 /*
600  * Finish the DI block, previously started by the current thread.  All
601  * required TLB flushes for the pages marked by
602  * pmap_delayed_invl_page() must be finished before this function is
603  * called.
604  *
605  * This function works by bumping the global DI generation number to
606  * the generation number of the current thread's DI, unless there is a
607  * pending DI that started earlier.  In the latter case, bumping the
608  * global DI generation number would incorrectly signal that the
609  * earlier DI had finished.  Instead, this function bumps the earlier
610  * DI's generation number to match the generation number of the
611  * current thread's DI.
612  */
613 static void
614 pmap_delayed_invl_finish_l(void)
615 {
616         struct pmap_invl_gen *invl_gen, *next;
617
618         invl_gen = &curthread->td_md.md_invl_gen;
619         KASSERT(invl_gen->gen != 0, ("missed invl_start"));
620         mtx_lock(&invl_gen_mtx);
621         next = LIST_NEXT(invl_gen, link);
622         if (next == NULL)
623                 pmap_delayed_invl_finish_unblock(invl_gen->gen);
624         else
625                 next->gen = invl_gen->gen;
626         LIST_REMOVE(invl_gen, link);
627         mtx_unlock(&invl_gen_mtx);
628         invl_gen->gen = 0;
629 }
630
631 static bool
632 pmap_not_in_di_u(void)
633 {
634         struct pmap_invl_gen *invl_gen;
635
636         invl_gen = &curthread->td_md.md_invl_gen;
637         return (((uintptr_t)invl_gen->next & PMAP_INVL_GEN_NEXT_INVALID) != 0);
638 }
639
640 static void
641 pmap_thread_init_invl_gen_u(struct thread *td)
642 {
643         struct pmap_invl_gen *invl_gen;
644
645         invl_gen = &td->td_md.md_invl_gen;
646         invl_gen->gen = 0;
647         invl_gen->next = (void *)PMAP_INVL_GEN_NEXT_INVALID;
648 }
649
650 static bool
651 pmap_di_load_invl(struct pmap_invl_gen *ptr, struct pmap_invl_gen *out)
652 {
653         uint64_t new_high, new_low, old_high, old_low;
654         char res;
655
656         old_low = new_low = 0;
657         old_high = new_high = (uintptr_t)0;
658
659         __asm volatile("lock;cmpxchg16b\t%1;sete\t%0"
660             : "=r" (res), "+m" (*ptr), "+a" (old_low), "+d" (old_high)
661             : "b"(new_low), "c" (new_high)
662             : "memory", "cc");
663         if (res == 0) {
664                 if ((old_high & PMAP_INVL_GEN_NEXT_INVALID) != 0)
665                         return (false);
666                 out->gen = old_low;
667                 out->next = (void *)old_high;
668         } else {
669                 out->gen = new_low;
670                 out->next = (void *)new_high;
671         }
672         return (true);
673 }
674
675 static bool
676 pmap_di_store_invl(struct pmap_invl_gen *ptr, struct pmap_invl_gen *old_val,
677     struct pmap_invl_gen *new_val)
678 {
679         uint64_t new_high, new_low, old_high, old_low;
680         char res;
681
682         new_low = new_val->gen;
683         new_high = (uintptr_t)new_val->next;
684         old_low = old_val->gen;
685         old_high = (uintptr_t)old_val->next;
686
687         __asm volatile("lock;cmpxchg16b\t%1;sete\t%0"
688             : "=r" (res), "+m" (*ptr), "+a" (old_low), "+d" (old_high)
689             : "b"(new_low), "c" (new_high)
690             : "memory", "cc");
691         return (res);
692 }
693
694 #ifdef PV_STATS
695 static long invl_start_restart;
696 SYSCTL_LONG(_vm_pmap, OID_AUTO, invl_start_restart, CTLFLAG_RD,
697     &invl_start_restart, 0,
698     "");
699 static long invl_finish_restart;
700 SYSCTL_LONG(_vm_pmap, OID_AUTO, invl_finish_restart, CTLFLAG_RD,
701     &invl_finish_restart, 0,
702     "");
703 static int invl_max_qlen;
704 SYSCTL_INT(_vm_pmap, OID_AUTO, invl_max_qlen, CTLFLAG_RD,
705     &invl_max_qlen, 0,
706     "");
707 #endif
708
709 static struct lock_delay_config __read_frequently di_delay;
710 LOCK_DELAY_SYSINIT_DEFAULT(di_delay);
711
712 static void
713 pmap_delayed_invl_start_u(void)
714 {
715         struct pmap_invl_gen *invl_gen, *p, prev, new_prev;
716         struct thread *td;
717         struct lock_delay_arg lda;
718         uintptr_t prevl;
719         u_char pri;
720 #ifdef PV_STATS
721         int i, ii;
722 #endif
723
724         td = curthread;
725         invl_gen = &td->td_md.md_invl_gen;
726         PMAP_ASSERT_NOT_IN_DI();
727         lock_delay_arg_init(&lda, &di_delay);
728         invl_gen->saved_pri = 0;
729         pri = td->td_base_pri;
730         if (pri > PVM) {
731                 thread_lock(td);
732                 pri = td->td_base_pri;
733                 if (pri > PVM) {
734                         invl_gen->saved_pri = pri;
735                         sched_prio(td, PVM);
736                 }
737                 thread_unlock(td);
738         }
739 again:
740         PV_STAT(i = 0);
741         for (p = &pmap_invl_gen_head;; p = prev.next) {
742                 PV_STAT(i++);
743                 prevl = atomic_load_ptr(&p->next);
744                 if ((prevl & PMAP_INVL_GEN_NEXT_INVALID) != 0) {
745                         PV_STAT(atomic_add_long(&invl_start_restart, 1));
746                         lock_delay(&lda);
747                         goto again;
748                 }
749                 if (prevl == 0)
750                         break;
751                 prev.next = (void *)prevl;
752         }
753 #ifdef PV_STATS
754         if ((ii = invl_max_qlen) < i)
755                 atomic_cmpset_int(&invl_max_qlen, ii, i);
756 #endif
757
758         if (!pmap_di_load_invl(p, &prev) || prev.next != NULL) {
759                 PV_STAT(atomic_add_long(&invl_start_restart, 1));
760                 lock_delay(&lda);
761                 goto again;
762         }
763
764         new_prev.gen = prev.gen;
765         new_prev.next = invl_gen;
766         invl_gen->gen = prev.gen + 1;
767
768         /* Formal fence between store to invl->gen and updating *p. */
769         atomic_thread_fence_rel();
770
771         /*
772          * After inserting an invl_gen element with invalid bit set,
773          * this thread blocks any other thread trying to enter the
774          * delayed invalidation block.  Do not allow to remove us from
775          * the CPU, because it causes starvation for other threads.
776          */
777         critical_enter();
778
779         /*
780          * ABA for *p is not possible there, since p->gen can only
781          * increase.  So if the *p thread finished its di, then
782          * started a new one and got inserted into the list at the
783          * same place, its gen will appear greater than the previously
784          * read gen.
785          */
786         if (!pmap_di_store_invl(p, &prev, &new_prev)) {
787                 critical_exit();
788                 PV_STAT(atomic_add_long(&invl_start_restart, 1));
789                 lock_delay(&lda);
790                 goto again;
791         }
792
793         /*
794          * There we clear PMAP_INVL_GEN_NEXT_INVALID in
795          * invl_gen->next, allowing other threads to iterate past us.
796          * pmap_di_store_invl() provides fence between the generation
797          * write and the update of next.
798          */
799         invl_gen->next = NULL;
800         critical_exit();
801 }
802
803 static bool
804 pmap_delayed_invl_finish_u_crit(struct pmap_invl_gen *invl_gen,
805     struct pmap_invl_gen *p)
806 {
807         struct pmap_invl_gen prev, new_prev;
808         u_long mygen;
809
810         /*
811          * Load invl_gen->gen after setting invl_gen->next
812          * PMAP_INVL_GEN_NEXT_INVALID.  This prevents larger
813          * generations to propagate to our invl_gen->gen.  Lock prefix
814          * in atomic_set_ptr() worked as seq_cst fence.
815          */
816         mygen = atomic_load_long(&invl_gen->gen);
817
818         if (!pmap_di_load_invl(p, &prev) || prev.next != invl_gen)
819                 return (false);
820
821         KASSERT(prev.gen < mygen,
822             ("invalid di gen sequence %lu %lu", prev.gen, mygen));
823         new_prev.gen = mygen;
824         new_prev.next = (void *)((uintptr_t)invl_gen->next &
825             ~PMAP_INVL_GEN_NEXT_INVALID);
826
827         /* Formal fence between load of prev and storing update to it. */
828         atomic_thread_fence_rel();
829
830         return (pmap_di_store_invl(p, &prev, &new_prev));
831 }
832
833 static void
834 pmap_delayed_invl_finish_u(void)
835 {
836         struct pmap_invl_gen *invl_gen, *p;
837         struct thread *td;
838         struct lock_delay_arg lda;
839         uintptr_t prevl;
840
841         td = curthread;
842         invl_gen = &td->td_md.md_invl_gen;
843         KASSERT(invl_gen->gen != 0, ("missed invl_start: gen 0"));
844         KASSERT(((uintptr_t)invl_gen->next & PMAP_INVL_GEN_NEXT_INVALID) == 0,
845             ("missed invl_start: INVALID"));
846         lock_delay_arg_init(&lda, &di_delay);
847
848 again:
849         for (p = &pmap_invl_gen_head; p != NULL; p = (void *)prevl) {
850                 prevl = atomic_load_ptr(&p->next);
851                 if ((prevl & PMAP_INVL_GEN_NEXT_INVALID) != 0) {
852                         PV_STAT(atomic_add_long(&invl_finish_restart, 1));
853                         lock_delay(&lda);
854                         goto again;
855                 }
856                 if ((void *)prevl == invl_gen)
857                         break;
858         }
859
860         /*
861          * It is legitimate to not find ourself on the list if a
862          * thread before us finished its DI and started it again.
863          */
864         if (__predict_false(p == NULL)) {
865                 PV_STAT(atomic_add_long(&invl_finish_restart, 1));
866                 lock_delay(&lda);
867                 goto again;
868         }
869
870         critical_enter();
871         atomic_set_ptr((uintptr_t *)&invl_gen->next,
872             PMAP_INVL_GEN_NEXT_INVALID);
873         if (!pmap_delayed_invl_finish_u_crit(invl_gen, p)) {
874                 atomic_clear_ptr((uintptr_t *)&invl_gen->next,
875                     PMAP_INVL_GEN_NEXT_INVALID);
876                 critical_exit();
877                 PV_STAT(atomic_add_long(&invl_finish_restart, 1));
878                 lock_delay(&lda);
879                 goto again;
880         }
881         critical_exit();
882         if (atomic_load_int(&pmap_invl_waiters) > 0)
883                 pmap_delayed_invl_finish_unblock(0);
884         if (invl_gen->saved_pri != 0) {
885                 thread_lock(td);
886                 sched_prio(td, invl_gen->saved_pri);
887                 thread_unlock(td);
888         }
889 }
890
891 #ifdef DDB
892 DB_SHOW_COMMAND(di_queue, pmap_di_queue)
893 {
894         struct pmap_invl_gen *p, *pn;
895         struct thread *td;
896         uintptr_t nextl;
897         bool first;
898
899         for (p = &pmap_invl_gen_head, first = true; p != NULL; p = pn,
900             first = false) {
901                 nextl = atomic_load_ptr(&p->next);
902                 pn = (void *)(nextl & ~PMAP_INVL_GEN_NEXT_INVALID);
903                 td = first ? NULL : __containerof(p, struct thread,
904                     td_md.md_invl_gen);
905                 db_printf("gen %lu inv %d td %p tid %d\n", p->gen,
906                     (nextl & PMAP_INVL_GEN_NEXT_INVALID) != 0, td,
907                     td != NULL ? td->td_tid : -1);
908         }
909 }
910 #endif
911
912 #ifdef PV_STATS
913 static long invl_wait;
914 SYSCTL_LONG(_vm_pmap, OID_AUTO, invl_wait, CTLFLAG_RD, &invl_wait, 0,
915     "Number of times DI invalidation blocked pmap_remove_all/write");
916 static long invl_wait_slow;
917 SYSCTL_LONG(_vm_pmap, OID_AUTO, invl_wait_slow, CTLFLAG_RD, &invl_wait_slow, 0,
918     "Number of slow invalidation waits for lockless DI");
919 #endif
920
921 static u_long *
922 pmap_delayed_invl_genp(vm_page_t m)
923 {
924
925         return (&pv_invl_gen[pa_index(VM_PAGE_TO_PHYS(m)) % NPV_LIST_LOCKS]);
926 }
927
928 static void
929 pmap_delayed_invl_callout_func(void *arg __unused)
930 {
931
932         if (atomic_load_int(&pmap_invl_waiters) == 0)
933                 return;
934         pmap_delayed_invl_finish_unblock(0);
935 }
936
937 static void
938 pmap_delayed_invl_callout_init(void *arg __unused)
939 {
940
941         if (pmap_di_locked())
942                 return;
943         callout_init(&pmap_invl_callout, 1);
944         pmap_invl_callout_inited = true;
945 }
946 SYSINIT(pmap_di_callout, SI_SUB_CPU + 1, SI_ORDER_ANY,
947     pmap_delayed_invl_callout_init, NULL);
948
949 /*
950  * Ensure that all currently executing DI blocks, that need to flush
951  * TLB for the given page m, actually flushed the TLB at the time the
952  * function returned.  If the page m has an empty PV list and we call
953  * pmap_delayed_invl_wait(), upon its return we know that no CPU has a
954  * valid mapping for the page m in either its page table or TLB.
955  *
956  * This function works by blocking until the global DI generation
957  * number catches up with the generation number associated with the
958  * given page m and its PV list.  Since this function's callers
959  * typically own an object lock and sometimes own a page lock, it
960  * cannot sleep.  Instead, it blocks on a turnstile to relinquish the
961  * processor.
962  */
963 static void
964 pmap_delayed_invl_wait_l(vm_page_t m)
965 {
966         u_long *m_gen;
967 #ifdef PV_STATS
968         bool accounted = false;
969 #endif
970
971         m_gen = pmap_delayed_invl_genp(m);
972         while (*m_gen > pmap_invl_gen) {
973 #ifdef PV_STATS
974                 if (!accounted) {
975                         atomic_add_long(&invl_wait, 1);
976                         accounted = true;
977                 }
978 #endif
979                 pmap_delayed_invl_wait_block(m_gen, &pmap_invl_gen);
980         }
981 }
982
983 static void
984 pmap_delayed_invl_wait_u(vm_page_t m)
985 {
986         u_long *m_gen;
987         struct lock_delay_arg lda;
988         bool fast;
989
990         fast = true;
991         m_gen = pmap_delayed_invl_genp(m);
992         lock_delay_arg_init(&lda, &di_delay);
993         while (*m_gen > atomic_load_long(&pmap_invl_gen_head.gen)) {
994                 if (fast || !pmap_invl_callout_inited) {
995                         PV_STAT(atomic_add_long(&invl_wait, 1));
996                         lock_delay(&lda);
997                         fast = false;
998                 } else {
999                         /*
1000                          * The page's invalidation generation number
1001                          * is still below the current thread's number.
1002                          * Prepare to block so that we do not waste
1003                          * CPU cycles or worse, suffer livelock.
1004                          *
1005                          * Since it is impossible to block without
1006                          * racing with pmap_delayed_invl_finish_u(),
1007                          * prepare for the race by incrementing
1008                          * pmap_invl_waiters and arming a 1-tick
1009                          * callout which will unblock us if we lose
1010                          * the race.
1011                          */
1012                         atomic_add_int(&pmap_invl_waiters, 1);
1013
1014                         /*
1015                          * Re-check the current thread's invalidation
1016                          * generation after incrementing
1017                          * pmap_invl_waiters, so that there is no race
1018                          * with pmap_delayed_invl_finish_u() setting
1019                          * the page generation and checking
1020                          * pmap_invl_waiters.  The only race allowed
1021                          * is for a missed unblock, which is handled
1022                          * by the callout.
1023                          */
1024                         if (*m_gen >
1025                             atomic_load_long(&pmap_invl_gen_head.gen)) {
1026                                 callout_reset(&pmap_invl_callout, 1,
1027                                     pmap_delayed_invl_callout_func, NULL);
1028                                 PV_STAT(atomic_add_long(&invl_wait_slow, 1));
1029                                 pmap_delayed_invl_wait_block(m_gen,
1030                                     &pmap_invl_gen_head.gen);
1031                         }
1032                         atomic_add_int(&pmap_invl_waiters, -1);
1033                 }
1034         }
1035 }
1036
1037 DEFINE_IFUNC(, void, pmap_thread_init_invl_gen, (struct thread *))
1038 {
1039
1040         return (pmap_di_locked() ? pmap_thread_init_invl_gen_l :
1041             pmap_thread_init_invl_gen_u);
1042 }
1043
1044 DEFINE_IFUNC(static, void, pmap_delayed_invl_start, (void))
1045 {
1046
1047         return (pmap_di_locked() ? pmap_delayed_invl_start_l :
1048             pmap_delayed_invl_start_u);
1049 }
1050
1051 DEFINE_IFUNC(static, void, pmap_delayed_invl_finish, (void))
1052 {
1053
1054         return (pmap_di_locked() ? pmap_delayed_invl_finish_l :
1055             pmap_delayed_invl_finish_u);
1056 }
1057
1058 DEFINE_IFUNC(static, void, pmap_delayed_invl_wait, (vm_page_t))
1059 {
1060
1061         return (pmap_di_locked() ? pmap_delayed_invl_wait_l :
1062             pmap_delayed_invl_wait_u);
1063 }
1064
1065 /*
1066  * Mark the page m's PV list as participating in the current thread's
1067  * DI block.  Any threads concurrently using m's PV list to remove or
1068  * restrict all mappings to m will wait for the current thread's DI
1069  * block to complete before proceeding.
1070  *
1071  * The function works by setting the DI generation number for m's PV
1072  * list to at least the DI generation number of the current thread.
1073  * This forces a caller of pmap_delayed_invl_wait() to block until
1074  * current thread calls pmap_delayed_invl_finish().
1075  */
1076 static void
1077 pmap_delayed_invl_page(vm_page_t m)
1078 {
1079         u_long gen, *m_gen;
1080
1081         rw_assert(VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m), RA_WLOCKED);
1082         gen = curthread->td_md.md_invl_gen.gen;
1083         if (gen == 0)
1084                 return;
1085         m_gen = pmap_delayed_invl_genp(m);
1086         if (*m_gen < gen)
1087                 *m_gen = gen;
1088 }
1089
1090 /*
1091  * Crashdump maps.
1092  */
1093 static caddr_t crashdumpmap;
1094
1095 /*
1096  * Internal flags for pmap_enter()'s helper functions.
1097  */
1098 #define PMAP_ENTER_NORECLAIM    0x1000000       /* Don't reclaim PV entries. */
1099 #define PMAP_ENTER_NOREPLACE    0x2000000       /* Don't replace mappings. */
1100
1101 /*
1102  * Internal flags for pmap_mapdev_internal() and
1103  * pmap_change_attr_locked().
1104  */
1105 #define MAPDEV_FLUSHCACHE       0x0000001       /* Flush cache after mapping. */
1106 #define MAPDEV_SETATTR          0x0000002       /* Modify existing attrs. */
1107
1108 static void     free_pv_chunk(struct pv_chunk *pc);
1109 static void     free_pv_entry(pmap_t pmap, pv_entry_t pv);
1110 static pv_entry_t get_pv_entry(pmap_t pmap, struct rwlock **lockp);
1111 static int      popcnt_pc_map_pq(uint64_t *map);
1112 static vm_page_t reclaim_pv_chunk(pmap_t locked_pmap, struct rwlock **lockp);
1113 static void     reserve_pv_entries(pmap_t pmap, int needed,
1114                     struct rwlock **lockp);
1115 static void     pmap_pv_demote_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_paddr_t pa,
1116                     struct rwlock **lockp);
1117 static bool     pmap_pv_insert_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t pde,
1118                     u_int flags, struct rwlock **lockp);
1119 #if VM_NRESERVLEVEL > 0
1120 static void     pmap_pv_promote_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_paddr_t pa,
1121                     struct rwlock **lockp);
1122 #endif
1123 static void     pmap_pvh_free(struct md_page *pvh, pmap_t pmap, vm_offset_t va);
1124 static pv_entry_t pmap_pvh_remove(struct md_page *pvh, pmap_t pmap,
1125                     vm_offset_t va);
1126
1127 static int pmap_change_attr_locked(vm_offset_t va, vm_size_t size, int mode,
1128     int flags);
1129 static boolean_t pmap_demote_pde(pmap_t pmap, pd_entry_t *pde, vm_offset_t va);
1130 static boolean_t pmap_demote_pde_locked(pmap_t pmap, pd_entry_t *pde,
1131     vm_offset_t va, struct rwlock **lockp);
1132 static boolean_t pmap_demote_pdpe(pmap_t pmap, pdp_entry_t *pdpe,
1133     vm_offset_t va);
1134 static bool     pmap_enter_2mpage(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m,
1135                     vm_prot_t prot, struct rwlock **lockp);
1136 static int      pmap_enter_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t newpde,
1137                     u_int flags, vm_page_t m, struct rwlock **lockp);
1138 static vm_page_t pmap_enter_quick_locked(pmap_t pmap, vm_offset_t va,
1139     vm_page_t m, vm_prot_t prot, vm_page_t mpte, struct rwlock **lockp);
1140 static void pmap_fill_ptp(pt_entry_t *firstpte, pt_entry_t newpte);
1141 static int pmap_insert_pt_page(pmap_t pmap, vm_page_t mpte, bool promoted);
1142 static void pmap_invalidate_cache_range_selfsnoop(vm_offset_t sva,
1143     vm_offset_t eva);
1144 static void pmap_invalidate_cache_range_all(vm_offset_t sva,
1145     vm_offset_t eva);
1146 static void pmap_invalidate_pde_page(pmap_t pmap, vm_offset_t va,
1147                     pd_entry_t pde);
1148 static void pmap_kenter_attr(vm_offset_t va, vm_paddr_t pa, int mode);
1149 static vm_page_t pmap_large_map_getptp_unlocked(void);
1150 static vm_paddr_t pmap_large_map_kextract(vm_offset_t va);
1151 static void pmap_pde_attr(pd_entry_t *pde, int cache_bits, int mask);
1152 #if VM_NRESERVLEVEL > 0
1153 static void pmap_promote_pde(pmap_t pmap, pd_entry_t *pde, vm_offset_t va,
1154     struct rwlock **lockp);
1155 #endif
1156 static boolean_t pmap_protect_pde(pmap_t pmap, pd_entry_t *pde, vm_offset_t sva,
1157     vm_prot_t prot);
1158 static void pmap_pte_attr(pt_entry_t *pte, int cache_bits, int mask);
1159 static void pmap_pti_add_kva_locked(vm_offset_t sva, vm_offset_t eva,
1160     bool exec);
1161 static pdp_entry_t *pmap_pti_pdpe(vm_offset_t va);
1162 static pd_entry_t *pmap_pti_pde(vm_offset_t va);
1163 static void pmap_pti_wire_pte(void *pte);
1164 static int pmap_remove_pde(pmap_t pmap, pd_entry_t *pdq, vm_offset_t sva,
1165     struct spglist *free, struct rwlock **lockp);
1166 static int pmap_remove_pte(pmap_t pmap, pt_entry_t *ptq, vm_offset_t sva,
1167     pd_entry_t ptepde, struct spglist *free, struct rwlock **lockp);
1168 static vm_page_t pmap_remove_pt_page(pmap_t pmap, vm_offset_t va);
1169 static void pmap_remove_page(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t *pde,
1170     struct spglist *free);
1171 static bool     pmap_remove_ptes(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva,
1172                     pd_entry_t *pde, struct spglist *free,
1173                     struct rwlock **lockp);
1174 static boolean_t pmap_try_insert_pv_entry(pmap_t pmap, vm_offset_t va,
1175     vm_page_t m, struct rwlock **lockp);
1176 static void pmap_update_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t *pde,
1177     pd_entry_t newpde);
1178 static void pmap_update_pde_invalidate(pmap_t, vm_offset_t va, pd_entry_t pde);
1179
1180 static vm_page_t _pmap_allocpte(pmap_t pmap, vm_pindex_t ptepindex,
1181                 struct rwlock **lockp);
1182 static vm_page_t pmap_allocpde(pmap_t pmap, vm_offset_t va,
1183                 struct rwlock **lockp);
1184 static vm_page_t pmap_allocpte(pmap_t pmap, vm_offset_t va,
1185                 struct rwlock **lockp);
1186
1187 static void _pmap_unwire_ptp(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m,
1188     struct spglist *free);
1189 static int pmap_unuse_pt(pmap_t, vm_offset_t, pd_entry_t, struct spglist *);
1190
1191 /********************/
1192 /* Inline functions */
1193 /********************/
1194
1195 /* Return a non-clipped PD index for a given VA */
1196 static __inline vm_pindex_t
1197 pmap_pde_pindex(vm_offset_t va)
1198 {
1199         return (va >> PDRSHIFT);
1200 }
1201
1202
1203 /* Return a pointer to the PML4 slot that corresponds to a VA */
1204 static __inline pml4_entry_t *
1205 pmap_pml4e(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
1206 {
1207
1208         return (&pmap->pm_pml4[pmap_pml4e_index(va)]);
1209 }
1210
1211 /* Return a pointer to the PDP slot that corresponds to a VA */
1212 static __inline pdp_entry_t *
1213 pmap_pml4e_to_pdpe(pml4_entry_t *pml4e, vm_offset_t va)
1214 {
1215         pdp_entry_t *pdpe;
1216
1217         pdpe = (pdp_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(*pml4e & PG_FRAME);
1218         return (&pdpe[pmap_pdpe_index(va)]);
1219 }
1220
1221 /* Return a pointer to the PDP slot that corresponds to a VA */
1222 static __inline pdp_entry_t *
1223 pmap_pdpe(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
1224 {
1225         pml4_entry_t *pml4e;
1226         pt_entry_t PG_V;
1227
1228         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
1229         pml4e = pmap_pml4e(pmap, va);
1230         if ((*pml4e & PG_V) == 0)
1231                 return (NULL);
1232         return (pmap_pml4e_to_pdpe(pml4e, va));
1233 }
1234
1235 /* Return a pointer to the PD slot that corresponds to a VA */
1236 static __inline pd_entry_t *
1237 pmap_pdpe_to_pde(pdp_entry_t *pdpe, vm_offset_t va)
1238 {
1239         pd_entry_t *pde;
1240
1241         pde = (pd_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(*pdpe & PG_FRAME);
1242         return (&pde[pmap_pde_index(va)]);
1243 }
1244
1245 /* Return a pointer to the PD slot that corresponds to a VA */
1246 static __inline pd_entry_t *
1247 pmap_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
1248 {
1249         pdp_entry_t *pdpe;
1250         pt_entry_t PG_V;
1251
1252         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
1253         pdpe = pmap_pdpe(pmap, va);
1254         if (pdpe == NULL || (*pdpe & PG_V) == 0)
1255                 return (NULL);
1256         return (pmap_pdpe_to_pde(pdpe, va));
1257 }
1258
1259 /* Return a pointer to the PT slot that corresponds to a VA */
1260 static __inline pt_entry_t *
1261 pmap_pde_to_pte(pd_entry_t *pde, vm_offset_t va)
1262 {
1263         pt_entry_t *pte;
1264
1265         pte = (pt_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(*pde & PG_FRAME);
1266         return (&pte[pmap_pte_index(va)]);
1267 }
1268
1269 /* Return a pointer to the PT slot that corresponds to a VA */
1270 static __inline pt_entry_t *
1271 pmap_pte(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
1272 {
1273         pd_entry_t *pde;
1274         pt_entry_t PG_V;
1275
1276         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
1277         pde = pmap_pde(pmap, va);
1278         if (pde == NULL || (*pde & PG_V) == 0)
1279                 return (NULL);
1280         if ((*pde & PG_PS) != 0)        /* compat with i386 pmap_pte() */
1281                 return ((pt_entry_t *)pde);
1282         return (pmap_pde_to_pte(pde, va));
1283 }
1284
1285 static __inline void
1286 pmap_resident_count_inc(pmap_t pmap, int count)
1287 {
1288
1289         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
1290         pmap->pm_stats.resident_count += count;
1291 }
1292
1293 static __inline void
1294 pmap_resident_count_dec(pmap_t pmap, int count)
1295 {
1296
1297         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
1298         KASSERT(pmap->pm_stats.resident_count >= count,
1299             ("pmap %p resident count underflow %ld %d", pmap,
1300             pmap->pm_stats.resident_count, count));
1301         pmap->pm_stats.resident_count -= count;
1302 }
1303
1304 PMAP_INLINE pt_entry_t *
1305 vtopte(vm_offset_t va)
1306 {
1307         u_int64_t mask = ((1ul << (NPTEPGSHIFT + NPDEPGSHIFT + NPDPEPGSHIFT + NPML4EPGSHIFT)) - 1);
1308
1309         KASSERT(va >= VM_MAXUSER_ADDRESS, ("vtopte on a uva/gpa 0x%0lx", va));
1310
1311         return (PTmap + ((va >> PAGE_SHIFT) & mask));
1312 }
1313
1314 static __inline pd_entry_t *
1315 vtopde(vm_offset_t va)
1316 {
1317         u_int64_t mask = ((1ul << (NPDEPGSHIFT + NPDPEPGSHIFT + NPML4EPGSHIFT)) - 1);
1318
1319         KASSERT(va >= VM_MAXUSER_ADDRESS, ("vtopde on a uva/gpa 0x%0lx", va));
1320
1321         return (PDmap + ((va >> PDRSHIFT) & mask));
1322 }
1323
1324 static u_int64_t
1325 allocpages(vm_paddr_t *firstaddr, int n)
1326 {
1327         u_int64_t ret;
1328
1329         ret = *firstaddr;
1330         bzero((void *)ret, n * PAGE_SIZE);
1331         *firstaddr += n * PAGE_SIZE;
1332         return (ret);
1333 }
1334
1335 CTASSERT(powerof2(NDMPML4E));
1336
1337 /* number of kernel PDP slots */
1338 #define NKPDPE(ptpgs)           howmany(ptpgs, NPDEPG)
1339
1340 static void
1341 nkpt_init(vm_paddr_t addr)
1342 {
1343         int pt_pages;
1344         
1345 #ifdef NKPT
1346         pt_pages = NKPT;
1347 #else
1348         pt_pages = howmany(addr, 1 << PDRSHIFT);
1349         pt_pages += NKPDPE(pt_pages);
1350
1351         /*
1352          * Add some slop beyond the bare minimum required for bootstrapping
1353          * the kernel.
1354          *
1355          * This is quite important when allocating KVA for kernel modules.
1356          * The modules are required to be linked in the negative 2GB of
1357          * the address space.  If we run out of KVA in this region then
1358          * pmap_growkernel() will need to allocate page table pages to map
1359          * the entire 512GB of KVA space which is an unnecessary tax on
1360          * physical memory.
1361          *
1362          * Secondly, device memory mapped as part of setting up the low-
1363          * level console(s) is taken from KVA, starting at virtual_avail.
1364          * This is because cninit() is called after pmap_bootstrap() but
1365          * before vm_init() and pmap_init(). 20MB for a frame buffer is
1366          * not uncommon.
1367          */
1368         pt_pages += 32;         /* 64MB additional slop. */
1369 #endif
1370         nkpt = pt_pages;
1371 }
1372
1373 /*
1374  * Returns the proper write/execute permission for a physical page that is
1375  * part of the initial boot allocations.
1376  *
1377  * If the page has kernel text, it is marked as read-only. If the page has
1378  * kernel read-only data, it is marked as read-only/not-executable. If the
1379  * page has only read-write data, it is marked as read-write/not-executable.
1380  * If the page is below/above the kernel range, it is marked as read-write.
1381  *
1382  * This function operates on 2M pages, since we map the kernel space that
1383  * way.
1384  *
1385  * Note that this doesn't currently provide any protection for modules.
1386  */
1387 static inline pt_entry_t
1388 bootaddr_rwx(vm_paddr_t pa)
1389 {
1390
1391         /*
1392          * Everything in the same 2M page as the start of the kernel
1393          * should be static. On the other hand, things in the same 2M
1394          * page as the end of the kernel could be read-write/executable,
1395          * as the kernel image is not guaranteed to end on a 2M boundary.
1396          */
1397         if (pa < trunc_2mpage(btext - KERNBASE) ||
1398            pa >= trunc_2mpage(_end - KERNBASE))
1399                 return (X86_PG_RW);
1400         /*
1401          * The linker should ensure that the read-only and read-write
1402          * portions don't share the same 2M page, so this shouldn't
1403          * impact read-only data. However, in any case, any page with
1404          * read-write data needs to be read-write.
1405          */
1406         if (pa >= trunc_2mpage(brwsection - KERNBASE))
1407                 return (X86_PG_RW | pg_nx);
1408         /*
1409          * Mark any 2M page containing kernel text as read-only. Mark
1410          * other pages with read-only data as read-only and not executable.
1411          * (It is likely a small portion of the read-only data section will
1412          * be marked as read-only, but executable. This should be acceptable
1413          * since the read-only protection will keep the data from changing.)
1414          * Note that fixups to the .text section will still work until we
1415          * set CR0.WP.
1416          */
1417         if (pa < round_2mpage(etext - KERNBASE))
1418                 return (0);
1419         return (pg_nx);
1420 }
1421
1422 static void
1423 create_pagetables(vm_paddr_t *firstaddr)
1424 {
1425         int i, j, ndm1g, nkpdpe, nkdmpde;
1426         pd_entry_t *pd_p;
1427         pdp_entry_t *pdp_p;
1428         pml4_entry_t *p4_p;
1429         uint64_t DMPDkernphys;
1430
1431         /* Allocate page table pages for the direct map */
1432         ndmpdp = howmany(ptoa(Maxmem), NBPDP);
1433         if (ndmpdp < 4)         /* Minimum 4GB of dirmap */
1434                 ndmpdp = 4;
1435         ndmpdpphys = howmany(ndmpdp, NPDPEPG);
1436         if (ndmpdpphys > NDMPML4E) {
1437                 /*
1438                  * Each NDMPML4E allows 512 GB, so limit to that,
1439                  * and then readjust ndmpdp and ndmpdpphys.
1440                  */
1441                 printf("NDMPML4E limits system to %d GB\n", NDMPML4E * 512);
1442                 Maxmem = atop(NDMPML4E * NBPML4);
1443                 ndmpdpphys = NDMPML4E;
1444                 ndmpdp = NDMPML4E * NPDEPG;
1445         }
1446         DMPDPphys = allocpages(firstaddr, ndmpdpphys);
1447         ndm1g = 0;
1448         if ((amd_feature & AMDID_PAGE1GB) != 0) {
1449                 /*
1450                  * Calculate the number of 1G pages that will fully fit in
1451                  * Maxmem.
1452                  */
1453                 ndm1g = ptoa(Maxmem) >> PDPSHIFT;
1454
1455                 /*
1456                  * Allocate 2M pages for the kernel. These will be used in
1457                  * place of the first one or more 1G pages from ndm1g.
1458                  */
1459                 nkdmpde = howmany((vm_offset_t)(brwsection - KERNBASE), NBPDP);
1460                 DMPDkernphys = allocpages(firstaddr, nkdmpde);
1461         }
1462         if (ndm1g < ndmpdp)
1463                 DMPDphys = allocpages(firstaddr, ndmpdp - ndm1g);
1464         dmaplimit = (vm_paddr_t)ndmpdp << PDPSHIFT;
1465
1466         /* Allocate pages */
1467         KPML4phys = allocpages(firstaddr, 1);
1468         KPDPphys = allocpages(firstaddr, NKPML4E);
1469
1470         /*
1471          * Allocate the initial number of kernel page table pages required to
1472          * bootstrap.  We defer this until after all memory-size dependent
1473          * allocations are done (e.g. direct map), so that we don't have to
1474          * build in too much slop in our estimate.
1475          *
1476          * Note that when NKPML4E > 1, we have an empty page underneath
1477          * all but the KPML4I'th one, so we need NKPML4E-1 extra (zeroed)
1478          * pages.  (pmap_enter requires a PD page to exist for each KPML4E.)
1479          */
1480         nkpt_init(*firstaddr);
1481         nkpdpe = NKPDPE(nkpt);
1482
1483         KPTphys = allocpages(firstaddr, nkpt);
1484         KPDphys = allocpages(firstaddr, nkpdpe);
1485
1486         /*
1487          * Connect the zero-filled PT pages to their PD entries.  This
1488          * implicitly maps the PT pages at their correct locations within
1489          * the PTmap.
1490          */
1491         pd_p = (pd_entry_t *)KPDphys;
1492         for (i = 0; i < nkpt; i++)
1493                 pd_p[i] = (KPTphys + ptoa(i)) | X86_PG_RW | X86_PG_V;
1494
1495         /*
1496          * Map from physical address zero to the end of loader preallocated
1497          * memory using 2MB pages.  This replaces some of the PD entries
1498          * created above.
1499          */
1500         for (i = 0; (i << PDRSHIFT) < KERNend; i++)
1501                 /* Preset PG_M and PG_A because demotion expects it. */
1502                 pd_p[i] = (i << PDRSHIFT) | X86_PG_V | PG_PS | pg_g |
1503                     X86_PG_M | X86_PG_A | bootaddr_rwx(i << PDRSHIFT);
1504
1505         /*
1506          * Because we map the physical blocks in 2M pages, adjust firstaddr
1507          * to record the physical blocks we've actually mapped into kernel
1508          * virtual address space.
1509          */
1510         if (*firstaddr < round_2mpage(KERNend))
1511                 *firstaddr = round_2mpage(KERNend);
1512
1513         /* And connect up the PD to the PDP (leaving room for L4 pages) */
1514         pdp_p = (pdp_entry_t *)(KPDPphys + ptoa(KPML4I - KPML4BASE));
1515         for (i = 0; i < nkpdpe; i++)
1516                 pdp_p[i + KPDPI] = (KPDphys + ptoa(i)) | X86_PG_RW | X86_PG_V;
1517
1518         /*
1519          * Now, set up the direct map region using 2MB and/or 1GB pages.  If
1520          * the end of physical memory is not aligned to a 1GB page boundary,
1521          * then the residual physical memory is mapped with 2MB pages.  Later,
1522          * if pmap_mapdev{_attr}() uses the direct map for non-write-back
1523          * memory, pmap_change_attr() will demote any 2MB or 1GB page mappings
1524          * that are partially used. 
1525          */
1526         pd_p = (pd_entry_t *)DMPDphys;
1527         for (i = NPDEPG * ndm1g, j = 0; i < NPDEPG * ndmpdp; i++, j++) {
1528                 pd_p[j] = (vm_paddr_t)i << PDRSHIFT;
1529                 /* Preset PG_M and PG_A because demotion expects it. */
1530                 pd_p[j] |= X86_PG_RW | X86_PG_V | PG_PS | pg_g |
1531                     X86_PG_M | X86_PG_A | pg_nx;
1532         }
1533         pdp_p = (pdp_entry_t *)DMPDPphys;
1534         for (i = 0; i < ndm1g; i++) {
1535                 pdp_p[i] = (vm_paddr_t)i << PDPSHIFT;
1536                 /* Preset PG_M and PG_A because demotion expects it. */
1537                 pdp_p[i] |= X86_PG_RW | X86_PG_V | PG_PS | pg_g |
1538                     X86_PG_M | X86_PG_A | pg_nx;
1539         }
1540         for (j = 0; i < ndmpdp; i++, j++) {
1541                 pdp_p[i] = DMPDphys + ptoa(j);
1542                 pdp_p[i] |= X86_PG_RW | X86_PG_V | pg_nx;
1543         }
1544
1545         /*
1546          * Instead of using a 1G page for the memory containing the kernel,
1547          * use 2M pages with read-only and no-execute permissions.  (If using 1G
1548          * pages, this will partially overwrite the PDPEs above.)
1549          */
1550         if (ndm1g) {
1551                 pd_p = (pd_entry_t *)DMPDkernphys;
1552                 for (i = 0; i < (NPDEPG * nkdmpde); i++)
1553                         pd_p[i] = (i << PDRSHIFT) | X86_PG_V | PG_PS | pg_g |
1554                             X86_PG_M | X86_PG_A | pg_nx |
1555                             bootaddr_rwx(i << PDRSHIFT);
1556                 for (i = 0; i < nkdmpde; i++)
1557                         pdp_p[i] = (DMPDkernphys + ptoa(i)) | X86_PG_RW |
1558                             X86_PG_V | pg_nx;
1559         }
1560
1561         /* And recursively map PML4 to itself in order to get PTmap */
1562         p4_p = (pml4_entry_t *)KPML4phys;
1563         p4_p[PML4PML4I] = KPML4phys;
1564         p4_p[PML4PML4I] |= X86_PG_RW | X86_PG_V | pg_nx;
1565
1566         /* Connect the Direct Map slot(s) up to the PML4. */
1567         for (i = 0; i < ndmpdpphys; i++) {
1568                 p4_p[DMPML4I + i] = DMPDPphys + ptoa(i);
1569                 p4_p[DMPML4I + i] |= X86_PG_RW | X86_PG_V | pg_nx;
1570         }
1571
1572         /* Connect the KVA slots up to the PML4 */
1573         for (i = 0; i < NKPML4E; i++) {
1574                 p4_p[KPML4BASE + i] = KPDPphys + ptoa(i);
1575                 p4_p[KPML4BASE + i] |= X86_PG_RW | X86_PG_V;
1576         }
1577 }
1578
1579 /*
1580  *      Bootstrap the system enough to run with virtual memory.
1581  *
1582  *      On amd64 this is called after mapping has already been enabled
1583  *      and just syncs the pmap module with what has already been done.
1584  *      [We can't call it easily with mapping off since the kernel is not
1585  *      mapped with PA == VA, hence we would have to relocate every address
1586  *      from the linked base (virtual) address "KERNBASE" to the actual
1587  *      (physical) address starting relative to 0]
1588  */
1589 void
1590 pmap_bootstrap(vm_paddr_t *firstaddr)
1591 {
1592         vm_offset_t va;
1593         pt_entry_t *pte, *pcpu_pte;
1594         uint64_t cr4, pcpu_phys;
1595         u_long res;
1596         int i;
1597
1598         KERNend = *firstaddr;
1599         res = atop(KERNend - (vm_paddr_t)kernphys);
1600
1601         if (!pti)
1602                 pg_g = X86_PG_G;
1603
1604         /*
1605          * Create an initial set of page tables to run the kernel in.
1606          */
1607         create_pagetables(firstaddr);
1608
1609         pcpu_phys = allocpages(firstaddr, MAXCPU);
1610
1611         /*
1612          * Add a physical memory segment (vm_phys_seg) corresponding to the
1613          * preallocated kernel page table pages so that vm_page structures
1614          * representing these pages will be created.  The vm_page structures
1615          * are required for promotion of the corresponding kernel virtual
1616          * addresses to superpage mappings.
1617          */
1618         vm_phys_add_seg(KPTphys, KPTphys + ptoa(nkpt));
1619
1620         /*
1621          * Account for the virtual addresses mapped by create_pagetables().
1622          */
1623         virtual_avail = (vm_offset_t)KERNBASE + round_2mpage(KERNend);
1624         virtual_end = VM_MAX_KERNEL_ADDRESS;
1625
1626         /*
1627          * Enable PG_G global pages, then switch to the kernel page
1628          * table from the bootstrap page table.  After the switch, it
1629          * is possible to enable SMEP and SMAP since PG_U bits are
1630          * correct now.
1631          */
1632         cr4 = rcr4();
1633         cr4 |= CR4_PGE;
1634         load_cr4(cr4);
1635         load_cr3(KPML4phys);
1636         if (cpu_stdext_feature & CPUID_STDEXT_SMEP)
1637                 cr4 |= CR4_SMEP;
1638         if (cpu_stdext_feature & CPUID_STDEXT_SMAP)
1639                 cr4 |= CR4_SMAP;
1640         load_cr4(cr4);
1641
1642         /*
1643          * Initialize the kernel pmap (which is statically allocated).
1644          * Count bootstrap data as being resident in case any of this data is
1645          * later unmapped (using pmap_remove()) and freed.
1646          */
1647         PMAP_LOCK_INIT(kernel_pmap);
1648         kernel_pmap->pm_pml4 = (pdp_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(KPML4phys);
1649         kernel_pmap->pm_cr3 = KPML4phys;
1650         kernel_pmap->pm_ucr3 = PMAP_NO_CR3;
1651         CPU_FILL(&kernel_pmap->pm_active);      /* don't allow deactivation */
1652         TAILQ_INIT(&kernel_pmap->pm_pvchunk);
1653         kernel_pmap->pm_stats.resident_count = res;
1654         kernel_pmap->pm_flags = pmap_flags;
1655
1656         /*
1657          * Initialize the TLB invalidations generation number lock.
1658          */
1659         mtx_init(&invl_gen_mtx, "invlgn", NULL, MTX_DEF);
1660
1661         /*
1662          * Reserve some special page table entries/VA space for temporary
1663          * mapping of pages.
1664          */
1665 #define SYSMAP(c, p, v, n)      \
1666         v = (c)va; va += ((n)*PAGE_SIZE); p = pte; pte += (n);
1667
1668         va = virtual_avail;
1669         pte = vtopte(va);
1670
1671         /*
1672          * Crashdump maps.  The first page is reused as CMAP1 for the
1673          * memory test.
1674          */
1675         SYSMAP(caddr_t, CMAP1, crashdumpmap, MAXDUMPPGS)
1676         CADDR1 = crashdumpmap;
1677
1678         SYSMAP(struct pcpu *, pcpu_pte, __pcpu, MAXCPU);
1679         virtual_avail = va;
1680
1681         for (i = 0; i < MAXCPU; i++) {
1682                 pcpu_pte[i] = (pcpu_phys + ptoa(i)) | X86_PG_V | X86_PG_RW |
1683                     pg_g | pg_nx | X86_PG_M | X86_PG_A;
1684         }
1685         STAILQ_INIT(&cpuhead);
1686         wrmsr(MSR_GSBASE, (uint64_t)&__pcpu[0]);
1687         pcpu_init(&__pcpu[0], 0, sizeof(struct pcpu));
1688         amd64_bsp_pcpu_init1(&__pcpu[0]);
1689         amd64_bsp_ist_init(&__pcpu[0]);
1690         __pcpu[0].pc_dynamic = temp_bsp_pcpu.pc_dynamic;
1691         __pcpu[0].pc_acpi_id = temp_bsp_pcpu.pc_acpi_id;
1692
1693         /*
1694          * Initialize the PAT MSR.
1695          * pmap_init_pat() clears and sets CR4_PGE, which, as a
1696          * side-effect, invalidates stale PG_G TLB entries that might
1697          * have been created in our pre-boot environment.
1698          */
1699         pmap_init_pat();
1700
1701         /* Initialize TLB Context Id. */
1702         if (pmap_pcid_enabled) {
1703                 for (i = 0; i < MAXCPU; i++) {
1704                         kernel_pmap->pm_pcids[i].pm_pcid = PMAP_PCID_KERN;
1705                         kernel_pmap->pm_pcids[i].pm_gen = 1;
1706                 }
1707
1708                 /*
1709                  * PMAP_PCID_KERN + 1 is used for initialization of
1710                  * proc0 pmap.  The pmap' pcid state might be used by
1711                  * EFIRT entry before first context switch, so it
1712                  * needs to be valid.
1713                  */
1714                 PCPU_SET(pcid_next, PMAP_PCID_KERN + 2);
1715                 PCPU_SET(pcid_gen, 1);
1716
1717                 /*
1718                  * pcpu area for APs is zeroed during AP startup.
1719                  * pc_pcid_next and pc_pcid_gen are initialized by AP
1720                  * during pcpu setup.
1721                  */
1722                 load_cr4(rcr4() | CR4_PCIDE);
1723         }
1724 }
1725
1726 /*
1727  * Setup the PAT MSR.
1728  */
1729 void
1730 pmap_init_pat(void)
1731 {
1732         uint64_t pat_msr;
1733         u_long cr0, cr4;
1734         int i;
1735
1736         /* Bail if this CPU doesn't implement PAT. */
1737         if ((cpu_feature & CPUID_PAT) == 0)
1738                 panic("no PAT??");
1739
1740         /* Set default PAT index table. */
1741         for (i = 0; i < PAT_INDEX_SIZE; i++)
1742                 pat_index[i] = -1;
1743         pat_index[PAT_WRITE_BACK] = 0;
1744         pat_index[PAT_WRITE_THROUGH] = 1;
1745         pat_index[PAT_UNCACHEABLE] = 3;
1746         pat_index[PAT_WRITE_COMBINING] = 6;
1747         pat_index[PAT_WRITE_PROTECTED] = 5;
1748         pat_index[PAT_UNCACHED] = 2;
1749
1750         /*
1751          * Initialize default PAT entries.
1752          * Leave the indices 0-3 at the default of WB, WT, UC-, and UC.
1753          * Program 5 and 6 as WP and WC.
1754          *
1755          * Leave 4 and 7 as WB and UC.  Note that a recursive page table
1756          * mapping for a 2M page uses a PAT value with the bit 3 set due
1757          * to its overload with PG_PS.
1758          */
1759         pat_msr = PAT_VALUE(0, PAT_WRITE_BACK) |
1760             PAT_VALUE(1, PAT_WRITE_THROUGH) |
1761             PAT_VALUE(2, PAT_UNCACHED) |
1762             PAT_VALUE(3, PAT_UNCACHEABLE) |
1763             PAT_VALUE(4, PAT_WRITE_BACK) |
1764             PAT_VALUE(5, PAT_WRITE_PROTECTED) |
1765             PAT_VALUE(6, PAT_WRITE_COMBINING) |
1766             PAT_VALUE(7, PAT_UNCACHEABLE);
1767
1768         /* Disable PGE. */
1769         cr4 = rcr4();
1770         load_cr4(cr4 & ~CR4_PGE);
1771
1772         /* Disable caches (CD = 1, NW = 0). */
1773         cr0 = rcr0();
1774         load_cr0((cr0 & ~CR0_NW) | CR0_CD);
1775
1776         /* Flushes caches and TLBs. */
1777         wbinvd();
1778         invltlb();
1779
1780         /* Update PAT and index table. */
1781         wrmsr(MSR_PAT, pat_msr);
1782
1783         /* Flush caches and TLBs again. */
1784         wbinvd();
1785         invltlb();
1786
1787         /* Restore caches and PGE. */
1788         load_cr0(cr0);
1789         load_cr4(cr4);
1790 }
1791
1792 /*
1793  *      Initialize a vm_page's machine-dependent fields.
1794  */
1795 void
1796 pmap_page_init(vm_page_t m)
1797 {
1798
1799         TAILQ_INIT(&m->md.pv_list);
1800         m->md.pat_mode = PAT_WRITE_BACK;
1801 }
1802
1803 /*
1804  *      Initialize the pmap module.
1805  *      Called by vm_init, to initialize any structures that the pmap
1806  *      system needs to map virtual memory.
1807  */
1808 void
1809 pmap_init(void)
1810 {
1811         struct pmap_preinit_mapping *ppim;
1812         vm_page_t m, mpte;
1813         vm_size_t s;
1814         int error, i, pv_npg, ret, skz63;
1815
1816         /* L1TF, reserve page @0 unconditionally */
1817         vm_page_blacklist_add(0, bootverbose);
1818
1819         /* Detect bare-metal Skylake Server and Skylake-X. */
1820         if (vm_guest == VM_GUEST_NO && cpu_vendor_id == CPU_VENDOR_INTEL &&
1821             CPUID_TO_FAMILY(cpu_id) == 0x6 && CPUID_TO_MODEL(cpu_id) == 0x55) {
1822                 /*
1823                  * Skylake-X errata SKZ63. Processor May Hang When
1824                  * Executing Code In an HLE Transaction Region between
1825                  * 40000000H and 403FFFFFH.
1826                  *
1827                  * Mark the pages in the range as preallocated.  It
1828                  * seems to be impossible to distinguish between
1829                  * Skylake Server and Skylake X.
1830                  */
1831                 skz63 = 1;
1832                 TUNABLE_INT_FETCH("hw.skz63_enable", &skz63);
1833                 if (skz63 != 0) {
1834                         if (bootverbose)
1835                                 printf("SKZ63: skipping 4M RAM starting "
1836                                     "at physical 1G\n");
1837                         for (i = 0; i < atop(0x400000); i++) {
1838                                 ret = vm_page_blacklist_add(0x40000000 +
1839                                     ptoa(i), FALSE);
1840                                 if (!ret && bootverbose)
1841                                         printf("page at %#lx already used\n",
1842                                             0x40000000 + ptoa(i));
1843                         }
1844                 }
1845         }
1846
1847         /*
1848          * Initialize the vm page array entries for the kernel pmap's
1849          * page table pages.
1850          */ 
1851         PMAP_LOCK(kernel_pmap);
1852         for (i = 0; i < nkpt; i++) {
1853                 mpte = PHYS_TO_VM_PAGE(KPTphys + (i << PAGE_SHIFT));
1854                 KASSERT(mpte >= vm_page_array &&
1855                     mpte < &vm_page_array[vm_page_array_size],
1856                     ("pmap_init: page table page is out of range"));
1857                 mpte->pindex = pmap_pde_pindex(KERNBASE) + i;
1858                 mpte->phys_addr = KPTphys + (i << PAGE_SHIFT);
1859                 mpte->ref_count = 1;
1860
1861                 /*
1862                  * Collect the page table pages that were replaced by a 2MB
1863                  * page in create_pagetables().  They are zero filled.
1864                  */
1865                 if (i << PDRSHIFT < KERNend &&
1866                     pmap_insert_pt_page(kernel_pmap, mpte, false))
1867                         panic("pmap_init: pmap_insert_pt_page failed");
1868         }
1869         PMAP_UNLOCK(kernel_pmap);
1870         vm_wire_add(nkpt);
1871
1872         /*
1873          * If the kernel is running on a virtual machine, then it must assume
1874          * that MCA is enabled by the hypervisor.  Moreover, the kernel must
1875          * be prepared for the hypervisor changing the vendor and family that
1876          * are reported by CPUID.  Consequently, the workaround for AMD Family
1877          * 10h Erratum 383 is enabled if the processor's feature set does not
1878          * include at least one feature that is only supported by older Intel
1879          * or newer AMD processors.
1880          */
1881         if (vm_guest != VM_GUEST_NO && (cpu_feature & CPUID_SS) == 0 &&
1882             (cpu_feature2 & (CPUID2_SSSE3 | CPUID2_SSE41 | CPUID2_AESNI |
1883             CPUID2_AVX | CPUID2_XSAVE)) == 0 && (amd_feature2 & (AMDID2_XOP |
1884             AMDID2_FMA4)) == 0)
1885                 workaround_erratum383 = 1;
1886
1887         /*
1888          * Are large page mappings enabled?
1889          */
1890         TUNABLE_INT_FETCH("vm.pmap.pg_ps_enabled", &pg_ps_enabled);
1891         if (pg_ps_enabled) {
1892                 KASSERT(MAXPAGESIZES > 1 && pagesizes[1] == 0,
1893                     ("pmap_init: can't assign to pagesizes[1]"));
1894                 pagesizes[1] = NBPDR;
1895         }
1896
1897         /*
1898          * Initialize the pv chunk list mutex.
1899          */
1900         mtx_init(&pv_chunks_mutex, "pmap pv chunk list", NULL, MTX_DEF);
1901
1902         /*
1903          * Initialize the pool of pv list locks.
1904          */
1905         for (i = 0; i < NPV_LIST_LOCKS; i++)
1906                 rw_init(&pv_list_locks[i], "pmap pv list");
1907
1908         /*
1909          * Calculate the size of the pv head table for superpages.
1910          */
1911         pv_npg = howmany(vm_phys_segs[vm_phys_nsegs - 1].end, NBPDR);
1912
1913         /*
1914          * Allocate memory for the pv head table for superpages.
1915          */
1916         s = (vm_size_t)(pv_npg * sizeof(struct md_page));
1917         s = round_page(s);
1918         pv_table = (struct md_page *)kmem_malloc(s, M_WAITOK | M_ZERO);
1919         for (i = 0; i < pv_npg; i++)
1920                 TAILQ_INIT(&pv_table[i].pv_list);
1921         TAILQ_INIT(&pv_dummy.pv_list);
1922
1923         pmap_initialized = 1;
1924         for (i = 0; i < PMAP_PREINIT_MAPPING_COUNT; i++) {
1925                 ppim = pmap_preinit_mapping + i;
1926                 if (ppim->va == 0)
1927                         continue;
1928                 /* Make the direct map consistent */
1929                 if (ppim->pa < dmaplimit && ppim->pa + ppim->sz <= dmaplimit) {
1930                         (void)pmap_change_attr(PHYS_TO_DMAP(ppim->pa),
1931                             ppim->sz, ppim->mode);
1932                 }
1933                 if (!bootverbose)
1934                         continue;
1935                 printf("PPIM %u: PA=%#lx, VA=%#lx, size=%#lx, mode=%#x\n", i,
1936                     ppim->pa, ppim->va, ppim->sz, ppim->mode);
1937         }
1938
1939         mtx_init(&qframe_mtx, "qfrmlk", NULL, MTX_SPIN);
1940         error = vmem_alloc(kernel_arena, PAGE_SIZE, M_BESTFIT | M_WAITOK,
1941             (vmem_addr_t *)&qframe);
1942         if (error != 0)
1943                 panic("qframe allocation failed");
1944
1945         lm_ents = 8;
1946         TUNABLE_INT_FETCH("vm.pmap.large_map_pml4_entries", &lm_ents);
1947         if (lm_ents > LMEPML4I - LMSPML4I + 1)
1948                 lm_ents = LMEPML4I - LMSPML4I + 1;
1949         if (bootverbose)
1950                 printf("pmap: large map %u PML4 slots (%lu GB)\n",
1951                     lm_ents, (u_long)lm_ents * (NBPML4 / 1024 / 1024 / 1024));
1952         if (lm_ents != 0) {
1953                 large_vmem = vmem_create("large", LARGEMAP_MIN_ADDRESS,
1954                     (vmem_size_t)lm_ents * NBPML4, PAGE_SIZE, 0, M_WAITOK);
1955                 if (large_vmem == NULL) {
1956                         printf("pmap: cannot create large map\n");
1957                         lm_ents = 0;
1958                 }
1959                 for (i = 0; i < lm_ents; i++) {
1960                         m = pmap_large_map_getptp_unlocked();
1961                         kernel_pmap->pm_pml4[LMSPML4I + i] = X86_PG_V |
1962                             X86_PG_RW | X86_PG_A | X86_PG_M | pg_nx |
1963                             VM_PAGE_TO_PHYS(m);
1964                 }
1965         }
1966 }
1967
1968 SYSCTL_UINT(_vm_pmap, OID_AUTO, large_map_pml4_entries,
1969     CTLFLAG_RDTUN | CTLFLAG_NOFETCH, &lm_ents, 0,
1970     "Maximum number of PML4 entries for use by large map (tunable).  "
1971     "Each entry corresponds to 512GB of address space.");
1972
1973 static SYSCTL_NODE(_vm_pmap, OID_AUTO, pde, CTLFLAG_RD, 0,
1974     "2MB page mapping counters");
1975
1976 static u_long pmap_pde_demotions;
1977 SYSCTL_ULONG(_vm_pmap_pde, OID_AUTO, demotions, CTLFLAG_RD,
1978     &pmap_pde_demotions, 0, "2MB page demotions");
1979
1980 static u_long pmap_pde_mappings;
1981 SYSCTL_ULONG(_vm_pmap_pde, OID_AUTO, mappings, CTLFLAG_RD,
1982     &pmap_pde_mappings, 0, "2MB page mappings");
1983
1984 static u_long pmap_pde_p_failures;
1985 SYSCTL_ULONG(_vm_pmap_pde, OID_AUTO, p_failures, CTLFLAG_RD,
1986     &pmap_pde_p_failures, 0, "2MB page promotion failures");
1987
1988 static u_long pmap_pde_promotions;
1989 SYSCTL_ULONG(_vm_pmap_pde, OID_AUTO, promotions, CTLFLAG_RD,
1990     &pmap_pde_promotions, 0, "2MB page promotions");
1991
1992 static SYSCTL_NODE(_vm_pmap, OID_AUTO, pdpe, CTLFLAG_RD, 0,
1993     "1GB page mapping counters");
1994
1995 static u_long pmap_pdpe_demotions;
1996 SYSCTL_ULONG(_vm_pmap_pdpe, OID_AUTO, demotions, CTLFLAG_RD,
1997     &pmap_pdpe_demotions, 0, "1GB page demotions");
1998
1999 /***************************************************
2000  * Low level helper routines.....
2001  ***************************************************/
2002
2003 static pt_entry_t
2004 pmap_swap_pat(pmap_t pmap, pt_entry_t entry)
2005 {
2006         int x86_pat_bits = X86_PG_PTE_PAT | X86_PG_PDE_PAT;
2007
2008         switch (pmap->pm_type) {
2009         case PT_X86:
2010         case PT_RVI:
2011                 /* Verify that both PAT bits are not set at the same time */
2012                 KASSERT((entry & x86_pat_bits) != x86_pat_bits,
2013                     ("Invalid PAT bits in entry %#lx", entry));
2014
2015                 /* Swap the PAT bits if one of them is set */
2016                 if ((entry & x86_pat_bits) != 0)
2017                         entry ^= x86_pat_bits;
2018                 break;
2019         case PT_EPT:
2020                 /*
2021                  * Nothing to do - the memory attributes are represented
2022                  * the same way for regular pages and superpages.
2023                  */
2024                 break;
2025         default:
2026                 panic("pmap_switch_pat_bits: bad pm_type %d", pmap->pm_type);
2027         }
2028
2029         return (entry);
2030 }
2031
2032 boolean_t
2033 pmap_is_valid_memattr(pmap_t pmap __unused, vm_memattr_t mode)
2034 {
2035
2036         return (mode >= 0 && mode < PAT_INDEX_SIZE &&
2037             pat_index[(int)mode] >= 0);
2038 }
2039
2040 /*
2041  * Determine the appropriate bits to set in a PTE or PDE for a specified
2042  * caching mode.
2043  */
2044 int
2045 pmap_cache_bits(pmap_t pmap, int mode, boolean_t is_pde)
2046 {
2047         int cache_bits, pat_flag, pat_idx;
2048
2049         if (!pmap_is_valid_memattr(pmap, mode))
2050                 panic("Unknown caching mode %d\n", mode);
2051
2052         switch (pmap->pm_type) {
2053         case PT_X86:
2054         case PT_RVI:
2055                 /* The PAT bit is different for PTE's and PDE's. */
2056                 pat_flag = is_pde ? X86_PG_PDE_PAT : X86_PG_PTE_PAT;
2057
2058                 /* Map the caching mode to a PAT index. */
2059                 pat_idx = pat_index[mode];
2060
2061                 /* Map the 3-bit index value into the PAT, PCD, and PWT bits. */
2062                 cache_bits = 0;
2063                 if (pat_idx & 0x4)
2064                         cache_bits |= pat_flag;
2065                 if (pat_idx & 0x2)
2066                         cache_bits |= PG_NC_PCD;
2067                 if (pat_idx & 0x1)
2068                         cache_bits |= PG_NC_PWT;
2069                 break;
2070
2071         case PT_EPT:
2072                 cache_bits = EPT_PG_IGNORE_PAT | EPT_PG_MEMORY_TYPE(mode);
2073                 break;
2074
2075         default:
2076                 panic("unsupported pmap type %d", pmap->pm_type);
2077         }
2078
2079         return (cache_bits);
2080 }
2081
2082 static int
2083 pmap_cache_mask(pmap_t pmap, boolean_t is_pde)
2084 {
2085         int mask;
2086
2087         switch (pmap->pm_type) {
2088         case PT_X86:
2089         case PT_RVI:
2090                 mask = is_pde ? X86_PG_PDE_CACHE : X86_PG_PTE_CACHE;
2091                 break;
2092         case PT_EPT:
2093                 mask = EPT_PG_IGNORE_PAT | EPT_PG_MEMORY_TYPE(0x7);
2094                 break;
2095         default:
2096                 panic("pmap_cache_mask: invalid pm_type %d", pmap->pm_type);
2097         }
2098
2099         return (mask);
2100 }
2101
2102 static int
2103 pmap_pat_index(pmap_t pmap, pt_entry_t pte, bool is_pde)
2104 {
2105         int pat_flag, pat_idx;
2106
2107         pat_idx = 0;
2108         switch (pmap->pm_type) {
2109         case PT_X86:
2110         case PT_RVI:
2111                 /* The PAT bit is different for PTE's and PDE's. */
2112                 pat_flag = is_pde ? X86_PG_PDE_PAT : X86_PG_PTE_PAT;
2113
2114                 if ((pte & pat_flag) != 0)
2115                         pat_idx |= 0x4;
2116                 if ((pte & PG_NC_PCD) != 0)
2117                         pat_idx |= 0x2;
2118                 if ((pte & PG_NC_PWT) != 0)
2119                         pat_idx |= 0x1;
2120                 break;
2121         case PT_EPT:
2122                 if ((pte & EPT_PG_IGNORE_PAT) != 0)
2123                         panic("EPT PTE %#lx has no PAT memory type", pte);
2124                 pat_idx = (pte & EPT_PG_MEMORY_TYPE(0x7)) >> 3;
2125                 break;
2126         }
2127
2128         /* See pmap_init_pat(). */
2129         if (pat_idx == 4)
2130                 pat_idx = 0;
2131         if (pat_idx == 7)
2132                 pat_idx = 3;
2133
2134         return (pat_idx);
2135 }
2136
2137 bool
2138 pmap_ps_enabled(pmap_t pmap)
2139 {
2140
2141         return (pg_ps_enabled && (pmap->pm_flags & PMAP_PDE_SUPERPAGE) != 0);
2142 }
2143
2144 static void
2145 pmap_update_pde_store(pmap_t pmap, pd_entry_t *pde, pd_entry_t newpde)
2146 {
2147
2148         switch (pmap->pm_type) {
2149         case PT_X86:
2150                 break;
2151         case PT_RVI:
2152         case PT_EPT:
2153                 /*
2154                  * XXX
2155                  * This is a little bogus since the generation number is
2156                  * supposed to be bumped up when a region of the address
2157                  * space is invalidated in the page tables.
2158                  *
2159                  * In this case the old PDE entry is valid but yet we want
2160                  * to make sure that any mappings using the old entry are
2161                  * invalidated in the TLB.
2162                  *
2163                  * The reason this works as expected is because we rendezvous
2164                  * "all" host cpus and force any vcpu context to exit as a
2165                  * side-effect.
2166                  */
2167                 atomic_add_acq_long(&pmap->pm_eptgen, 1);
2168                 break;
2169         default:
2170                 panic("pmap_update_pde_store: bad pm_type %d", pmap->pm_type);
2171         }
2172         pde_store(pde, newpde);
2173 }
2174
2175 /*
2176  * After changing the page size for the specified virtual address in the page
2177  * table, flush the corresponding entries from the processor's TLB.  Only the
2178  * calling processor's TLB is affected.
2179  *
2180  * The calling thread must be pinned to a processor.
2181  */
2182 static void
2183 pmap_update_pde_invalidate(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t newpde)
2184 {
2185         pt_entry_t PG_G;
2186
2187         if (pmap_type_guest(pmap))
2188                 return;
2189
2190         KASSERT(pmap->pm_type == PT_X86,
2191             ("pmap_update_pde_invalidate: invalid type %d", pmap->pm_type));
2192
2193         PG_G = pmap_global_bit(pmap);
2194
2195         if ((newpde & PG_PS) == 0)
2196                 /* Demotion: flush a specific 2MB page mapping. */
2197                 invlpg(va);
2198         else if ((newpde & PG_G) == 0)
2199                 /*
2200                  * Promotion: flush every 4KB page mapping from the TLB
2201                  * because there are too many to flush individually.
2202                  */
2203                 invltlb();
2204         else {
2205                 /*
2206                  * Promotion: flush every 4KB page mapping from the TLB,
2207                  * including any global (PG_G) mappings.
2208                  */
2209                 invltlb_glob();
2210         }
2211 }
2212 #ifdef SMP
2213
2214 /*
2215  * For SMP, these functions have to use the IPI mechanism for coherence.
2216  *
2217  * N.B.: Before calling any of the following TLB invalidation functions,
2218  * the calling processor must ensure that all stores updating a non-
2219  * kernel page table are globally performed.  Otherwise, another
2220  * processor could cache an old, pre-update entry without being
2221  * invalidated.  This can happen one of two ways: (1) The pmap becomes
2222  * active on another processor after its pm_active field is checked by
2223  * one of the following functions but before a store updating the page
2224  * table is globally performed. (2) The pmap becomes active on another
2225  * processor before its pm_active field is checked but due to
2226  * speculative loads one of the following functions stills reads the
2227  * pmap as inactive on the other processor.
2228  * 
2229  * The kernel page table is exempt because its pm_active field is
2230  * immutable.  The kernel page table is always active on every
2231  * processor.
2232  */
2233
2234 /*
2235  * Interrupt the cpus that are executing in the guest context.
2236  * This will force the vcpu to exit and the cached EPT mappings
2237  * will be invalidated by the host before the next vmresume.
2238  */
2239 static __inline void
2240 pmap_invalidate_ept(pmap_t pmap)
2241 {
2242         int ipinum;
2243
2244         sched_pin();
2245         KASSERT(!CPU_ISSET(curcpu, &pmap->pm_active),
2246             ("pmap_invalidate_ept: absurd pm_active"));
2247
2248         /*
2249          * The TLB mappings associated with a vcpu context are not
2250          * flushed each time a different vcpu is chosen to execute.
2251          *
2252          * This is in contrast with a process's vtop mappings that
2253          * are flushed from the TLB on each context switch.
2254          *
2255          * Therefore we need to do more than just a TLB shootdown on
2256          * the active cpus in 'pmap->pm_active'. To do this we keep
2257          * track of the number of invalidations performed on this pmap.
2258          *
2259          * Each vcpu keeps a cache of this counter and compares it
2260          * just before a vmresume. If the counter is out-of-date an
2261          * invept will be done to flush stale mappings from the TLB.
2262          */
2263         atomic_add_acq_long(&pmap->pm_eptgen, 1);
2264
2265         /*
2266          * Force the vcpu to exit and trap back into the hypervisor.
2267          */
2268         ipinum = pmap->pm_flags & PMAP_NESTED_IPIMASK;
2269         ipi_selected(pmap->pm_active, ipinum);
2270         sched_unpin();
2271 }
2272
2273 static cpuset_t
2274 pmap_invalidate_cpu_mask(pmap_t pmap)
2275 {
2276
2277         return (pmap == kernel_pmap ? all_cpus : pmap->pm_active);
2278 }
2279
2280 static inline void
2281 pmap_invalidate_page_pcid(pmap_t pmap, vm_offset_t va,
2282     const bool invpcid_works1)
2283 {
2284         struct invpcid_descr d;
2285         uint64_t kcr3, ucr3;
2286         uint32_t pcid;
2287         u_int cpuid, i;
2288
2289         cpuid = PCPU_GET(cpuid);
2290         if (pmap == PCPU_GET(curpmap)) {
2291                 if (pmap->pm_ucr3 != PMAP_NO_CR3) {
2292                         /*
2293                          * Because pm_pcid is recalculated on a
2294                          * context switch, we must disable switching.
2295                          * Otherwise, we might use a stale value
2296                          * below.
2297                          */
2298                         critical_enter();
2299                         pcid = pmap->pm_pcids[cpuid].pm_pcid;
2300                         if (invpcid_works1) {
2301                                 d.pcid = pcid | PMAP_PCID_USER_PT;
2302                                 d.pad = 0;
2303                                 d.addr = va;
2304                                 invpcid(&d, INVPCID_ADDR);
2305                         } else {
2306                                 kcr3 = pmap->pm_cr3 | pcid | CR3_PCID_SAVE;
2307                                 ucr3 = pmap->pm_ucr3 | pcid |
2308                                     PMAP_PCID_USER_PT | CR3_PCID_SAVE;
2309                                 pmap_pti_pcid_invlpg(ucr3, kcr3, va);
2310                         }
2311                         critical_exit();
2312                 }
2313         } else
2314                 pmap->pm_pcids[cpuid].pm_gen = 0;
2315
2316         CPU_FOREACH(i) {
2317                 if (cpuid != i)
2318                         pmap->pm_pcids[i].pm_gen = 0;
2319         }
2320
2321         /*
2322          * The fence is between stores to pm_gen and the read of the
2323          * pm_active mask.  We need to ensure that it is impossible
2324          * for us to miss the bit update in pm_active and
2325          * simultaneously observe a non-zero pm_gen in
2326          * pmap_activate_sw(), otherwise TLB update is missed.
2327          * Without the fence, IA32 allows such an outcome.  Note that
2328          * pm_active is updated by a locked operation, which provides
2329          * the reciprocal fence.
2330          */
2331         atomic_thread_fence_seq_cst();
2332 }
2333
2334 static void
2335 pmap_invalidate_page_pcid_invpcid(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
2336 {
2337
2338         pmap_invalidate_page_pcid(pmap, va, true);
2339 }
2340
2341 static void
2342 pmap_invalidate_page_pcid_noinvpcid(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
2343 {
2344
2345         pmap_invalidate_page_pcid(pmap, va, false);
2346 }
2347
2348 static void
2349 pmap_invalidate_page_nopcid(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
2350 {
2351 }
2352
2353 DEFINE_IFUNC(static, void, pmap_invalidate_page_mode, (pmap_t, vm_offset_t))
2354 {
2355
2356         if (pmap_pcid_enabled)
2357                 return (invpcid_works ? pmap_invalidate_page_pcid_invpcid :
2358                     pmap_invalidate_page_pcid_noinvpcid);
2359         return (pmap_invalidate_page_nopcid);
2360 }
2361
2362 void
2363 pmap_invalidate_page(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
2364 {
2365
2366         if (pmap_type_guest(pmap)) {
2367                 pmap_invalidate_ept(pmap);
2368                 return;
2369         }
2370
2371         KASSERT(pmap->pm_type == PT_X86,
2372             ("pmap_invalidate_page: invalid type %d", pmap->pm_type));
2373
2374         sched_pin();
2375         if (pmap == kernel_pmap) {
2376                 invlpg(va);
2377         } else {
2378                 if (pmap == PCPU_GET(curpmap))
2379                         invlpg(va);
2380                 pmap_invalidate_page_mode(pmap, va);
2381         }
2382         smp_masked_invlpg(pmap_invalidate_cpu_mask(pmap), va, pmap);
2383         sched_unpin();
2384 }
2385
2386 /* 4k PTEs -- Chosen to exceed the total size of Broadwell L2 TLB */
2387 #define PMAP_INVLPG_THRESHOLD   (4 * 1024 * PAGE_SIZE)
2388
2389 static void
2390 pmap_invalidate_range_pcid(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva,
2391     const bool invpcid_works1)
2392 {
2393         struct invpcid_descr d;
2394         uint64_t kcr3, ucr3;
2395         uint32_t pcid;
2396         u_int cpuid, i;
2397
2398         cpuid = PCPU_GET(cpuid);
2399         if (pmap == PCPU_GET(curpmap)) {
2400                 if (pmap->pm_ucr3 != PMAP_NO_CR3) {
2401                         critical_enter();
2402                         pcid = pmap->pm_pcids[cpuid].pm_pcid;
2403                         if (invpcid_works1) {
2404                                 d.pcid = pcid | PMAP_PCID_USER_PT;
2405                                 d.pad = 0;
2406                                 d.addr = sva;
2407                                 for (; d.addr < eva; d.addr += PAGE_SIZE)
2408                                         invpcid(&d, INVPCID_ADDR);
2409                         } else {
2410                                 kcr3 = pmap->pm_cr3 | pcid | CR3_PCID_SAVE;
2411                                 ucr3 = pmap->pm_ucr3 | pcid |
2412                                     PMAP_PCID_USER_PT | CR3_PCID_SAVE;
2413                                 pmap_pti_pcid_invlrng(ucr3, kcr3, sva, eva);
2414                         }
2415                         critical_exit();
2416                 }
2417         } else
2418                 pmap->pm_pcids[cpuid].pm_gen = 0;
2419
2420         CPU_FOREACH(i) {
2421                 if (cpuid != i)
2422                         pmap->pm_pcids[i].pm_gen = 0;
2423         }
2424         /* See the comment in pmap_invalidate_page_pcid(). */
2425         atomic_thread_fence_seq_cst();
2426 }
2427
2428 static void
2429 pmap_invalidate_range_pcid_invpcid(pmap_t pmap, vm_offset_t sva,
2430     vm_offset_t eva)
2431 {
2432
2433         pmap_invalidate_range_pcid(pmap, sva, eva, true);
2434 }
2435
2436 static void
2437 pmap_invalidate_range_pcid_noinvpcid(pmap_t pmap, vm_offset_t sva,
2438     vm_offset_t eva)
2439 {
2440
2441         pmap_invalidate_range_pcid(pmap, sva, eva, false);
2442 }
2443
2444 static void
2445 pmap_invalidate_range_nopcid(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
2446 {
2447 }
2448
2449 DEFINE_IFUNC(static, void, pmap_invalidate_range_mode, (pmap_t, vm_offset_t,
2450     vm_offset_t))
2451 {
2452
2453         if (pmap_pcid_enabled)
2454                 return (invpcid_works ? pmap_invalidate_range_pcid_invpcid :
2455                     pmap_invalidate_range_pcid_noinvpcid);
2456         return (pmap_invalidate_range_nopcid);
2457 }
2458
2459 void
2460 pmap_invalidate_range(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
2461 {
2462         vm_offset_t addr;
2463
2464         if (eva - sva >= PMAP_INVLPG_THRESHOLD) {
2465                 pmap_invalidate_all(pmap);
2466                 return;
2467         }
2468
2469         if (pmap_type_guest(pmap)) {
2470                 pmap_invalidate_ept(pmap);
2471                 return;
2472         }
2473
2474         KASSERT(pmap->pm_type == PT_X86,
2475             ("pmap_invalidate_range: invalid type %d", pmap->pm_type));
2476
2477         sched_pin();
2478         if (pmap == kernel_pmap) {
2479                 for (addr = sva; addr < eva; addr += PAGE_SIZE)
2480                         invlpg(addr);
2481         } else {
2482                 if (pmap == PCPU_GET(curpmap)) {
2483                         for (addr = sva; addr < eva; addr += PAGE_SIZE)
2484                                 invlpg(addr);
2485                 }
2486                 pmap_invalidate_range_mode(pmap, sva, eva);
2487         }
2488         smp_masked_invlpg_range(pmap_invalidate_cpu_mask(pmap), sva, eva, pmap);
2489         sched_unpin();
2490 }
2491
2492 static inline void
2493 pmap_invalidate_all_pcid(pmap_t pmap, bool invpcid_works1)
2494 {
2495         struct invpcid_descr d;
2496         uint64_t kcr3, ucr3;
2497         uint32_t pcid;
2498         u_int cpuid, i;
2499
2500         if (pmap == kernel_pmap) {
2501                 if (invpcid_works1) {
2502                         bzero(&d, sizeof(d));
2503                         invpcid(&d, INVPCID_CTXGLOB);
2504                 } else {
2505                         invltlb_glob();
2506                 }
2507         } else {
2508                 cpuid = PCPU_GET(cpuid);
2509                 if (pmap == PCPU_GET(curpmap)) {
2510                         critical_enter();
2511                         pcid = pmap->pm_pcids[cpuid].pm_pcid;
2512                         if (invpcid_works1) {
2513                                 d.pcid = pcid;
2514                                 d.pad = 0;
2515                                 d.addr = 0;
2516                                 invpcid(&d, INVPCID_CTX);
2517                                 if (pmap->pm_ucr3 != PMAP_NO_CR3) {
2518                                         d.pcid |= PMAP_PCID_USER_PT;
2519                                         invpcid(&d, INVPCID_CTX);
2520                                 }
2521                         } else {
2522                                 kcr3 = pmap->pm_cr3 | pcid;
2523                                 ucr3 = pmap->pm_ucr3;
2524                                 if (ucr3 != PMAP_NO_CR3) {
2525                                         ucr3 |= pcid | PMAP_PCID_USER_PT;
2526                                         pmap_pti_pcid_invalidate(ucr3, kcr3);
2527                                 } else {
2528                                         load_cr3(kcr3);
2529                                 }
2530                         }
2531                         critical_exit();
2532                 } else
2533                         pmap->pm_pcids[cpuid].pm_gen = 0;
2534                 CPU_FOREACH(i) {
2535                         if (cpuid != i)
2536                                 pmap->pm_pcids[i].pm_gen = 0;
2537                 }
2538         }
2539         /* See the comment in pmap_invalidate_page_pcid(). */
2540         atomic_thread_fence_seq_cst();
2541 }
2542
2543 static void
2544 pmap_invalidate_all_pcid_invpcid(pmap_t pmap)
2545 {
2546
2547         pmap_invalidate_all_pcid(pmap, true);
2548 }
2549
2550 static void
2551 pmap_invalidate_all_pcid_noinvpcid(pmap_t pmap)
2552 {
2553
2554         pmap_invalidate_all_pcid(pmap, false);
2555 }
2556
2557 static void
2558 pmap_invalidate_all_nopcid(pmap_t pmap)
2559 {
2560
2561         if (pmap == kernel_pmap)
2562                 invltlb_glob();
2563         else if (pmap == PCPU_GET(curpmap))
2564                 invltlb();
2565 }
2566
2567 DEFINE_IFUNC(static, void, pmap_invalidate_all_mode, (pmap_t))
2568 {
2569
2570         if (pmap_pcid_enabled)
2571                 return (invpcid_works ? pmap_invalidate_all_pcid_invpcid :
2572                     pmap_invalidate_all_pcid_noinvpcid);
2573         return (pmap_invalidate_all_nopcid);
2574 }
2575
2576 void
2577 pmap_invalidate_all(pmap_t pmap)
2578 {
2579
2580         if (pmap_type_guest(pmap)) {
2581                 pmap_invalidate_ept(pmap);
2582                 return;
2583         }
2584
2585         KASSERT(pmap->pm_type == PT_X86,
2586             ("pmap_invalidate_all: invalid type %d", pmap->pm_type));
2587
2588         sched_pin();
2589         pmap_invalidate_all_mode(pmap);
2590         smp_masked_invltlb(pmap_invalidate_cpu_mask(pmap), pmap);
2591         sched_unpin();
2592 }
2593
2594 void
2595 pmap_invalidate_cache(void)
2596 {
2597
2598         sched_pin();
2599         wbinvd();
2600         smp_cache_flush();
2601         sched_unpin();
2602 }
2603
2604 struct pde_action {
2605         cpuset_t invalidate;    /* processors that invalidate their TLB */
2606         pmap_t pmap;
2607         vm_offset_t va;
2608         pd_entry_t *pde;
2609         pd_entry_t newpde;
2610         u_int store;            /* processor that updates the PDE */
2611 };
2612
2613 static void
2614 pmap_update_pde_action(void *arg)
2615 {
2616         struct pde_action *act = arg;
2617
2618         if (act->store == PCPU_GET(cpuid))
2619                 pmap_update_pde_store(act->pmap, act->pde, act->newpde);
2620 }
2621
2622 static void
2623 pmap_update_pde_teardown(void *arg)
2624 {
2625         struct pde_action *act = arg;
2626
2627         if (CPU_ISSET(PCPU_GET(cpuid), &act->invalidate))
2628                 pmap_update_pde_invalidate(act->pmap, act->va, act->newpde);
2629 }
2630
2631 /*
2632  * Change the page size for the specified virtual address in a way that
2633  * prevents any possibility of the TLB ever having two entries that map the
2634  * same virtual address using different page sizes.  This is the recommended
2635  * workaround for Erratum 383 on AMD Family 10h processors.  It prevents a
2636  * machine check exception for a TLB state that is improperly diagnosed as a
2637  * hardware error.
2638  */
2639 static void
2640 pmap_update_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t *pde, pd_entry_t newpde)
2641 {
2642         struct pde_action act;
2643         cpuset_t active, other_cpus;
2644         u_int cpuid;
2645
2646         sched_pin();
2647         cpuid = PCPU_GET(cpuid);
2648         other_cpus = all_cpus;
2649         CPU_CLR(cpuid, &other_cpus);
2650         if (pmap == kernel_pmap || pmap_type_guest(pmap)) 
2651                 active = all_cpus;
2652         else {
2653                 active = pmap->pm_active;
2654         }
2655         if (CPU_OVERLAP(&active, &other_cpus)) { 
2656                 act.store = cpuid;
2657                 act.invalidate = active;
2658                 act.va = va;
2659                 act.pmap = pmap;
2660                 act.pde = pde;
2661                 act.newpde = newpde;
2662                 CPU_SET(cpuid, &active);
2663                 smp_rendezvous_cpus(active,
2664                     smp_no_rendezvous_barrier, pmap_update_pde_action,
2665                     pmap_update_pde_teardown, &act);
2666         } else {
2667                 pmap_update_pde_store(pmap, pde, newpde);
2668                 if (CPU_ISSET(cpuid, &active))
2669                         pmap_update_pde_invalidate(pmap, va, newpde);
2670         }
2671         sched_unpin();
2672 }
2673 #else /* !SMP */
2674 /*
2675  * Normal, non-SMP, invalidation functions.
2676  */
2677 void
2678 pmap_invalidate_page(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
2679 {
2680         struct invpcid_descr d;
2681         uint64_t kcr3, ucr3;
2682         uint32_t pcid;
2683
2684         if (pmap->pm_type == PT_RVI || pmap->pm_type == PT_EPT) {
2685                 pmap->pm_eptgen++;
2686                 return;
2687         }
2688         KASSERT(pmap->pm_type == PT_X86,
2689             ("pmap_invalidate_range: unknown type %d", pmap->pm_type));
2690
2691         if (pmap == kernel_pmap || pmap == PCPU_GET(curpmap)) {
2692                 invlpg(va);
2693                 if (pmap == PCPU_GET(curpmap) && pmap_pcid_enabled &&
2694                     pmap->pm_ucr3 != PMAP_NO_CR3) {
2695                         critical_enter();
2696                         pcid = pmap->pm_pcids[0].pm_pcid;
2697                         if (invpcid_works) {
2698                                 d.pcid = pcid | PMAP_PCID_USER_PT;
2699                                 d.pad = 0;
2700                                 d.addr = va;
2701                                 invpcid(&d, INVPCID_ADDR);
2702                         } else {
2703                                 kcr3 = pmap->pm_cr3 | pcid | CR3_PCID_SAVE;
2704                                 ucr3 = pmap->pm_ucr3 | pcid |
2705                                     PMAP_PCID_USER_PT | CR3_PCID_SAVE;
2706                                 pmap_pti_pcid_invlpg(ucr3, kcr3, va);
2707                         }
2708                         critical_exit();
2709                 }
2710         } else if (pmap_pcid_enabled)
2711                 pmap->pm_pcids[0].pm_gen = 0;
2712 }
2713
2714 void
2715 pmap_invalidate_range(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
2716 {
2717         struct invpcid_descr d;
2718         vm_offset_t addr;
2719         uint64_t kcr3, ucr3;
2720
2721         if (pmap->pm_type == PT_RVI || pmap->pm_type == PT_EPT) {
2722                 pmap->pm_eptgen++;
2723                 return;
2724         }
2725         KASSERT(pmap->pm_type == PT_X86,
2726             ("pmap_invalidate_range: unknown type %d", pmap->pm_type));
2727
2728         if (pmap == kernel_pmap || pmap == PCPU_GET(curpmap)) {
2729                 for (addr = sva; addr < eva; addr += PAGE_SIZE)
2730                         invlpg(addr);
2731                 if (pmap == PCPU_GET(curpmap) && pmap_pcid_enabled &&
2732                     pmap->pm_ucr3 != PMAP_NO_CR3) {
2733                         critical_enter();
2734                         if (invpcid_works) {
2735                                 d.pcid = pmap->pm_pcids[0].pm_pcid |
2736                                     PMAP_PCID_USER_PT;
2737                                 d.pad = 0;
2738                                 d.addr = sva;
2739                                 for (; d.addr < eva; d.addr += PAGE_SIZE)
2740                                         invpcid(&d, INVPCID_ADDR);
2741                         } else {
2742                                 kcr3 = pmap->pm_cr3 | pmap->pm_pcids[0].
2743                                     pm_pcid | CR3_PCID_SAVE;
2744                                 ucr3 = pmap->pm_ucr3 | pmap->pm_pcids[0].
2745                                     pm_pcid | PMAP_PCID_USER_PT | CR3_PCID_SAVE;
2746                                 pmap_pti_pcid_invlrng(ucr3, kcr3, sva, eva);
2747                         }
2748                         critical_exit();
2749                 }
2750         } else if (pmap_pcid_enabled) {
2751                 pmap->pm_pcids[0].pm_gen = 0;
2752         }
2753 }
2754
2755 void
2756 pmap_invalidate_all(pmap_t pmap)
2757 {
2758         struct invpcid_descr d;
2759         uint64_t kcr3, ucr3;
2760
2761         if (pmap->pm_type == PT_RVI || pmap->pm_type == PT_EPT) {
2762                 pmap->pm_eptgen++;
2763                 return;
2764         }
2765         KASSERT(pmap->pm_type == PT_X86,
2766             ("pmap_invalidate_all: unknown type %d", pmap->pm_type));
2767
2768         if (pmap == kernel_pmap) {
2769                 if (pmap_pcid_enabled && invpcid_works) {
2770                         bzero(&d, sizeof(d));
2771                         invpcid(&d, INVPCID_CTXGLOB);
2772                 } else {
2773                         invltlb_glob();
2774                 }
2775         } else if (pmap == PCPU_GET(curpmap)) {
2776                 if (pmap_pcid_enabled) {
2777                         critical_enter();
2778                         if (invpcid_works) {
2779                                 d.pcid = pmap->pm_pcids[0].pm_pcid;
2780                                 d.pad = 0;
2781                                 d.addr = 0;
2782                                 invpcid(&d, INVPCID_CTX);
2783                                 if (pmap->pm_ucr3 != PMAP_NO_CR3) {
2784                                         d.pcid |= PMAP_PCID_USER_PT;
2785                                         invpcid(&d, INVPCID_CTX);
2786                                 }
2787                         } else {
2788                                 kcr3 = pmap->pm_cr3 | pmap->pm_pcids[0].pm_pcid;
2789                                 if (pmap->pm_ucr3 != PMAP_NO_CR3) {
2790                                         ucr3 = pmap->pm_ucr3 | pmap->pm_pcids[
2791                                             0].pm_pcid | PMAP_PCID_USER_PT;
2792                                         pmap_pti_pcid_invalidate(ucr3, kcr3);
2793                                 } else
2794                                         load_cr3(kcr3);
2795                         }
2796                         critical_exit();
2797                 } else {
2798                         invltlb();
2799                 }
2800         } else if (pmap_pcid_enabled) {
2801                 pmap->pm_pcids[0].pm_gen = 0;
2802         }
2803 }
2804
2805 PMAP_INLINE void
2806 pmap_invalidate_cache(void)
2807 {
2808
2809         wbinvd();
2810 }
2811
2812 static void
2813 pmap_update_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t *pde, pd_entry_t newpde)
2814 {
2815
2816         pmap_update_pde_store(pmap, pde, newpde);
2817         if (pmap == kernel_pmap || pmap == PCPU_GET(curpmap))
2818                 pmap_update_pde_invalidate(pmap, va, newpde);
2819         else
2820                 pmap->pm_pcids[0].pm_gen = 0;
2821 }
2822 #endif /* !SMP */
2823
2824 static void
2825 pmap_invalidate_pde_page(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t pde)
2826 {
2827
2828         /*
2829          * When the PDE has PG_PROMOTED set, the 2MB page mapping was created
2830          * by a promotion that did not invalidate the 512 4KB page mappings
2831          * that might exist in the TLB.  Consequently, at this point, the TLB
2832          * may hold both 4KB and 2MB page mappings for the address range [va,
2833          * va + NBPDR).  Therefore, the entire range must be invalidated here.
2834          * In contrast, when PG_PROMOTED is clear, the TLB will not hold any
2835          * 4KB page mappings for the address range [va, va + NBPDR), and so a
2836          * single INVLPG suffices to invalidate the 2MB page mapping from the
2837          * TLB.
2838          */
2839         if ((pde & PG_PROMOTED) != 0)
2840                 pmap_invalidate_range(pmap, va, va + NBPDR - 1);
2841         else
2842                 pmap_invalidate_page(pmap, va);
2843 }
2844
2845 DEFINE_IFUNC(, void, pmap_invalidate_cache_range,
2846     (vm_offset_t sva, vm_offset_t eva))
2847 {
2848
2849         if ((cpu_feature & CPUID_SS) != 0)
2850                 return (pmap_invalidate_cache_range_selfsnoop);
2851         if ((cpu_feature & CPUID_CLFSH) != 0)
2852                 return (pmap_force_invalidate_cache_range);
2853         return (pmap_invalidate_cache_range_all);
2854 }
2855
2856 #define PMAP_CLFLUSH_THRESHOLD   (2 * 1024 * 1024)
2857
2858 static void
2859 pmap_invalidate_cache_range_check_align(vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
2860 {
2861
2862         KASSERT((sva & PAGE_MASK) == 0,
2863             ("pmap_invalidate_cache_range: sva not page-aligned"));
2864         KASSERT((eva & PAGE_MASK) == 0,
2865             ("pmap_invalidate_cache_range: eva not page-aligned"));
2866 }
2867
2868 static void
2869 pmap_invalidate_cache_range_selfsnoop(vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
2870 {
2871
2872         pmap_invalidate_cache_range_check_align(sva, eva);
2873 }
2874
2875 void
2876 pmap_force_invalidate_cache_range(vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
2877 {
2878
2879         sva &= ~(vm_offset_t)(cpu_clflush_line_size - 1);
2880
2881         /*
2882          * XXX: Some CPUs fault, hang, or trash the local APIC
2883          * registers if we use CLFLUSH on the local APIC range.  The
2884          * local APIC is always uncached, so we don't need to flush
2885          * for that range anyway.
2886          */
2887         if (pmap_kextract(sva) == lapic_paddr)
2888                 return;
2889
2890         if ((cpu_stdext_feature & CPUID_STDEXT_CLFLUSHOPT) != 0) {
2891                 /*
2892                  * Do per-cache line flush.  Use the sfence
2893                  * instruction to insure that previous stores are
2894                  * included in the write-back.  The processor
2895                  * propagates flush to other processors in the cache
2896                  * coherence domain.
2897                  */
2898                 sfence();
2899                 for (; sva < eva; sva += cpu_clflush_line_size)
2900                         clflushopt(sva);
2901                 sfence();
2902         } else {
2903                 /*
2904                  * Writes are ordered by CLFLUSH on Intel CPUs.
2905                  */
2906                 if (cpu_vendor_id != CPU_VENDOR_INTEL)
2907                         mfence();
2908                 for (; sva < eva; sva += cpu_clflush_line_size)
2909                         clflush(sva);
2910                 if (cpu_vendor_id != CPU_VENDOR_INTEL)
2911                         mfence();
2912         }
2913 }
2914
2915 static void
2916 pmap_invalidate_cache_range_all(vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
2917 {
2918
2919         pmap_invalidate_cache_range_check_align(sva, eva);
2920         pmap_invalidate_cache();
2921 }
2922
2923 /*
2924  * Remove the specified set of pages from the data and instruction caches.
2925  *
2926  * In contrast to pmap_invalidate_cache_range(), this function does not
2927  * rely on the CPU's self-snoop feature, because it is intended for use
2928  * when moving pages into a different cache domain.
2929  */
2930 void
2931 pmap_invalidate_cache_pages(vm_page_t *pages, int count)
2932 {
2933         vm_offset_t daddr, eva;
2934         int i;
2935         bool useclflushopt;
2936
2937         useclflushopt = (cpu_stdext_feature & CPUID_STDEXT_CLFLUSHOPT) != 0;
2938         if (count >= PMAP_CLFLUSH_THRESHOLD / PAGE_SIZE ||
2939             ((cpu_feature & CPUID_CLFSH) == 0 && !useclflushopt))
2940                 pmap_invalidate_cache();
2941         else {
2942                 if (useclflushopt)
2943                         sfence();
2944                 else if (cpu_vendor_id != CPU_VENDOR_INTEL)
2945                         mfence();
2946                 for (i = 0; i < count; i++) {
2947                         daddr = PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(pages[i]));
2948                         eva = daddr + PAGE_SIZE;
2949                         for (; daddr < eva; daddr += cpu_clflush_line_size) {
2950                                 if (useclflushopt)
2951                                         clflushopt(daddr);
2952                                 else
2953                                         clflush(daddr);
2954                         }
2955                 }
2956                 if (useclflushopt)
2957                         sfence();
2958                 else if (cpu_vendor_id != CPU_VENDOR_INTEL)
2959                         mfence();
2960         }
2961 }
2962
2963 void
2964 pmap_flush_cache_range(vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
2965 {
2966
2967         pmap_invalidate_cache_range_check_align(sva, eva);
2968
2969         if ((cpu_stdext_feature & CPUID_STDEXT_CLWB) == 0) {
2970                 pmap_force_invalidate_cache_range(sva, eva);
2971                 return;
2972         }
2973
2974         /* See comment in pmap_force_invalidate_cache_range(). */
2975         if (pmap_kextract(sva) == lapic_paddr)
2976                 return;
2977
2978         sfence();
2979         for (; sva < eva; sva += cpu_clflush_line_size)
2980                 clwb(sva);
2981         sfence();
2982 }
2983
2984 void
2985 pmap_flush_cache_phys_range(vm_paddr_t spa, vm_paddr_t epa, vm_memattr_t mattr)
2986 {
2987         pt_entry_t *pte;
2988         vm_offset_t vaddr;
2989         int error, pte_bits;
2990
2991         KASSERT((spa & PAGE_MASK) == 0,
2992             ("pmap_flush_cache_phys_range: spa not page-aligned"));
2993         KASSERT((epa & PAGE_MASK) == 0,
2994             ("pmap_flush_cache_phys_range: epa not page-aligned"));
2995
2996         if (spa < dmaplimit) {
2997                 pmap_flush_cache_range(PHYS_TO_DMAP(spa), PHYS_TO_DMAP(MIN(
2998                     dmaplimit, epa)));
2999                 if (dmaplimit >= epa)
3000                         return;
3001                 spa = dmaplimit;
3002         }
3003
3004         pte_bits = pmap_cache_bits(kernel_pmap, mattr, 0) | X86_PG_RW |
3005             X86_PG_V;
3006         error = vmem_alloc(kernel_arena, PAGE_SIZE, M_BESTFIT | M_WAITOK,
3007             &vaddr);
3008         KASSERT(error == 0, ("vmem_alloc failed: %d", error));
3009         pte = vtopte(vaddr);
3010         for (; spa < epa; spa += PAGE_SIZE) {
3011                 sched_pin();
3012                 pte_store(pte, spa | pte_bits);
3013                 invlpg(vaddr);
3014                 /* XXXKIB sfences inside flush_cache_range are excessive */
3015                 pmap_flush_cache_range(vaddr, vaddr + PAGE_SIZE);
3016                 sched_unpin();
3017         }
3018         vmem_free(kernel_arena, vaddr, PAGE_SIZE);
3019 }
3020
3021 /*
3022  *      Routine:        pmap_extract
3023  *      Function:
3024  *              Extract the physical page address associated
3025  *              with the given map/virtual_address pair.
3026  */
3027 vm_paddr_t 
3028 pmap_extract(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
3029 {
3030         pdp_entry_t *pdpe;
3031         pd_entry_t *pde;
3032         pt_entry_t *pte, PG_V;
3033         vm_paddr_t pa;
3034
3035         pa = 0;
3036         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
3037         PMAP_LOCK(pmap);
3038         pdpe = pmap_pdpe(pmap, va);
3039         if (pdpe != NULL && (*pdpe & PG_V) != 0) {
3040                 if ((*pdpe & PG_PS) != 0)
3041                         pa = (*pdpe & PG_PS_FRAME) | (va & PDPMASK);
3042                 else {
3043                         pde = pmap_pdpe_to_pde(pdpe, va);
3044                         if ((*pde & PG_V) != 0) {
3045                                 if ((*pde & PG_PS) != 0) {
3046                                         pa = (*pde & PG_PS_FRAME) |
3047                                             (va & PDRMASK);
3048                                 } else {
3049                                         pte = pmap_pde_to_pte(pde, va);
3050                                         pa = (*pte & PG_FRAME) |
3051                                             (va & PAGE_MASK);
3052                                 }
3053                         }
3054                 }
3055         }
3056         PMAP_UNLOCK(pmap);
3057         return (pa);
3058 }
3059
3060 /*
3061  *      Routine:        pmap_extract_and_hold
3062  *      Function:
3063  *              Atomically extract and hold the physical page
3064  *              with the given pmap and virtual address pair
3065  *              if that mapping permits the given protection.
3066  */
3067 vm_page_t
3068 pmap_extract_and_hold(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_prot_t prot)
3069 {
3070         pd_entry_t pde, *pdep;
3071         pt_entry_t pte, PG_RW, PG_V;
3072         vm_page_t m;
3073
3074         m = NULL;
3075         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
3076         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
3077
3078         PMAP_LOCK(pmap);
3079         pdep = pmap_pde(pmap, va);
3080         if (pdep != NULL && (pde = *pdep)) {
3081                 if (pde & PG_PS) {
3082                         if ((pde & PG_RW) != 0 || (prot & VM_PROT_WRITE) == 0)
3083                                 m = PHYS_TO_VM_PAGE((pde & PG_PS_FRAME) |
3084                                     (va & PDRMASK));
3085                 } else {
3086                         pte = *pmap_pde_to_pte(pdep, va);
3087                         if ((pte & PG_V) != 0 &&
3088                             ((pte & PG_RW) != 0 || (prot & VM_PROT_WRITE) == 0))
3089                                 m = PHYS_TO_VM_PAGE(pte & PG_FRAME);
3090                 }
3091                 if (m != NULL && !vm_page_wire_mapped(m))
3092                         m = NULL;
3093         }
3094         PMAP_UNLOCK(pmap);
3095         return (m);
3096 }
3097
3098 vm_paddr_t
3099 pmap_kextract(vm_offset_t va)
3100 {
3101         pd_entry_t pde;
3102         vm_paddr_t pa;
3103
3104         if (va >= DMAP_MIN_ADDRESS && va < DMAP_MAX_ADDRESS) {
3105                 pa = DMAP_TO_PHYS(va);
3106         } else if (PMAP_ADDRESS_IN_LARGEMAP(va)) {
3107                 pa = pmap_large_map_kextract(va);
3108         } else {
3109                 pde = *vtopde(va);
3110                 if (pde & PG_PS) {
3111                         pa = (pde & PG_PS_FRAME) | (va & PDRMASK);
3112                 } else {
3113                         /*
3114                          * Beware of a concurrent promotion that changes the
3115                          * PDE at this point!  For example, vtopte() must not
3116                          * be used to access the PTE because it would use the
3117                          * new PDE.  It is, however, safe to use the old PDE
3118                          * because the page table page is preserved by the
3119                          * promotion.
3120                          */
3121                         pa = *pmap_pde_to_pte(&pde, va);
3122                         pa = (pa & PG_FRAME) | (va & PAGE_MASK);
3123                 }
3124         }
3125         return (pa);
3126 }
3127
3128 /***************************************************
3129  * Low level mapping routines.....
3130  ***************************************************/
3131
3132 /*
3133  * Add a wired page to the kva.
3134  * Note: not SMP coherent.
3135  */
3136 PMAP_INLINE void 
3137 pmap_kenter(vm_offset_t va, vm_paddr_t pa)
3138 {
3139         pt_entry_t *pte;
3140
3141         pte = vtopte(va);
3142         pte_store(pte, pa | X86_PG_RW | X86_PG_V | pg_g | pg_nx);
3143 }
3144
3145 static __inline void
3146 pmap_kenter_attr(vm_offset_t va, vm_paddr_t pa, int mode)
3147 {
3148         pt_entry_t *pte;
3149         int cache_bits;
3150
3151         pte = vtopte(va);
3152         cache_bits = pmap_cache_bits(kernel_pmap, mode, 0);
3153         pte_store(pte, pa | X86_PG_RW | X86_PG_V | pg_g | pg_nx | cache_bits);
3154 }
3155
3156 /*
3157  * Remove a page from the kernel pagetables.
3158  * Note: not SMP coherent.
3159  */
3160 PMAP_INLINE void
3161 pmap_kremove(vm_offset_t va)
3162 {
3163         pt_entry_t *pte;
3164
3165         pte = vtopte(va);
3166         pte_clear(pte);
3167 }
3168
3169 /*
3170  *      Used to map a range of physical addresses into kernel
3171  *      virtual address space.
3172  *
3173  *      The value passed in '*virt' is a suggested virtual address for
3174  *      the mapping. Architectures which can support a direct-mapped
3175  *      physical to virtual region can return the appropriate address
3176  *      within that region, leaving '*virt' unchanged. Other
3177  *      architectures should map the pages starting at '*virt' and
3178  *      update '*virt' with the first usable address after the mapped
3179  *      region.
3180  */
3181 vm_offset_t
3182 pmap_map(vm_offset_t *virt, vm_paddr_t start, vm_paddr_t end, int prot)
3183 {
3184         return PHYS_TO_DMAP(start);
3185 }
3186
3187
3188 /*
3189  * Add a list of wired pages to the kva
3190  * this routine is only used for temporary
3191  * kernel mappings that do not need to have
3192  * page modification or references recorded.
3193  * Note that old mappings are simply written
3194  * over.  The page *must* be wired.
3195  * Note: SMP coherent.  Uses a ranged shootdown IPI.
3196  */
3197 void
3198 pmap_qenter(vm_offset_t sva, vm_page_t *ma, int count)
3199 {
3200         pt_entry_t *endpte, oldpte, pa, *pte;
3201         vm_page_t m;
3202         int cache_bits;
3203
3204         oldpte = 0;
3205         pte = vtopte(sva);
3206         endpte = pte + count;
3207         while (pte < endpte) {
3208                 m = *ma++;
3209                 cache_bits = pmap_cache_bits(kernel_pmap, m->md.pat_mode, 0);
3210                 pa = VM_PAGE_TO_PHYS(m) | cache_bits;
3211                 if ((*pte & (PG_FRAME | X86_PG_PTE_CACHE)) != pa) {
3212                         oldpte |= *pte;
3213                         pte_store(pte, pa | pg_g | pg_nx | X86_PG_RW | X86_PG_V);
3214                 }
3215                 pte++;
3216         }
3217         if (__predict_false((oldpte & X86_PG_V) != 0))
3218                 pmap_invalidate_range(kernel_pmap, sva, sva + count *
3219                     PAGE_SIZE);
3220 }
3221
3222 /*
3223  * This routine tears out page mappings from the
3224  * kernel -- it is meant only for temporary mappings.
3225  * Note: SMP coherent.  Uses a ranged shootdown IPI.
3226  */
3227 void
3228 pmap_qremove(vm_offset_t sva, int count)
3229 {
3230         vm_offset_t va;
3231
3232         va = sva;
3233         while (count-- > 0) {
3234                 KASSERT(va >= VM_MIN_KERNEL_ADDRESS, ("usermode va %lx", va));
3235                 pmap_kremove(va);
3236                 va += PAGE_SIZE;
3237         }
3238         pmap_invalidate_range(kernel_pmap, sva, va);
3239 }
3240
3241 /***************************************************
3242  * Page table page management routines.....
3243  ***************************************************/
3244 /*
3245  * Schedule the specified unused page table page to be freed.  Specifically,
3246  * add the page to the specified list of pages that will be released to the
3247  * physical memory manager after the TLB has been updated.
3248  */
3249 static __inline void
3250 pmap_add_delayed_free_list(vm_page_t m, struct spglist *free,
3251     boolean_t set_PG_ZERO)
3252 {
3253
3254         if (set_PG_ZERO)
3255                 m->flags |= PG_ZERO;
3256         else
3257                 m->flags &= ~PG_ZERO;
3258         SLIST_INSERT_HEAD(free, m, plinks.s.ss);
3259 }
3260         
3261 /*
3262  * Inserts the specified page table page into the specified pmap's collection
3263  * of idle page table pages.  Each of a pmap's page table pages is responsible
3264  * for mapping a distinct range of virtual addresses.  The pmap's collection is
3265  * ordered by this virtual address range.
3266  *
3267  * If "promoted" is false, then the page table page "mpte" must be zero filled.
3268  */
3269 static __inline int
3270 pmap_insert_pt_page(pmap_t pmap, vm_page_t mpte, bool promoted)
3271 {
3272
3273         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
3274         mpte->valid = promoted ? VM_PAGE_BITS_ALL : 0;
3275         return (vm_radix_insert(&pmap->pm_root, mpte));
3276 }
3277
3278 /*
3279  * Removes the page table page mapping the specified virtual address from the
3280  * specified pmap's collection of idle page table pages, and returns it.
3281  * Otherwise, returns NULL if there is no page table page corresponding to the
3282  * specified virtual address.
3283  */
3284 static __inline vm_page_t
3285 pmap_remove_pt_page(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
3286 {
3287
3288         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
3289         return (vm_radix_remove(&pmap->pm_root, pmap_pde_pindex(va)));
3290 }
3291
3292 /*
3293  * Decrements a page table page's reference count, which is used to record the
3294  * number of valid page table entries within the page.  If the reference count
3295  * drops to zero, then the page table page is unmapped.  Returns TRUE if the
3296  * page table page was unmapped and FALSE otherwise.
3297  */
3298 static inline boolean_t
3299 pmap_unwire_ptp(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m, struct spglist *free)
3300 {
3301
3302         --m->ref_count;
3303         if (m->ref_count == 0) {
3304                 _pmap_unwire_ptp(pmap, va, m, free);
3305                 return (TRUE);
3306         } else
3307                 return (FALSE);
3308 }
3309
3310 static void
3311 _pmap_unwire_ptp(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m, struct spglist *free)
3312 {
3313
3314         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
3315         /*
3316          * unmap the page table page
3317          */
3318         if (m->pindex >= (NUPDE + NUPDPE)) {
3319                 /* PDP page */
3320                 pml4_entry_t *pml4;
3321                 pml4 = pmap_pml4e(pmap, va);
3322                 *pml4 = 0;
3323                 if (pmap->pm_pml4u != NULL && va <= VM_MAXUSER_ADDRESS) {
3324                         pml4 = &pmap->pm_pml4u[pmap_pml4e_index(va)];
3325                         *pml4 = 0;
3326                 }
3327         } else if (m->pindex >= NUPDE) {
3328                 /* PD page */
3329                 pdp_entry_t *pdp;
3330                 pdp = pmap_pdpe(pmap, va);
3331                 *pdp = 0;
3332         } else {
3333                 /* PTE page */
3334                 pd_entry_t *pd;
3335                 pd = pmap_pde(pmap, va);
3336                 *pd = 0;
3337         }
3338         pmap_resident_count_dec(pmap, 1);
3339         if (m->pindex < NUPDE) {
3340                 /* We just released a PT, unhold the matching PD */
3341                 vm_page_t pdpg;
3342
3343                 pdpg = PHYS_TO_VM_PAGE(*pmap_pdpe(pmap, va) & PG_FRAME);
3344                 pmap_unwire_ptp(pmap, va, pdpg, free);
3345         }
3346         if (m->pindex >= NUPDE && m->pindex < (NUPDE + NUPDPE)) {
3347                 /* We just released a PD, unhold the matching PDP */
3348                 vm_page_t pdppg;
3349
3350                 pdppg = PHYS_TO_VM_PAGE(*pmap_pml4e(pmap, va) & PG_FRAME);
3351                 pmap_unwire_ptp(pmap, va, pdppg, free);
3352         }
3353
3354         /* 
3355          * Put page on a list so that it is released after
3356          * *ALL* TLB shootdown is done
3357          */
3358         pmap_add_delayed_free_list(m, free, TRUE);
3359 }
3360
3361 /*
3362  * After removing a page table entry, this routine is used to
3363  * conditionally free the page, and manage the reference count.
3364  */
3365 static int
3366 pmap_unuse_pt(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t ptepde,
3367     struct spglist *free)
3368 {
3369         vm_page_t mpte;
3370
3371         if (va >= VM_MAXUSER_ADDRESS)
3372                 return (0);
3373         KASSERT(ptepde != 0, ("pmap_unuse_pt: ptepde != 0"));
3374         mpte = PHYS_TO_VM_PAGE(ptepde & PG_FRAME);
3375         return (pmap_unwire_ptp(pmap, va, mpte, free));
3376 }
3377
3378 void
3379 pmap_pinit0(pmap_t pmap)
3380 {
3381         struct proc *p;
3382         struct thread *td;
3383         int i;
3384
3385         PMAP_LOCK_INIT(pmap);
3386         pmap->pm_pml4 = (pml4_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(KPML4phys);
3387         pmap->pm_pml4u = NULL;
3388         pmap->pm_cr3 = KPML4phys;
3389         /* hack to keep pmap_pti_pcid_invalidate() alive */
3390         pmap->pm_ucr3 = PMAP_NO_CR3;
3391         pmap->pm_root.rt_root = 0;
3392         CPU_ZERO(&pmap->pm_active);
3393         TAILQ_INIT(&pmap->pm_pvchunk);
3394         bzero(&pmap->pm_stats, sizeof pmap->pm_stats);
3395         pmap->pm_flags = pmap_flags;
3396         CPU_FOREACH(i) {
3397                 pmap->pm_pcids[i].pm_pcid = PMAP_PCID_KERN + 1;
3398                 pmap->pm_pcids[i].pm_gen = 1;
3399         }
3400         pmap_activate_boot(pmap);
3401         td = curthread;
3402         if (pti) {
3403                 p = td->td_proc;
3404                 PROC_LOCK(p);
3405                 p->p_md.md_flags |= P_MD_KPTI;
3406                 PROC_UNLOCK(p);
3407         }
3408         pmap_thread_init_invl_gen(td);
3409
3410         if ((cpu_stdext_feature2 & CPUID_STDEXT2_PKU) != 0) {
3411                 pmap_pkru_ranges_zone = uma_zcreate("pkru ranges",
3412                     sizeof(struct pmap_pkru_range), NULL, NULL, NULL, NULL,
3413                     UMA_ALIGN_PTR, 0);
3414         }
3415 }
3416
3417 void
3418 pmap_pinit_pml4(vm_page_t pml4pg)
3419 {
3420         pml4_entry_t *pm_pml4;
3421         int i;
3422
3423         pm_pml4 = (pml4_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(pml4pg));
3424
3425         /* Wire in kernel global address entries. */
3426         for (i = 0; i < NKPML4E; i++) {
3427                 pm_pml4[KPML4BASE + i] = (KPDPphys + ptoa(i)) | X86_PG_RW |
3428                     X86_PG_V;
3429         }
3430         for (i = 0; i < ndmpdpphys; i++) {
3431                 pm_pml4[DMPML4I + i] = (DMPDPphys + ptoa(i)) | X86_PG_RW |
3432                     X86_PG_V;
3433         }
3434
3435         /* install self-referential address mapping entry(s) */
3436         pm_pml4[PML4PML4I] = VM_PAGE_TO_PHYS(pml4pg) | X86_PG_V | X86_PG_RW |
3437             X86_PG_A | X86_PG_M;
3438
3439         /* install large map entries if configured */
3440         for (i = 0; i < lm_ents; i++)
3441                 pm_pml4[LMSPML4I + i] = kernel_pmap->pm_pml4[LMSPML4I + i];
3442 }
3443
3444 static void
3445 pmap_pinit_pml4_pti(vm_page_t pml4pg)
3446 {
3447         pml4_entry_t *pm_pml4;
3448         int i;
3449
3450         pm_pml4 = (pml4_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(pml4pg));
3451         for (i = 0; i < NPML4EPG; i++)
3452                 pm_pml4[i] = pti_pml4[i];
3453 }
3454
3455 /*
3456  * Initialize a preallocated and zeroed pmap structure,
3457  * such as one in a vmspace structure.
3458  */
3459 int
3460 pmap_pinit_type(pmap_t pmap, enum pmap_type pm_type, int flags)
3461 {
3462         vm_page_t pml4pg, pml4pgu;
3463         vm_paddr_t pml4phys;
3464         int i;
3465
3466         /*
3467          * allocate the page directory page
3468          */
3469         pml4pg = vm_page_alloc(NULL, 0, VM_ALLOC_NORMAL | VM_ALLOC_NOOBJ |
3470             VM_ALLOC_WIRED | VM_ALLOC_ZERO | VM_ALLOC_WAITOK);
3471
3472         pml4phys = VM_PAGE_TO_PHYS(pml4pg);
3473         pmap->pm_pml4 = (pml4_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(pml4phys);
3474         CPU_FOREACH(i) {
3475                 pmap->pm_pcids[i].pm_pcid = PMAP_PCID_NONE;
3476                 pmap->pm_pcids[i].pm_gen = 0;
3477         }
3478         pmap->pm_cr3 = PMAP_NO_CR3;     /* initialize to an invalid value */
3479         pmap->pm_ucr3 = PMAP_NO_CR3;
3480         pmap->pm_pml4u = NULL;
3481
3482         pmap->pm_type = pm_type;
3483         if ((pml4pg->flags & PG_ZERO) == 0)
3484                 pagezero(pmap->pm_pml4);
3485
3486         /*
3487          * Do not install the host kernel mappings in the nested page
3488          * tables. These mappings are meaningless in the guest physical
3489          * address space.
3490          * Install minimal kernel mappings in PTI case.
3491          */
3492         if (pm_type == PT_X86) {
3493                 pmap->pm_cr3 = pml4phys;
3494                 pmap_pinit_pml4(pml4pg);
3495                 if ((curproc->p_md.md_flags & P_MD_KPTI) != 0) {
3496                         pml4pgu = vm_page_alloc(NULL, 0, VM_ALLOC_NORMAL |
3497                             VM_ALLOC_NOOBJ | VM_ALLOC_WIRED | VM_ALLOC_WAITOK);
3498                         pmap->pm_pml4u = (pml4_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(
3499                             VM_PAGE_TO_PHYS(pml4pgu));
3500                         pmap_pinit_pml4_pti(pml4pgu);
3501                         pmap->pm_ucr3 = VM_PAGE_TO_PHYS(pml4pgu);
3502                 }
3503                 if ((cpu_stdext_feature2 & CPUID_STDEXT2_PKU) != 0) {
3504                         rangeset_init(&pmap->pm_pkru, pkru_dup_range,
3505                             pkru_free_range, pmap, M_NOWAIT);
3506                 }
3507         }
3508
3509         pmap->pm_root.rt_root = 0;
3510         CPU_ZERO(&pmap->pm_active);
3511         TAILQ_INIT(&pmap->pm_pvchunk);
3512         bzero(&pmap->pm_stats, sizeof pmap->pm_stats);
3513         pmap->pm_flags = flags;
3514         pmap->pm_eptgen = 0;
3515
3516         return (1);
3517 }
3518
3519 int
3520 pmap_pinit(pmap_t pmap)
3521 {
3522
3523         return (pmap_pinit_type(pmap, PT_X86, pmap_flags));
3524 }
3525
3526 /*
3527  * This routine is called if the desired page table page does not exist.
3528  *
3529  * If page table page allocation fails, this routine may sleep before
3530  * returning NULL.  It sleeps only if a lock pointer was given.
3531  *
3532  * Note: If a page allocation fails at page table level two or three,
3533  * one or two pages may be held during the wait, only to be released
3534  * afterwards.  This conservative approach is easily argued to avoid
3535  * race conditions.
3536  */
3537 static vm_page_t
3538 _pmap_allocpte(pmap_t pmap, vm_pindex_t ptepindex, struct rwlock **lockp)
3539 {
3540         vm_page_t m, pdppg, pdpg;
3541         pt_entry_t PG_A, PG_M, PG_RW, PG_V;
3542
3543         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
3544
3545         PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
3546         PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
3547         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
3548         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
3549
3550         /*
3551          * Allocate a page table page.
3552          */
3553         if ((m = vm_page_alloc(NULL, ptepindex, VM_ALLOC_NOOBJ |
3554             VM_ALLOC_WIRED | VM_ALLOC_ZERO)) == NULL) {
3555                 if (lockp != NULL) {
3556                         RELEASE_PV_LIST_LOCK(lockp);
3557                         PMAP_UNLOCK(pmap);
3558                         PMAP_ASSERT_NOT_IN_DI();
3559                         vm_wait(NULL);
3560                         PMAP_LOCK(pmap);
3561                 }
3562
3563                 /*
3564                  * Indicate the need to retry.  While waiting, the page table
3565                  * page may have been allocated.
3566                  */
3567                 return (NULL);
3568         }
3569         if ((m->flags & PG_ZERO) == 0)
3570                 pmap_zero_page(m);
3571
3572         /*
3573          * Map the pagetable page into the process address space, if
3574          * it isn't already there.
3575          */
3576
3577         if (ptepindex >= (NUPDE + NUPDPE)) {
3578                 pml4_entry_t *pml4, *pml4u;
3579                 vm_pindex_t pml4index;
3580
3581                 /* Wire up a new PDPE page */
3582                 pml4index = ptepindex - (NUPDE + NUPDPE);
3583                 pml4 = &pmap->pm_pml4[pml4index];
3584                 *pml4 = VM_PAGE_TO_PHYS(m) | PG_U | PG_RW | PG_V | PG_A | PG_M;
3585                 if (pmap->pm_pml4u != NULL && pml4index < NUPML4E) {
3586                         /*
3587                          * PTI: Make all user-space mappings in the
3588                          * kernel-mode page table no-execute so that
3589                          * we detect any programming errors that leave
3590                          * the kernel-mode page table active on return
3591                          * to user space.
3592                          */
3593                         if (pmap->pm_ucr3 != PMAP_NO_CR3)
3594                                 *pml4 |= pg_nx;
3595
3596                         pml4u = &pmap->pm_pml4u[pml4index];
3597                         *pml4u = VM_PAGE_TO_PHYS(m) | PG_U | PG_RW | PG_V |
3598                             PG_A | PG_M;
3599                 }
3600
3601         } else if (ptepindex >= NUPDE) {
3602                 vm_pindex_t pml4index;
3603                 vm_pindex_t pdpindex;
3604                 pml4_entry_t *pml4;
3605                 pdp_entry_t *pdp;
3606
3607                 /* Wire up a new PDE page */
3608                 pdpindex = ptepindex - NUPDE;
3609                 pml4index = pdpindex >> NPML4EPGSHIFT;
3610
3611                 pml4 = &pmap->pm_pml4[pml4index];
3612                 if ((*pml4 & PG_V) == 0) {
3613                         /* Have to allocate a new pdp, recurse */
3614                         if (_pmap_allocpte(pmap, NUPDE + NUPDPE + pml4index,
3615                             lockp) == NULL) {
3616                                 vm_page_unwire_noq(m);
3617                                 vm_page_free_zero(m);
3618                                 return (NULL);
3619                         }
3620                 } else {
3621                         /* Add reference to pdp page */
3622                         pdppg = PHYS_TO_VM_PAGE(*pml4 & PG_FRAME);
3623                         pdppg->ref_count++;
3624                 }
3625                 pdp = (pdp_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(*pml4 & PG_FRAME);
3626
3627                 /* Now find the pdp page */
3628                 pdp = &pdp[pdpindex & ((1ul << NPDPEPGSHIFT) - 1)];
3629                 *pdp = VM_PAGE_TO_PHYS(m) | PG_U | PG_RW | PG_V | PG_A | PG_M;
3630
3631         } else {
3632                 vm_pindex_t pml4index;
3633                 vm_pindex_t pdpindex;
3634                 pml4_entry_t *pml4;
3635                 pdp_entry_t *pdp;
3636                 pd_entry_t *pd;
3637
3638                 /* Wire up a new PTE page */
3639                 pdpindex = ptepindex >> NPDPEPGSHIFT;
3640                 pml4index = pdpindex >> NPML4EPGSHIFT;
3641
3642                 /* First, find the pdp and check that its valid. */
3643                 pml4 = &pmap->pm_pml4[pml4index];
3644                 if ((*pml4 & PG_V) == 0) {
3645                         /* Have to allocate a new pd, recurse */
3646                         if (_pmap_allocpte(pmap, NUPDE + pdpindex,
3647                             lockp) == NULL) {
3648                                 vm_page_unwire_noq(m);
3649                                 vm_page_free_zero(m);
3650                                 return (NULL);
3651                         }
3652                         pdp = (pdp_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(*pml4 & PG_FRAME);
3653                         pdp = &pdp[pdpindex & ((1ul << NPDPEPGSHIFT) - 1)];
3654                 } else {
3655                         pdp = (pdp_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(*pml4 & PG_FRAME);
3656                         pdp = &pdp[pdpindex & ((1ul << NPDPEPGSHIFT) - 1)];
3657                         if ((*pdp & PG_V) == 0) {
3658                                 /* Have to allocate a new pd, recurse */
3659                                 if (_pmap_allocpte(pmap, NUPDE + pdpindex,
3660                                     lockp) == NULL) {
3661                                         vm_page_unwire_noq(m);
3662                                         vm_page_free_zero(m);
3663                                         return (NULL);
3664                                 }
3665                         } else {
3666                                 /* Add reference to the pd page */
3667                                 pdpg = PHYS_TO_VM_PAGE(*pdp & PG_FRAME);
3668                                 pdpg->ref_count++;
3669                         }
3670                 }
3671                 pd = (pd_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(*pdp & PG_FRAME);
3672
3673                 /* Now we know where the page directory page is */
3674                 pd = &pd[ptepindex & ((1ul << NPDEPGSHIFT) - 1)];
3675                 *pd = VM_PAGE_TO_PHYS(m) | PG_U | PG_RW | PG_V | PG_A | PG_M;
3676         }
3677
3678         pmap_resident_count_inc(pmap, 1);
3679
3680         return (m);
3681 }
3682
3683 static vm_page_t
3684 pmap_allocpde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, struct rwlock **lockp)
3685 {
3686         vm_pindex_t pdpindex, ptepindex;
3687         pdp_entry_t *pdpe, PG_V;
3688         vm_page_t pdpg;
3689
3690         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
3691
3692 retry:
3693         pdpe = pmap_pdpe(pmap, va);
3694         if (pdpe != NULL && (*pdpe & PG_V) != 0) {
3695                 /* Add a reference to the pd page. */
3696                 pdpg = PHYS_TO_VM_PAGE(*pdpe & PG_FRAME);
3697                 pdpg->ref_count++;
3698         } else {
3699                 /* Allocate a pd page. */
3700                 ptepindex = pmap_pde_pindex(va);
3701                 pdpindex = ptepindex >> NPDPEPGSHIFT;
3702                 pdpg = _pmap_allocpte(pmap, NUPDE + pdpindex, lockp);
3703                 if (pdpg == NULL && lockp != NULL)
3704                         goto retry;
3705         }
3706         return (pdpg);
3707 }
3708
3709 static vm_page_t
3710 pmap_allocpte(pmap_t pmap, vm_offset_t va, struct rwlock **lockp)
3711 {
3712         vm_pindex_t ptepindex;
3713         pd_entry_t *pd, PG_V;
3714         vm_page_t m;
3715
3716         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
3717
3718         /*
3719          * Calculate pagetable page index
3720          */
3721         ptepindex = pmap_pde_pindex(va);
3722 retry:
3723         /*
3724          * Get the page directory entry
3725          */
3726         pd = pmap_pde(pmap, va);
3727
3728         /*
3729          * This supports switching from a 2MB page to a
3730          * normal 4K page.
3731          */
3732         if (pd != NULL && (*pd & (PG_PS | PG_V)) == (PG_PS | PG_V)) {
3733                 if (!pmap_demote_pde_locked(pmap, pd, va, lockp)) {
3734                         /*
3735                          * Invalidation of the 2MB page mapping may have caused
3736                          * the deallocation of the underlying PD page.
3737                          */
3738                         pd = NULL;
3739                 }
3740         }
3741
3742         /*
3743          * If the page table page is mapped, we just increment the
3744          * hold count, and activate it.
3745          */
3746         if (pd != NULL && (*pd & PG_V) != 0) {
3747                 m = PHYS_TO_VM_PAGE(*pd & PG_FRAME);
3748                 m->ref_count++;
3749         } else {
3750                 /*
3751                  * Here if the pte page isn't mapped, or if it has been
3752                  * deallocated.
3753                  */
3754                 m = _pmap_allocpte(pmap, ptepindex, lockp);
3755                 if (m == NULL && lockp != NULL)
3756                         goto retry;
3757         }
3758         return (m);
3759 }
3760
3761
3762 /***************************************************
3763  * Pmap allocation/deallocation routines.
3764  ***************************************************/
3765
3766 /*
3767  * Release any resources held by the given physical map.
3768  * Called when a pmap initialized by pmap_pinit is being released.
3769  * Should only be called if the map contains no valid mappings.
3770  */
3771 void
3772 pmap_release(pmap_t pmap)
3773 {
3774         vm_page_t m;
3775         int i;
3776
3777         KASSERT(pmap->pm_stats.resident_count == 0,
3778             ("pmap_release: pmap resident count %ld != 0",
3779             pmap->pm_stats.resident_count));
3780         KASSERT(vm_radix_is_empty(&pmap->pm_root),
3781             ("pmap_release: pmap has reserved page table page(s)"));
3782         KASSERT(CPU_EMPTY(&pmap->pm_active),
3783             ("releasing active pmap %p", pmap));
3784
3785         m = PHYS_TO_VM_PAGE(DMAP_TO_PHYS((vm_offset_t)pmap->pm_pml4));
3786
3787         for (i = 0; i < NKPML4E; i++)   /* KVA */
3788                 pmap->pm_pml4[KPML4BASE + i] = 0;
3789         for (i = 0; i < ndmpdpphys; i++)/* Direct Map */
3790                 pmap->pm_pml4[DMPML4I + i] = 0;
3791         pmap->pm_pml4[PML4PML4I] = 0;   /* Recursive Mapping */
3792         for (i = 0; i < lm_ents; i++)   /* Large Map */
3793                 pmap->pm_pml4[LMSPML4I + i] = 0;
3794
3795         vm_page_unwire_noq(m);
3796         vm_page_free_zero(m);
3797
3798         if (pmap->pm_pml4u != NULL) {
3799                 m = PHYS_TO_VM_PAGE(DMAP_TO_PHYS((vm_offset_t)pmap->pm_pml4u));
3800                 vm_page_unwire_noq(m);
3801                 vm_page_free(m);
3802         }
3803         if (pmap->pm_type == PT_X86 &&
3804             (cpu_stdext_feature2 & CPUID_STDEXT2_PKU) != 0)
3805                 rangeset_fini(&pmap->pm_pkru);
3806 }
3807
3808 static int
3809 kvm_size(SYSCTL_HANDLER_ARGS)
3810 {
3811         unsigned long ksize = VM_MAX_KERNEL_ADDRESS - VM_MIN_KERNEL_ADDRESS;
3812
3813         return sysctl_handle_long(oidp, &ksize, 0, req);
3814 }
3815 SYSCTL_PROC(_vm, OID_AUTO, kvm_size, CTLTYPE_LONG|CTLFLAG_RD, 
3816     0, 0, kvm_size, "LU", "Size of KVM");
3817
3818 static int
3819 kvm_free(SYSCTL_HANDLER_ARGS)
3820 {
3821         unsigned long kfree = VM_MAX_KERNEL_ADDRESS - kernel_vm_end;
3822
3823         return sysctl_handle_long(oidp, &kfree, 0, req);
3824 }
3825 SYSCTL_PROC(_vm, OID_AUTO, kvm_free, CTLTYPE_LONG|CTLFLAG_RD, 
3826     0, 0, kvm_free, "LU", "Amount of KVM free");
3827
3828 /*
3829  * Allocate physical memory for the vm_page array and map it into KVA,
3830  * attempting to back the vm_pages with domain-local memory.
3831  */
3832 void
3833 pmap_page_array_startup(long pages)
3834 {
3835         pdp_entry_t *pdpe;
3836         pd_entry_t *pde, newpdir;
3837         vm_offset_t va, start, end;
3838         vm_paddr_t pa;
3839         long pfn;
3840         int domain, i;
3841
3842         vm_page_array_size = pages;
3843
3844         start = va = VM_MIN_KERNEL_ADDRESS;
3845         end = va + pages * sizeof(struct vm_page);
3846         while (va < end) {
3847                 pfn = first_page + (va - start) / sizeof(struct vm_page);
3848                 domain = _vm_phys_domain(ptoa(pfn));
3849                 pdpe = pmap_pdpe(kernel_pmap, va);
3850                 if ((*pdpe & X86_PG_V) == 0) {
3851                         pa = vm_phys_early_alloc(domain, PAGE_SIZE);
3852                         dump_add_page(pa);
3853                         pagezero((void *)PHYS_TO_DMAP(pa));
3854                         *pdpe = (pdp_entry_t)(pa | X86_PG_V | X86_PG_RW |
3855                             X86_PG_A | X86_PG_M);
3856                 }
3857                 pde = pmap_pdpe_to_pde(pdpe, va);
3858                 if ((*pde & X86_PG_V) != 0)
3859                         panic("Unexpected pde");
3860                 pa = vm_phys_early_alloc(domain, NBPDR);
3861                 for (i = 0; i < NPDEPG; i++)
3862                         dump_add_page(pa + i * PAGE_SIZE);
3863                 newpdir = (pd_entry_t)(pa | X86_PG_V | X86_PG_RW | X86_PG_A |
3864                     X86_PG_M | PG_PS | pg_g | pg_nx);
3865                 pde_store(pde, newpdir);
3866                 va += NBPDR;
3867         }
3868         vm_page_array = (vm_page_t)start;
3869 }
3870
3871 /*
3872  * grow the number of kernel page table entries, if needed
3873  */
3874 void
3875 pmap_growkernel(vm_offset_t addr)
3876 {
3877         vm_paddr_t paddr;
3878         vm_page_t nkpg;
3879         pd_entry_t *pde, newpdir;
3880         pdp_entry_t *pdpe;
3881
3882         mtx_assert(&kernel_map->system_mtx, MA_OWNED);
3883
3884         /*
3885          * Return if "addr" is within the range of kernel page table pages
3886          * that were preallocated during pmap bootstrap.  Moreover, leave
3887          * "kernel_vm_end" and the kernel page table as they were.
3888          *
3889          * The correctness of this action is based on the following
3890          * argument: vm_map_insert() allocates contiguous ranges of the
3891          * kernel virtual address space.  It calls this function if a range
3892          * ends after "kernel_vm_end".  If the kernel is mapped between
3893          * "kernel_vm_end" and "addr", then the range cannot begin at
3894          * "kernel_vm_end".  In fact, its beginning address cannot be less
3895          * than the kernel.  Thus, there is no immediate need to allocate
3896          * any new kernel page table pages between "kernel_vm_end" and
3897          * "KERNBASE".
3898          */
3899         if (KERNBASE < addr && addr <= KERNBASE + nkpt * NBPDR)
3900                 return;
3901
3902         addr = roundup2(addr, NBPDR);
3903         if (addr - 1 >= vm_map_max(kernel_map))
3904                 addr = vm_map_max(kernel_map);
3905         while (kernel_vm_end < addr) {
3906                 pdpe = pmap_pdpe(kernel_pmap, kernel_vm_end);
3907                 if ((*pdpe & X86_PG_V) == 0) {
3908                         /* We need a new PDP entry */
3909                         nkpg = vm_page_alloc(NULL, kernel_vm_end >> PDPSHIFT,
3910                             VM_ALLOC_INTERRUPT | VM_ALLOC_NOOBJ |
3911                             VM_ALLOC_WIRED | VM_ALLOC_ZERO);
3912                         if (nkpg == NULL)
3913                                 panic("pmap_growkernel: no memory to grow kernel");
3914                         if ((nkpg->flags & PG_ZERO) == 0)
3915                                 pmap_zero_page(nkpg);
3916                         paddr = VM_PAGE_TO_PHYS(nkpg);
3917                         *pdpe = (pdp_entry_t)(paddr | X86_PG_V | X86_PG_RW |
3918                             X86_PG_A | X86_PG_M);
3919                         continue; /* try again */
3920                 }
3921                 pde = pmap_pdpe_to_pde(pdpe, kernel_vm_end);
3922                 if ((*pde & X86_PG_V) != 0) {
3923                         kernel_vm_end = (kernel_vm_end + NBPDR) & ~PDRMASK;
3924                         if (kernel_vm_end - 1 >= vm_map_max(kernel_map)) {
3925                                 kernel_vm_end = vm_map_max(kernel_map);
3926                                 break;                       
3927                         }
3928                         continue;
3929                 }
3930
3931                 nkpg = vm_page_alloc(NULL, pmap_pde_pindex(kernel_vm_end),
3932                     VM_ALLOC_INTERRUPT | VM_ALLOC_NOOBJ | VM_ALLOC_WIRED |
3933                     VM_ALLOC_ZERO);
3934                 if (nkpg == NULL)
3935                         panic("pmap_growkernel: no memory to grow kernel");
3936                 if ((nkpg->flags & PG_ZERO) == 0)
3937                         pmap_zero_page(nkpg);
3938                 paddr = VM_PAGE_TO_PHYS(nkpg);
3939                 newpdir = paddr | X86_PG_V | X86_PG_RW | X86_PG_A | X86_PG_M;
3940                 pde_store(pde, newpdir);
3941
3942                 kernel_vm_end = (kernel_vm_end + NBPDR) & ~PDRMASK;
3943                 if (kernel_vm_end - 1 >= vm_map_max(kernel_map)) {
3944                         kernel_vm_end = vm_map_max(kernel_map);
3945                         break;                       
3946                 }
3947         }
3948 }
3949
3950
3951 /***************************************************
3952  * page management routines.
3953  ***************************************************/
3954
3955 CTASSERT(sizeof(struct pv_chunk) == PAGE_SIZE);
3956 CTASSERT(_NPCM == 3);
3957 CTASSERT(_NPCPV == 168);
3958
3959 static __inline struct pv_chunk *
3960 pv_to_chunk(pv_entry_t pv)
3961 {
3962
3963         return ((struct pv_chunk *)((uintptr_t)pv & ~(uintptr_t)PAGE_MASK));
3964 }
3965
3966 #define PV_PMAP(pv) (pv_to_chunk(pv)->pc_pmap)
3967
3968 #define PC_FREE0        0xfffffffffffffffful
3969 #define PC_FREE1        0xfffffffffffffffful
3970 #define PC_FREE2        0x000000fffffffffful
3971
3972 static const uint64_t pc_freemask[_NPCM] = { PC_FREE0, PC_FREE1, PC_FREE2 };
3973
3974 #ifdef PV_STATS
3975 static int pc_chunk_count, pc_chunk_allocs, pc_chunk_frees, pc_chunk_tryfail;
3976
3977 SYSCTL_INT(_vm_pmap, OID_AUTO, pc_chunk_count, CTLFLAG_RD, &pc_chunk_count, 0,
3978         "Current number of pv entry chunks");
3979 SYSCTL_INT(_vm_pmap, OID_AUTO, pc_chunk_allocs, CTLFLAG_RD, &pc_chunk_allocs, 0,
3980         "Current number of pv entry chunks allocated");
3981 SYSCTL_INT(_vm_pmap, OID_AUTO, pc_chunk_frees, CTLFLAG_RD, &pc_chunk_frees, 0,
3982         "Current number of pv entry chunks frees");
3983 SYSCTL_INT(_vm_pmap, OID_AUTO, pc_chunk_tryfail, CTLFLAG_RD, &pc_chunk_tryfail, 0,
3984         "Number of times tried to get a chunk page but failed.");
3985
3986 static long pv_entry_frees, pv_entry_allocs, pv_entry_count;
3987 static int pv_entry_spare;
3988
3989 SYSCTL_LONG(_vm_pmap, OID_AUTO, pv_entry_frees, CTLFLAG_RD, &pv_entry_frees, 0,
3990         "Current number of pv entry frees");
3991 SYSCTL_LONG(_vm_pmap, OID_AUTO, pv_entry_allocs, CTLFLAG_RD, &pv_entry_allocs, 0,
3992         "Current number of pv entry allocs");
3993 SYSCTL_LONG(_vm_pmap, OID_AUTO, pv_entry_count, CTLFLAG_RD, &pv_entry_count, 0,
3994         "Current number of pv entries");
3995 SYSCTL_INT(_vm_pmap, OID_AUTO, pv_entry_spare, CTLFLAG_RD, &pv_entry_spare, 0,
3996         "Current number of spare pv entries");
3997 #endif
3998
3999 static void
4000 reclaim_pv_chunk_leave_pmap(pmap_t pmap, pmap_t locked_pmap, bool start_di)
4001 {
4002
4003         if (pmap == NULL)
4004                 return;
4005         pmap_invalidate_all(pmap);
4006         if (pmap != locked_pmap)
4007                 PMAP_UNLOCK(pmap);
4008         if (start_di)
4009                 pmap_delayed_invl_finish();
4010 }
4011
4012 /*
4013  * We are in a serious low memory condition.  Resort to
4014  * drastic measures to free some pages so we can allocate
4015  * another pv entry chunk.
4016  *
4017  * Returns NULL if PV entries were reclaimed from the specified pmap.
4018  *
4019  * We do not, however, unmap 2mpages because subsequent accesses will
4020  * allocate per-page pv entries until repromotion occurs, thereby
4021  * exacerbating the shortage of free pv entries.
4022  */
4023 static vm_page_t
4024 reclaim_pv_chunk(pmap_t locked_pmap, struct rwlock **lockp)
4025 {
4026         struct pv_chunk *pc, *pc_marker, *pc_marker_end;
4027         struct pv_chunk_header pc_marker_b, pc_marker_end_b;
4028         struct md_page *pvh;
4029         pd_entry_t *pde;
4030         pmap_t next_pmap, pmap;
4031         pt_entry_t *pte, tpte;
4032         pt_entry_t PG_G, PG_A, PG_M, PG_RW;
4033         pv_entry_t pv;
4034         vm_offset_t va;
4035         vm_page_t m, m_pc;
4036         struct spglist free;
4037         uint64_t inuse;
4038         int bit, field, freed;
4039         bool start_di;
4040         static int active_reclaims = 0;
4041
4042         PMAP_LOCK_ASSERT(locked_pmap, MA_OWNED);
4043         KASSERT(lockp != NULL, ("reclaim_pv_chunk: lockp is NULL"));
4044         pmap = NULL;
4045         m_pc = NULL;
4046         PG_G = PG_A = PG_M = PG_RW = 0;
4047         SLIST_INIT(&free);
4048         bzero(&pc_marker_b, sizeof(pc_marker_b));
4049         bzero(&pc_marker_end_b, sizeof(pc_marker_end_b));
4050         pc_marker = (struct pv_chunk *)&pc_marker_b;
4051         pc_marker_end = (struct pv_chunk *)&pc_marker_end_b;
4052
4053         /*
4054          * A delayed invalidation block should already be active if
4055          * pmap_advise() or pmap_remove() called this function by way
4056          * of pmap_demote_pde_locked().
4057          */
4058         start_di = pmap_not_in_di();
4059
4060         mtx_lock(&pv_chunks_mutex);
4061         active_reclaims++;
4062         TAILQ_INSERT_HEAD(&pv_chunks, pc_marker, pc_lru);
4063         TAILQ_INSERT_TAIL(&pv_chunks, pc_marker_end, pc_lru);
4064         while ((pc = TAILQ_NEXT(pc_marker, pc_lru)) != pc_marker_end &&
4065             SLIST_EMPTY(&free)) {
4066                 next_pmap = pc->pc_pmap;
4067                 if (next_pmap == NULL) {
4068                         /*
4069                          * The next chunk is a marker.  However, it is
4070                          * not our marker, so active_reclaims must be
4071                          * > 1.  Consequently, the next_chunk code
4072                          * will not rotate the pv_chunks list.
4073                          */
4074                         goto next_chunk;
4075                 }
4076                 mtx_unlock(&pv_chunks_mutex);
4077
4078                 /*
4079                  * A pv_chunk can only be removed from the pc_lru list
4080                  * when both pc_chunks_mutex is owned and the
4081                  * corresponding pmap is locked.
4082                  */
4083                 if (pmap != next_pmap) {
4084                         reclaim_pv_chunk_leave_pmap(pmap, locked_pmap,
4085                             start_di);
4086                         pmap = next_pmap;
4087                         /* Avoid deadlock and lock recursion. */
4088                         if (pmap > locked_pmap) {
4089                                 RELEASE_PV_LIST_LOCK(lockp);
4090                                 PMAP_LOCK(pmap);
4091                                 if (start_di)
4092                                         pmap_delayed_invl_start();
4093                                 mtx_lock(&pv_chunks_mutex);
4094                                 continue;
4095                         } else if (pmap != locked_pmap) {
4096                                 if (PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
4097                                         if (start_di)
4098                                                 pmap_delayed_invl_start();
4099                                         mtx_lock(&pv_chunks_mutex);
4100                                         continue;
4101                                 } else {
4102                                         pmap = NULL; /* pmap is not locked */
4103                                         mtx_lock(&pv_chunks_mutex);
4104                                         pc = TAILQ_NEXT(pc_marker, pc_lru);
4105                                         if (pc == NULL ||
4106                                             pc->pc_pmap != next_pmap)
4107                                                 continue;
4108                                         goto next_chunk;
4109                                 }
4110                         } else if (start_di)
4111                                 pmap_delayed_invl_start();
4112                         PG_G = pmap_global_bit(pmap);
4113                         PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
4114                         PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
4115                         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
4116                 }
4117
4118                 /*
4119                  * Destroy every non-wired, 4 KB page mapping in the chunk.
4120                  */
4121                 freed = 0;
4122                 for (field = 0; field < _NPCM; field++) {
4123                         for (inuse = ~pc->pc_map[field] & pc_freemask[field];
4124                             inuse != 0; inuse &= ~(1UL << bit)) {
4125                                 bit = bsfq(inuse);
4126                                 pv = &pc->pc_pventry[field * 64 + bit];
4127                                 va = pv->pv_va;
4128                                 pde = pmap_pde(pmap, va);
4129                                 if ((*pde & PG_PS) != 0)
4130                                         continue;
4131                                 pte = pmap_pde_to_pte(pde, va);
4132                                 if ((*pte & PG_W) != 0)
4133                                         continue;
4134                                 tpte = pte_load_clear(pte);
4135                                 if ((tpte & PG_G) != 0)
4136                                         pmap_invalidate_page(pmap, va);
4137                                 m = PHYS_TO_VM_PAGE(tpte & PG_FRAME);
4138                                 if ((tpte & (PG_M | PG_RW)) == (PG_M | PG_RW))
4139                                         vm_page_dirty(m);
4140                                 if ((tpte & PG_A) != 0)
4141                                         vm_page_aflag_set(m, PGA_REFERENCED);
4142                                 CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_VM_PAGE(lockp, m);
4143                                 TAILQ_REMOVE(&m->md.pv_list, pv, pv_next);
4144                                 m->md.pv_gen++;
4145                                 if (TAILQ_EMPTY(&m->md.pv_list) &&
4146                                     (m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0) {
4147                                         pvh = pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
4148                                         if (TAILQ_EMPTY(&pvh->pv_list)) {
4149                                                 vm_page_aflag_clear(m,
4150                                                     PGA_WRITEABLE);
4151                                         }
4152                                 }
4153                                 pmap_delayed_invl_page(m);
4154                                 pc->pc_map[field] |= 1UL << bit;
4155                                 pmap_unuse_pt(pmap, va, *pde, &free);
4156                                 freed++;
4157                         }
4158                 }
4159                 if (freed == 0) {
4160                         mtx_lock(&pv_chunks_mutex);
4161                         goto next_chunk;
4162                 }
4163                 /* Every freed mapping is for a 4 KB page. */
4164                 pmap_resident_count_dec(pmap, freed);
4165                 PV_STAT(atomic_add_long(&pv_entry_frees, freed));
4166                 PV_STAT(atomic_add_int(&pv_entry_spare, freed));
4167                 PV_STAT(atomic_subtract_long(&pv_entry_count, freed));
4168                 TAILQ_REMOVE(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
4169                 if (pc->pc_map[0] == PC_FREE0 && pc->pc_map[1] == PC_FREE1 &&
4170                     pc->pc_map[2] == PC_FREE2) {
4171                         PV_STAT(atomic_subtract_int(&pv_entry_spare, _NPCPV));
4172                         PV_STAT(atomic_subtract_int(&pc_chunk_count, 1));
4173                         PV_STAT(atomic_add_int(&pc_chunk_frees, 1));
4174                         /* Entire chunk is free; return it. */
4175                         m_pc = PHYS_TO_VM_PAGE(DMAP_TO_PHYS((vm_offset_t)pc));
4176                         dump_drop_page(m_pc->phys_addr);
4177                         mtx_lock(&pv_chunks_mutex);
4178                         TAILQ_REMOVE(&pv_chunks, pc, pc_lru);
4179                         break;
4180                 }
4181                 TAILQ_INSERT_HEAD(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
4182                 mtx_lock(&pv_chunks_mutex);
4183                 /* One freed pv entry in locked_pmap is sufficient. */
4184                 if (pmap == locked_pmap)
4185                         break;
4186 next_chunk:
4187                 TAILQ_REMOVE(&pv_chunks, pc_marker, pc_lru);
4188                 TAILQ_INSERT_AFTER(&pv_chunks, pc, pc_marker, pc_lru);
4189                 if (active_reclaims == 1 && pmap != NULL) {
4190                         /*
4191                          * Rotate the pv chunks list so that we do not
4192                          * scan the same pv chunks that could not be
4193                          * freed (because they contained a wired
4194                          * and/or superpage mapping) on every
4195                          * invocation of reclaim_pv_chunk().
4196                          */
4197                         while ((pc = TAILQ_FIRST(&pv_chunks)) != pc_marker) {
4198                                 MPASS(pc->pc_pmap != NULL);
4199                                 TAILQ_REMOVE(&pv_chunks, pc, pc_lru);
4200                                 TAILQ_INSERT_TAIL(&pv_chunks, pc, pc_lru);
4201                         }
4202                 }
4203         }
4204         TAILQ_REMOVE(&pv_chunks, pc_marker, pc_lru);
4205         TAILQ_REMOVE(&pv_chunks, pc_marker_end, pc_lru);
4206         active_reclaims--;
4207         mtx_unlock(&pv_chunks_mutex);
4208         reclaim_pv_chunk_leave_pmap(pmap, locked_pmap, start_di);
4209         if (m_pc == NULL && !SLIST_EMPTY(&free)) {
4210                 m_pc = SLIST_FIRST(&free);
4211                 SLIST_REMOVE_HEAD(&free, plinks.s.ss);
4212                 /* Recycle a freed page table page. */
4213                 m_pc->ref_count = 1;
4214         }
4215         vm_page_free_pages_toq(&free, true);
4216         return (m_pc);
4217 }
4218
4219 /*
4220  * free the pv_entry back to the free list
4221  */
4222 static void
4223 free_pv_entry(pmap_t pmap, pv_entry_t pv)
4224 {
4225         struct pv_chunk *pc;
4226         int idx, field, bit;
4227
4228         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
4229         PV_STAT(atomic_add_long(&pv_entry_frees, 1));
4230         PV_STAT(atomic_add_int(&pv_entry_spare, 1));
4231         PV_STAT(atomic_subtract_long(&pv_entry_count, 1));
4232         pc = pv_to_chunk(pv);
4233         idx = pv - &pc->pc_pventry[0];
4234         field = idx / 64;
4235         bit = idx % 64;
4236         pc->pc_map[field] |= 1ul << bit;
4237         if (pc->pc_map[0] != PC_FREE0 || pc->pc_map[1] != PC_FREE1 ||
4238             pc->pc_map[2] != PC_FREE2) {
4239                 /* 98% of the time, pc is already at the head of the list. */
4240                 if (__predict_false(pc != TAILQ_FIRST(&pmap->pm_pvchunk))) {
4241                         TAILQ_REMOVE(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
4242                         TAILQ_INSERT_HEAD(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
4243                 }
4244                 return;
4245         }
4246         TAILQ_REMOVE(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
4247         free_pv_chunk(pc);
4248 }
4249
4250 static void
4251 free_pv_chunk(struct pv_chunk *pc)
4252 {
4253         vm_page_t m;
4254
4255         mtx_lock(&pv_chunks_mutex);
4256         TAILQ_REMOVE(&pv_chunks, pc, pc_lru);
4257         mtx_unlock(&pv_chunks_mutex);
4258         PV_STAT(atomic_subtract_int(&pv_entry_spare, _NPCPV));
4259         PV_STAT(atomic_subtract_int(&pc_chunk_count, 1));
4260         PV_STAT(atomic_add_int(&pc_chunk_frees, 1));
4261         /* entire chunk is free, return it */
4262         m = PHYS_TO_VM_PAGE(DMAP_TO_PHYS((vm_offset_t)pc));
4263         dump_drop_page(m->phys_addr);
4264         vm_page_unwire_noq(m);
4265         vm_page_free(m);
4266 }
4267
4268 /*
4269  * Returns a new PV entry, allocating a new PV chunk from the system when
4270  * needed.  If this PV chunk allocation fails and a PV list lock pointer was
4271  * given, a PV chunk is reclaimed from an arbitrary pmap.  Otherwise, NULL is
4272  * returned.
4273  *
4274  * The given PV list lock may be released.
4275  */
4276 static pv_entry_t
4277 get_pv_entry(pmap_t pmap, struct rwlock **lockp)
4278 {
4279         int bit, field;
4280         pv_entry_t pv;
4281         struct pv_chunk *pc;
4282         vm_page_t m;
4283
4284         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
4285         PV_STAT(atomic_add_long(&pv_entry_allocs, 1));
4286 retry:
4287         pc = TAILQ_FIRST(&pmap->pm_pvchunk);
4288         if (pc != NULL) {
4289                 for (field = 0; field < _NPCM; field++) {
4290                         if (pc->pc_map[field]) {
4291                                 bit = bsfq(pc->pc_map[field]);
4292                                 break;
4293                         }
4294                 }
4295                 if (field < _NPCM) {
4296                         pv = &pc->pc_pventry[field * 64 + bit];
4297                         pc->pc_map[field] &= ~(1ul << bit);
4298                         /* If this was the last item, move it to tail */
4299                         if (pc->pc_map[0] == 0 && pc->pc_map[1] == 0 &&
4300                             pc->pc_map[2] == 0) {
4301                                 TAILQ_REMOVE(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
4302                                 TAILQ_INSERT_TAIL(&pmap->pm_pvchunk, pc,
4303                                     pc_list);
4304                         }
4305                         PV_STAT(atomic_add_long(&pv_entry_count, 1));
4306                         PV_STAT(atomic_subtract_int(&pv_entry_spare, 1));
4307                         return (pv);
4308                 }
4309         }
4310         /* No free items, allocate another chunk */
4311         m = vm_page_alloc(NULL, 0, VM_ALLOC_NORMAL | VM_ALLOC_NOOBJ |
4312             VM_ALLOC_WIRED);
4313         if (m == NULL) {
4314                 if (lockp == NULL) {
4315                         PV_STAT(pc_chunk_tryfail++);
4316                         return (NULL);
4317                 }
4318                 m = reclaim_pv_chunk(pmap, lockp);
4319                 if (m == NULL)
4320                         goto retry;
4321         }
4322         PV_STAT(atomic_add_int(&pc_chunk_count, 1));
4323         PV_STAT(atomic_add_int(&pc_chunk_allocs, 1));
4324         dump_add_page(m->phys_addr);
4325         pc = (void *)PHYS_TO_DMAP(m->phys_addr);
4326         pc->pc_pmap = pmap;
4327         pc->pc_map[0] = PC_FREE0 & ~1ul;        /* preallocated bit 0 */
4328         pc->pc_map[1] = PC_FREE1;
4329         pc->pc_map[2] = PC_FREE2;
4330         mtx_lock(&pv_chunks_mutex);
4331         TAILQ_INSERT_TAIL(&pv_chunks, pc, pc_lru);
4332         mtx_unlock(&pv_chunks_mutex);
4333         pv = &pc->pc_pventry[0];
4334         TAILQ_INSERT_HEAD(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
4335         PV_STAT(atomic_add_long(&pv_entry_count, 1));
4336         PV_STAT(atomic_add_int(&pv_entry_spare, _NPCPV - 1));
4337         return (pv);
4338 }
4339
4340 /*
4341  * Returns the number of one bits within the given PV chunk map.
4342  *
4343  * The erratas for Intel processors state that "POPCNT Instruction May
4344  * Take Longer to Execute Than Expected".  It is believed that the
4345  * issue is the spurious dependency on the destination register.
4346  * Provide a hint to the register rename logic that the destination
4347  * value is overwritten, by clearing it, as suggested in the
4348  * optimization manual.  It should be cheap for unaffected processors
4349  * as well.
4350  *
4351  * Reference numbers for erratas are
4352  * 4th Gen Core: HSD146
4353  * 5th Gen Core: BDM85
4354  * 6th Gen Core: SKL029
4355  */
4356 static int
4357 popcnt_pc_map_pq(uint64_t *map)
4358 {
4359         u_long result, tmp;
4360
4361         __asm __volatile("xorl %k0,%k0;popcntq %2,%0;"
4362             "xorl %k1,%k1;popcntq %3,%1;addl %k1,%k0;"
4363             "xorl %k1,%k1;popcntq %4,%1;addl %k1,%k0"
4364             : "=&r" (result), "=&r" (tmp)
4365             : "m" (map[0]), "m" (map[1]), "m" (map[2]));
4366         return (result);
4367 }
4368
4369 /*
4370  * Ensure that the number of spare PV entries in the specified pmap meets or
4371  * exceeds the given count, "needed".
4372  *
4373  * The given PV list lock may be released.
4374  */
4375 static void
4376 reserve_pv_entries(pmap_t pmap, int needed, struct rwlock **lockp)
4377 {
4378         struct pch new_tail;
4379         struct pv_chunk *pc;
4380         vm_page_t m;
4381         int avail, free;
4382         bool reclaimed;
4383
4384         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
4385         KASSERT(lockp != NULL, ("reserve_pv_entries: lockp is NULL"));
4386
4387         /*
4388          * Newly allocated PV chunks must be stored in a private list until
4389          * the required number of PV chunks have been allocated.  Otherwise,
4390          * reclaim_pv_chunk() could recycle one of these chunks.  In
4391          * contrast, these chunks must be added to the pmap upon allocation.
4392          */
4393         TAILQ_INIT(&new_tail);
4394 retry:
4395         avail = 0;
4396         TAILQ_FOREACH(pc, &pmap->pm_pvchunk, pc_list) {
4397 #ifndef __POPCNT__
4398                 if ((cpu_feature2 & CPUID2_POPCNT) == 0)
4399                         bit_count((bitstr_t *)pc->pc_map, 0,
4400                             sizeof(pc->pc_map) * NBBY, &free);
4401                 else
4402 #endif
4403                 free = popcnt_pc_map_pq(pc->pc_map);
4404                 if (free == 0)
4405                         break;
4406                 avail += free;
4407                 if (avail >= needed)
4408                         break;
4409         }
4410         for (reclaimed = false; avail < needed; avail += _NPCPV) {
4411                 m = vm_page_alloc(NULL, 0, VM_ALLOC_NORMAL | VM_ALLOC_NOOBJ |
4412                     VM_ALLOC_WIRED);
4413                 if (m == NULL) {
4414                         m = reclaim_pv_chunk(pmap, lockp);
4415                         if (m == NULL)
4416                                 goto retry;
4417                         reclaimed = true;
4418                 }
4419                 PV_STAT(atomic_add_int(&pc_chunk_count, 1));
4420                 PV_STAT(atomic_add_int(&pc_chunk_allocs, 1));
4421                 dump_add_page(m->phys_addr);
4422                 pc = (void *)PHYS_TO_DMAP(m->phys_addr);
4423                 pc->pc_pmap = pmap;
4424                 pc->pc_map[0] = PC_FREE0;
4425                 pc->pc_map[1] = PC_FREE1;
4426                 pc->pc_map[2] = PC_FREE2;
4427                 TAILQ_INSERT_HEAD(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
4428                 TAILQ_INSERT_TAIL(&new_tail, pc, pc_lru);
4429                 PV_STAT(atomic_add_int(&pv_entry_spare, _NPCPV));
4430
4431                 /*
4432                  * The reclaim might have freed a chunk from the current pmap.
4433                  * If that chunk contained available entries, we need to
4434                  * re-count the number of available entries.
4435                  */
4436                 if (reclaimed)
4437                         goto retry;
4438         }
4439         if (!TAILQ_EMPTY(&new_tail)) {
4440                 mtx_lock(&pv_chunks_mutex);
4441                 TAILQ_CONCAT(&pv_chunks, &new_tail, pc_lru);
4442                 mtx_unlock(&pv_chunks_mutex);
4443         }
4444 }
4445
4446 /*
4447  * First find and then remove the pv entry for the specified pmap and virtual
4448  * address from the specified pv list.  Returns the pv entry if found and NULL
4449  * otherwise.  This operation can be performed on pv lists for either 4KB or
4450  * 2MB page mappings.
4451  */
4452 static __inline pv_entry_t
4453 pmap_pvh_remove(struct md_page *pvh, pmap_t pmap, vm_offset_t va)
4454 {
4455         pv_entry_t pv;
4456
4457         TAILQ_FOREACH(pv, &pvh->pv_list, pv_next) {
4458                 if (pmap == PV_PMAP(pv) && va == pv->pv_va) {
4459                         TAILQ_REMOVE(&pvh->pv_list, pv, pv_next);
4460                         pvh->pv_gen++;
4461                         break;
4462                 }
4463         }
4464         return (pv);
4465 }
4466
4467 /*
4468  * After demotion from a 2MB page mapping to 512 4KB page mappings,
4469  * destroy the pv entry for the 2MB page mapping and reinstantiate the pv
4470  * entries for each of the 4KB page mappings.
4471  */
4472 static void
4473 pmap_pv_demote_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_paddr_t pa,
4474     struct rwlock **lockp)
4475 {
4476         struct md_page *pvh;
4477         struct pv_chunk *pc;
4478         pv_entry_t pv;
4479         vm_offset_t va_last;
4480         vm_page_t m;
4481         int bit, field;
4482
4483         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
4484         KASSERT((pa & PDRMASK) == 0,
4485             ("pmap_pv_demote_pde: pa is not 2mpage aligned"));
4486         CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_PHYS(lockp, pa);
4487
4488         /*
4489          * Transfer the 2mpage's pv entry for this mapping to the first
4490          * page's pv list.  Once this transfer begins, the pv list lock
4491          * must not be released until the last pv entry is reinstantiated.
4492          */
4493         pvh = pa_to_pvh(pa);
4494         va = trunc_2mpage(va);
4495         pv = pmap_pvh_remove(pvh, pmap, va);
4496         KASSERT(pv != NULL, ("pmap_pv_demote_pde: pv not found"));
4497         m = PHYS_TO_VM_PAGE(pa);
4498         TAILQ_INSERT_TAIL(&m->md.pv_list, pv, pv_next);
4499         m->md.pv_gen++;
4500         /* Instantiate the remaining NPTEPG - 1 pv entries. */
4501         PV_STAT(atomic_add_long(&pv_entry_allocs, NPTEPG - 1));
4502         va_last = va + NBPDR - PAGE_SIZE;
4503         for (;;) {
4504                 pc = TAILQ_FIRST(&pmap->pm_pvchunk);
4505                 KASSERT(pc->pc_map[0] != 0 || pc->pc_map[1] != 0 ||
4506                     pc->pc_map[2] != 0, ("pmap_pv_demote_pde: missing spare"));
4507                 for (field = 0; field < _NPCM; field++) {
4508                         while (pc->pc_map[field]) {
4509                                 bit = bsfq(pc->pc_map[field]);
4510                                 pc->pc_map[field] &= ~(1ul << bit);
4511                                 pv = &pc->pc_pventry[field * 64 + bit];
4512                                 va += PAGE_SIZE;
4513                                 pv->pv_va = va;
4514                                 m++;
4515                                 KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
4516                             ("pmap_pv_demote_pde: page %p is not managed", m));
4517                                 TAILQ_INSERT_TAIL(&m->md.pv_list, pv, pv_next);
4518                                 m->md.pv_gen++;
4519                                 if (va == va_last)
4520                                         goto out;
4521                         }
4522                 }
4523                 TAILQ_REMOVE(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
4524                 TAILQ_INSERT_TAIL(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
4525         }
4526 out:
4527         if (pc->pc_map[0] == 0 && pc->pc_map[1] == 0 && pc->pc_map[2] == 0) {
4528                 TAILQ_REMOVE(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
4529                 TAILQ_INSERT_TAIL(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
4530         }
4531         PV_STAT(atomic_add_long(&pv_entry_count, NPTEPG - 1));
4532         PV_STAT(atomic_subtract_int(&pv_entry_spare, NPTEPG - 1));
4533 }
4534
4535 #if VM_NRESERVLEVEL > 0
4536 /*
4537  * After promotion from 512 4KB page mappings to a single 2MB page mapping,
4538  * replace the many pv entries for the 4KB page mappings by a single pv entry
4539  * for the 2MB page mapping.
4540  */
4541 static void
4542 pmap_pv_promote_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_paddr_t pa,
4543     struct rwlock **lockp)
4544 {
4545         struct md_page *pvh;
4546         pv_entry_t pv;
4547         vm_offset_t va_last;
4548         vm_page_t m;
4549
4550         KASSERT((pa & PDRMASK) == 0,
4551             ("pmap_pv_promote_pde: pa is not 2mpage aligned"));
4552         CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_PHYS(lockp, pa);
4553
4554         /*
4555          * Transfer the first page's pv entry for this mapping to the 2mpage's
4556          * pv list.  Aside from avoiding the cost of a call to get_pv_entry(),
4557          * a transfer avoids the possibility that get_pv_entry() calls
4558          * reclaim_pv_chunk() and that reclaim_pv_chunk() removes one of the
4559          * mappings that is being promoted.
4560          */
4561         m = PHYS_TO_VM_PAGE(pa);
4562         va = trunc_2mpage(va);
4563         pv = pmap_pvh_remove(&m->md, pmap, va);
4564         KASSERT(pv != NULL, ("pmap_pv_promote_pde: pv not found"));
4565         pvh = pa_to_pvh(pa);
4566         TAILQ_INSERT_TAIL(&pvh->pv_list, pv, pv_next);
4567         pvh->pv_gen++;
4568         /* Free the remaining NPTEPG - 1 pv entries. */
4569         va_last = va + NBPDR - PAGE_SIZE;
4570         do {
4571                 m++;
4572                 va += PAGE_SIZE;
4573                 pmap_pvh_free(&m->md, pmap, va);
4574         } while (va < va_last);
4575 }
4576 #endif /* VM_NRESERVLEVEL > 0 */
4577
4578 /*
4579  * First find and then destroy the pv entry for the specified pmap and virtual
4580  * address.  This operation can be performed on pv lists for either 4KB or 2MB
4581  * page mappings.
4582  */
4583 static void
4584 pmap_pvh_free(struct md_page *pvh, pmap_t pmap, vm_offset_t va)
4585 {
4586         pv_entry_t pv;
4587
4588         pv = pmap_pvh_remove(pvh, pmap, va);
4589         KASSERT(pv != NULL, ("pmap_pvh_free: pv not found"));
4590         free_pv_entry(pmap, pv);
4591 }
4592
4593 /*
4594  * Conditionally create the PV entry for a 4KB page mapping if the required
4595  * memory can be allocated without resorting to reclamation.
4596  */
4597 static boolean_t
4598 pmap_try_insert_pv_entry(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m,
4599     struct rwlock **lockp)
4600 {
4601         pv_entry_t pv;
4602
4603         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
4604         /* Pass NULL instead of the lock pointer to disable reclamation. */
4605         if ((pv = get_pv_entry(pmap, NULL)) != NULL) {
4606                 pv->pv_va = va;
4607                 CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_VM_PAGE(lockp, m);
4608                 TAILQ_INSERT_TAIL(&m->md.pv_list, pv, pv_next);
4609                 m->md.pv_gen++;
4610                 return (TRUE);
4611         } else
4612                 return (FALSE);
4613 }
4614
4615 /*
4616  * Create the PV entry for a 2MB page mapping.  Always returns true unless the
4617  * flag PMAP_ENTER_NORECLAIM is specified.  If that flag is specified, returns
4618  * false if the PV entry cannot be allocated without resorting to reclamation.
4619  */
4620 static bool
4621 pmap_pv_insert_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t pde, u_int flags,
4622     struct rwlock **lockp)
4623 {
4624         struct md_page *pvh;
4625         pv_entry_t pv;
4626         vm_paddr_t pa;
4627
4628         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
4629         /* Pass NULL instead of the lock pointer to disable reclamation. */
4630         if ((pv = get_pv_entry(pmap, (flags & PMAP_ENTER_NORECLAIM) != 0 ?
4631             NULL : lockp)) == NULL)
4632                 return (false);
4633         pv->pv_va = va;
4634         pa = pde & PG_PS_FRAME;
4635         CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_PHYS(lockp, pa);
4636         pvh = pa_to_pvh(pa);
4637         TAILQ_INSERT_TAIL(&pvh->pv_list, pv, pv_next);
4638         pvh->pv_gen++;
4639         return (true);
4640 }
4641
4642 /*
4643  * Fills a page table page with mappings to consecutive physical pages.
4644  */
4645 static void
4646 pmap_fill_ptp(pt_entry_t *firstpte, pt_entry_t newpte)
4647 {
4648         pt_entry_t *pte;
4649
4650         for (pte = firstpte; pte < firstpte + NPTEPG; pte++) {
4651                 *pte = newpte;
4652                 newpte += PAGE_SIZE;
4653         }
4654 }
4655
4656 /*
4657  * Tries to demote a 2MB page mapping.  If demotion fails, the 2MB page
4658  * mapping is invalidated.
4659  */
4660 static boolean_t
4661 pmap_demote_pde(pmap_t pmap, pd_entry_t *pde, vm_offset_t va)
4662 {
4663         struct rwlock *lock;
4664         boolean_t rv;
4665
4666         lock = NULL;
4667         rv = pmap_demote_pde_locked(pmap, pde, va, &lock);
4668         if (lock != NULL)
4669                 rw_wunlock(lock);
4670         return (rv);
4671 }
4672
4673 static void
4674 pmap_demote_pde_check(pt_entry_t *firstpte __unused, pt_entry_t newpte __unused)
4675 {
4676 #ifdef INVARIANTS
4677 #ifdef DIAGNOSTIC
4678         pt_entry_t *xpte, *ypte;
4679
4680         for (xpte = firstpte; xpte < firstpte + NPTEPG;
4681             xpte++, newpte += PAGE_SIZE) {
4682                 if ((*xpte & PG_FRAME) != (newpte & PG_FRAME)) {
4683                         printf("pmap_demote_pde: xpte %zd and newpte map "
4684                             "different pages: found %#lx, expected %#lx\n",
4685                             xpte - firstpte, *xpte, newpte);
4686                         printf("page table dump\n");
4687                         for (ypte = firstpte; ypte < firstpte + NPTEPG; ypte++)
4688                                 printf("%zd %#lx\n", ypte - firstpte, *ypte);
4689                         panic("firstpte");
4690                 }
4691         }
4692 #else
4693         KASSERT((*firstpte & PG_FRAME) == (newpte & PG_FRAME),
4694             ("pmap_demote_pde: firstpte and newpte map different physical"
4695             " addresses"));
4696 #endif
4697 #endif
4698 }
4699
4700 static void
4701 pmap_demote_pde_abort(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t *pde,
4702     pd_entry_t oldpde, struct rwlock **lockp)
4703 {
4704         struct spglist free;
4705         vm_offset_t sva;
4706
4707         SLIST_INIT(&free);
4708         sva = trunc_2mpage(va);
4709         pmap_remove_pde(pmap, pde, sva, &free, lockp);
4710         if ((oldpde & pmap_global_bit(pmap)) == 0)
4711                 pmap_invalidate_pde_page(pmap, sva, oldpde);
4712         vm_page_free_pages_toq(&free, true);
4713         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_demote_pde: failure for va %#lx in pmap %p",
4714             va, pmap);
4715 }
4716
4717 static boolean_t
4718 pmap_demote_pde_locked(pmap_t pmap, pd_entry_t *pde, vm_offset_t va,
4719     struct rwlock **lockp)
4720 {
4721         pd_entry_t newpde, oldpde;
4722         pt_entry_t *firstpte, newpte;
4723         pt_entry_t PG_A, PG_G, PG_M, PG_PKU_MASK, PG_RW, PG_V;
4724         vm_paddr_t mptepa;
4725         vm_page_t mpte;
4726         int PG_PTE_CACHE;
4727         bool in_kernel;
4728
4729         PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
4730         PG_G = pmap_global_bit(pmap);
4731         PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
4732         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
4733         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
4734         PG_PTE_CACHE = pmap_cache_mask(pmap, 0);
4735         PG_PKU_MASK = pmap_pku_mask_bit(pmap);
4736
4737         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
4738         in_kernel = va >= VM_MAXUSER_ADDRESS;
4739         oldpde = *pde;
4740         KASSERT((oldpde & (PG_PS | PG_V)) == (PG_PS | PG_V),
4741             ("pmap_demote_pde: oldpde is missing PG_PS and/or PG_V"));
4742
4743         /*
4744          * Invalidate the 2MB page mapping and return "failure" if the
4745          * mapping was never accessed.
4746          */
4747         if ((oldpde & PG_A) == 0) {
4748                 KASSERT((oldpde & PG_W) == 0,
4749                     ("pmap_demote_pde: a wired mapping is missing PG_A"));
4750                 pmap_demote_pde_abort(pmap, va, pde, oldpde, lockp);
4751                 return (FALSE);
4752         }
4753
4754         mpte = pmap_remove_pt_page(pmap, va);
4755         if (mpte == NULL) {
4756                 KASSERT((oldpde & PG_W) == 0,
4757                     ("pmap_demote_pde: page table page for a wired mapping"
4758                     " is missing"));
4759
4760                 /*
4761                  * If the page table page is missing and the mapping
4762                  * is for a kernel address, the mapping must belong to
4763                  * the direct map.  Page table pages are preallocated
4764                  * for every other part of the kernel address space,
4765                  * so the direct map region is the only part of the
4766                  * kernel address space that must be handled here.
4767                  */
4768                 KASSERT(!in_kernel || (va >= DMAP_MIN_ADDRESS &&
4769                     va < DMAP_MAX_ADDRESS),
4770                     ("pmap_demote_pde: No saved mpte for va %#lx", va));
4771
4772                 /*
4773                  * If the 2MB page mapping belongs to the direct map
4774                  * region of the kernel's address space, then the page
4775                  * allocation request specifies the highest possible
4776                  * priority (VM_ALLOC_INTERRUPT).  Otherwise, the
4777                  * priority is normal.
4778                  */
4779                 mpte = vm_page_alloc(NULL, pmap_pde_pindex(va),
4780                     (in_kernel ? VM_ALLOC_INTERRUPT : VM_ALLOC_NORMAL) |
4781                     VM_ALLOC_NOOBJ | VM_ALLOC_WIRED);
4782
4783                 /*
4784                  * If the allocation of the new page table page fails,
4785                  * invalidate the 2MB page mapping and return "failure".
4786                  */
4787                 if (mpte == NULL) {
4788                         pmap_demote_pde_abort(pmap, va, pde, oldpde, lockp);
4789                         return (FALSE);
4790                 }
4791
4792                 if (!in_kernel) {
4793                         mpte->ref_count = NPTEPG;
4794                         pmap_resident_count_inc(pmap, 1);
4795                 }
4796         }
4797         mptepa = VM_PAGE_TO_PHYS(mpte);
4798         firstpte = (pt_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(mptepa);
4799         newpde = mptepa | PG_M | PG_A | (oldpde & PG_U) | PG_RW | PG_V;
4800         KASSERT((oldpde & (PG_M | PG_RW)) != PG_RW,
4801             ("pmap_demote_pde: oldpde is missing PG_M"));
4802         newpte = oldpde & ~PG_PS;
4803         newpte = pmap_swap_pat(pmap, newpte);
4804
4805         /*
4806          * If the page table page is not leftover from an earlier promotion,
4807          * initialize it.
4808          */
4809         if (mpte->valid == 0)
4810                 pmap_fill_ptp(firstpte, newpte);
4811
4812         pmap_demote_pde_check(firstpte, newpte);
4813
4814         /*
4815          * If the mapping has changed attributes, update the page table
4816          * entries.
4817          */
4818         if ((*firstpte & PG_PTE_PROMOTE) != (newpte & PG_PTE_PROMOTE))
4819                 pmap_fill_ptp(firstpte, newpte);
4820
4821         /*
4822          * The spare PV entries must be reserved prior to demoting the
4823          * mapping, that is, prior to changing the PDE.  Otherwise, the state
4824          * of the PDE and the PV lists will be inconsistent, which can result
4825          * in reclaim_pv_chunk() attempting to remove a PV entry from the
4826          * wrong PV list and pmap_pv_demote_pde() failing to find the expected
4827          * PV entry for the 2MB page mapping that is being demoted.
4828          */
4829         if ((oldpde & PG_MANAGED) != 0)
4830                 reserve_pv_entries(pmap, NPTEPG - 1, lockp);
4831
4832         /*
4833          * Demote the mapping.  This pmap is locked.  The old PDE has
4834          * PG_A set.  If the old PDE has PG_RW set, it also has PG_M
4835          * set.  Thus, there is no danger of a race with another
4836          * processor changing the setting of PG_A and/or PG_M between
4837          * the read above and the store below. 
4838          */
4839         if (workaround_erratum383)
4840                 pmap_update_pde(pmap, va, pde, newpde);
4841         else
4842                 pde_store(pde, newpde);
4843
4844         /*
4845          * Invalidate a stale recursive mapping of the page table page.
4846          */
4847         if (in_kernel)
4848                 pmap_invalidate_page(pmap, (vm_offset_t)vtopte(va));
4849
4850         /*
4851          * Demote the PV entry.
4852          */
4853         if ((oldpde & PG_MANAGED) != 0)
4854                 pmap_pv_demote_pde(pmap, va, oldpde & PG_PS_FRAME, lockp);
4855
4856         atomic_add_long(&pmap_pde_demotions, 1);
4857         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_demote_pde: success for va %#lx in pmap %p",
4858             va, pmap);
4859         return (TRUE);
4860 }
4861
4862 /*
4863  * pmap_remove_kernel_pde: Remove a kernel superpage mapping.
4864  */
4865 static void
4866 pmap_remove_kernel_pde(pmap_t pmap, pd_entry_t *pde, vm_offset_t va)
4867 {
4868         pd_entry_t newpde;
4869         vm_paddr_t mptepa;
4870         vm_page_t mpte;
4871
4872         KASSERT(pmap == kernel_pmap, ("pmap %p is not kernel_pmap", pmap));
4873         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
4874         mpte = pmap_remove_pt_page(pmap, va);
4875         if (mpte == NULL)
4876                 panic("pmap_remove_kernel_pde: Missing pt page.");
4877
4878         mptepa = VM_PAGE_TO_PHYS(mpte);
4879         newpde = mptepa | X86_PG_M | X86_PG_A | X86_PG_RW | X86_PG_V;
4880
4881         /*
4882          * If this page table page was unmapped by a promotion, then it
4883          * contains valid mappings.  Zero it to invalidate those mappings.
4884          */
4885         if (mpte->valid != 0)
4886                 pagezero((void *)PHYS_TO_DMAP(mptepa));
4887
4888         /*
4889          * Demote the mapping.
4890          */
4891         if (workaround_erratum383)
4892                 pmap_update_pde(pmap, va, pde, newpde);
4893         else
4894                 pde_store(pde, newpde);
4895
4896         /*
4897          * Invalidate a stale recursive mapping of the page table page.
4898          */
4899         pmap_invalidate_page(pmap, (vm_offset_t)vtopte(va));
4900 }
4901
4902 /*
4903  * pmap_remove_pde: do the things to unmap a superpage in a process
4904  */
4905 static int
4906 pmap_remove_pde(pmap_t pmap, pd_entry_t *pdq, vm_offset_t sva,
4907     struct spglist *free, struct rwlock **lockp)
4908 {
4909         struct md_page *pvh;
4910         pd_entry_t oldpde;
4911         vm_offset_t eva, va;
4912         vm_page_t m, mpte;
4913         pt_entry_t PG_G, PG_A, PG_M, PG_RW;
4914
4915         PG_G = pmap_global_bit(pmap);
4916         PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
4917         PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
4918         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
4919
4920         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
4921         KASSERT((sva & PDRMASK) == 0,
4922             ("pmap_remove_pde: sva is not 2mpage aligned"));
4923         oldpde = pte_load_clear(pdq);
4924         if (oldpde & PG_W)
4925                 pmap->pm_stats.wired_count -= NBPDR / PAGE_SIZE;
4926         if ((oldpde & PG_G) != 0)
4927                 pmap_invalidate_pde_page(kernel_pmap, sva, oldpde);
4928         pmap_resident_count_dec(pmap, NBPDR / PAGE_SIZE);
4929         if (oldpde & PG_MANAGED) {
4930                 CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_PHYS(lockp, oldpde & PG_PS_FRAME);
4931                 pvh = pa_to_pvh(oldpde & PG_PS_FRAME);
4932                 pmap_pvh_free(pvh, pmap, sva);
4933                 eva = sva + NBPDR;
4934                 for (va = sva, m = PHYS_TO_VM_PAGE(oldpde & PG_PS_FRAME);
4935                     va < eva; va += PAGE_SIZE, m++) {
4936                         if ((oldpde & (PG_M | PG_RW)) == (PG_M | PG_RW))
4937                                 vm_page_dirty(m);
4938                         if (oldpde & PG_A)
4939                                 vm_page_aflag_set(m, PGA_REFERENCED);
4940                         if (TAILQ_EMPTY(&m->md.pv_list) &&
4941                             TAILQ_EMPTY(&pvh->pv_list))
4942                                 vm_page_aflag_clear(m, PGA_WRITEABLE);
4943                         pmap_delayed_invl_page(m);
4944                 }
4945         }
4946         if (pmap == kernel_pmap) {
4947                 pmap_remove_kernel_pde(pmap, pdq, sva);
4948         } else {
4949                 mpte = pmap_remove_pt_page(pmap, sva);
4950                 if (mpte != NULL) {
4951                         KASSERT(mpte->valid == VM_PAGE_BITS_ALL,
4952                             ("pmap_remove_pde: pte page not promoted"));
4953                         pmap_resident_count_dec(pmap, 1);
4954                         KASSERT(mpte->ref_count == NPTEPG,
4955                             ("pmap_remove_pde: pte page ref count error"));
4956                         mpte->ref_count = 0;
4957                         pmap_add_delayed_free_list(mpte, free, FALSE);
4958                 }
4959         }
4960         return (pmap_unuse_pt(pmap, sva, *pmap_pdpe(pmap, sva), free));
4961 }
4962
4963 /*
4964  * pmap_remove_pte: do the things to unmap a page in a process
4965  */
4966 static int
4967 pmap_remove_pte(pmap_t pmap, pt_entry_t *ptq, vm_offset_t va, 
4968     pd_entry_t ptepde, struct spglist *free, struct rwlock **lockp)
4969 {
4970         struct md_page *pvh;
4971         pt_entry_t oldpte, PG_A, PG_M, PG_RW;
4972         vm_page_t m;
4973
4974         PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
4975         PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
4976         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
4977
4978         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
4979         oldpte = pte_load_clear(ptq);
4980         if (oldpte & PG_W)
4981                 pmap->pm_stats.wired_count -= 1;
4982         pmap_resident_count_dec(pmap, 1);
4983         if (oldpte & PG_MANAGED) {
4984                 m = PHYS_TO_VM_PAGE(oldpte & PG_FRAME);
4985                 if ((oldpte & (PG_M | PG_RW)) == (PG_M | PG_RW))
4986                         vm_page_dirty(m);
4987                 if (oldpte & PG_A)
4988                         vm_page_aflag_set(m, PGA_REFERENCED);
4989                 CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_VM_PAGE(lockp, m);
4990                 pmap_pvh_free(&m->md, pmap, va);
4991                 if (TAILQ_EMPTY(&m->md.pv_list) &&
4992                     (m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0) {
4993                         pvh = pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
4994                         if (TAILQ_EMPTY(&pvh->pv_list))
4995                                 vm_page_aflag_clear(m, PGA_WRITEABLE);
4996                 }
4997                 pmap_delayed_invl_page(m);
4998         }
4999         return (pmap_unuse_pt(pmap, va, ptepde, free));
5000 }
5001
5002 /*
5003  * Remove a single page from a process address space
5004  */
5005 static void
5006 pmap_remove_page(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t *pde,
5007     struct spglist *free)
5008 {
5009         struct rwlock *lock;
5010         pt_entry_t *pte, PG_V;
5011
5012         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
5013         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
5014         if ((*pde & PG_V) == 0)
5015                 return;
5016         pte = pmap_pde_to_pte(pde, va);
5017         if ((*pte & PG_V) == 0)
5018                 return;
5019         lock = NULL;
5020         pmap_remove_pte(pmap, pte, va, *pde, free, &lock);
5021         if (lock != NULL)
5022                 rw_wunlock(lock);
5023         pmap_invalidate_page(pmap, va);
5024 }
5025
5026 /*
5027  * Removes the specified range of addresses from the page table page.
5028  */
5029 static bool
5030 pmap_remove_ptes(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva,
5031     pd_entry_t *pde, struct spglist *free, struct rwlock **lockp)
5032 {
5033         pt_entry_t PG_G, *pte;
5034         vm_offset_t va;
5035         bool anyvalid;
5036
5037         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
5038         PG_G = pmap_global_bit(pmap);
5039         anyvalid = false;
5040         va = eva;
5041         for (pte = pmap_pde_to_pte(pde, sva); sva != eva; pte++,
5042             sva += PAGE_SIZE) {
5043                 if (*pte == 0) {
5044                         if (va != eva) {
5045                                 pmap_invalidate_range(pmap, va, sva);
5046                                 va = eva;
5047                         }
5048                         continue;
5049                 }
5050                 if ((*pte & PG_G) == 0)
5051                         anyvalid = true;
5052                 else if (va == eva)
5053                         va = sva;
5054                 if (pmap_remove_pte(pmap, pte, sva, *pde, free, lockp)) {
5055                         sva += PAGE_SIZE;
5056                         break;
5057                 }
5058         }
5059         if (va != eva)
5060                 pmap_invalidate_range(pmap, va, sva);
5061         return (anyvalid);
5062 }
5063
5064 /*
5065  *      Remove the given range of addresses from the specified map.
5066  *
5067  *      It is assumed that the start and end are properly
5068  *      rounded to the page size.
5069  */
5070 void
5071 pmap_remove(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
5072 {
5073         struct rwlock *lock;
5074         vm_offset_t va_next;
5075         pml4_entry_t *pml4e;
5076         pdp_entry_t *pdpe;
5077         pd_entry_t ptpaddr, *pde;
5078         pt_entry_t PG_G, PG_V;
5079         struct spglist free;
5080         int anyvalid;
5081
5082         PG_G = pmap_global_bit(pmap);
5083         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
5084
5085         /*
5086          * Perform an unsynchronized read.  This is, however, safe.
5087          */
5088         if (pmap->pm_stats.resident_count == 0)
5089                 return;
5090
5091         anyvalid = 0;
5092         SLIST_INIT(&free);
5093
5094         pmap_delayed_invl_start();
5095         PMAP_LOCK(pmap);
5096         pmap_pkru_on_remove(pmap, sva, eva);
5097
5098         /*
5099          * special handling of removing one page.  a very
5100          * common operation and easy to short circuit some
5101          * code.
5102          */
5103         if (sva + PAGE_SIZE == eva) {
5104                 pde = pmap_pde(pmap, sva);
5105                 if (pde && (*pde & PG_PS) == 0) {
5106                         pmap_remove_page(pmap, sva, pde, &free);
5107                         goto out;
5108                 }
5109         }
5110
5111         lock = NULL;
5112         for (; sva < eva; sva = va_next) {
5113
5114                 if (pmap->pm_stats.resident_count == 0)
5115                         break;
5116
5117                 pml4e = pmap_pml4e(pmap, sva);
5118                 if ((*pml4e & PG_V) == 0) {
5119                         va_next = (sva + NBPML4) & ~PML4MASK;
5120                         if (va_next < sva)
5121                                 va_next = eva;
5122                         continue;
5123                 }
5124
5125                 pdpe = pmap_pml4e_to_pdpe(pml4e, sva);
5126                 if ((*pdpe & PG_V) == 0) {
5127                         va_next = (sva + NBPDP) & ~PDPMASK;
5128                         if (va_next < sva)
5129                                 va_next = eva;
5130                         continue;
5131                 }
5132
5133                 /*
5134                  * Calculate index for next page table.
5135                  */
5136                 va_next = (sva + NBPDR) & ~PDRMASK;
5137                 if (va_next < sva)
5138                         va_next = eva;
5139
5140                 pde = pmap_pdpe_to_pde(pdpe, sva);
5141                 ptpaddr = *pde;
5142
5143                 /*
5144                  * Weed out invalid mappings.
5145                  */
5146                 if (ptpaddr == 0)
5147                         continue;
5148
5149                 /*
5150                  * Check for large page.
5151                  */
5152                 if ((ptpaddr & PG_PS) != 0) {
5153                         /*
5154                          * Are we removing the entire large page?  If not,
5155                          * demote the mapping and fall through.
5156                          */
5157                         if (sva + NBPDR == va_next && eva >= va_next) {
5158                                 /*
5159                                  * The TLB entry for a PG_G mapping is
5160                                  * invalidated by pmap_remove_pde().
5161                                  */
5162                                 if ((ptpaddr & PG_G) == 0)
5163                                         anyvalid = 1;
5164                                 pmap_remove_pde(pmap, pde, sva, &free, &lock);
5165                                 continue;
5166                         } else if (!pmap_demote_pde_locked(pmap, pde, sva,
5167                             &lock)) {
5168                                 /* The large page mapping was destroyed. */
5169                                 continue;
5170                         } else
5171                                 ptpaddr = *pde;
5172                 }
5173
5174                 /*
5175                  * Limit our scan to either the end of the va represented
5176                  * by the current page table page, or to the end of the
5177                  * range being removed.
5178                  */
5179                 if (va_next > eva)
5180                         va_next = eva;
5181
5182                 if (pmap_remove_ptes(pmap, sva, va_next, pde, &free, &lock))
5183                         anyvalid = 1;
5184         }
5185         if (lock != NULL)
5186                 rw_wunlock(lock);
5187 out:
5188         if (anyvalid)
5189                 pmap_invalidate_all(pmap);
5190         PMAP_UNLOCK(pmap);
5191         pmap_delayed_invl_finish();
5192         vm_page_free_pages_toq(&free, true);
5193 }
5194
5195 /*
5196  *      Routine:        pmap_remove_all
5197  *      Function:
5198  *              Removes this physical page from
5199  *              all physical maps in which it resides.
5200  *              Reflects back modify bits to the pager.
5201  *
5202  *      Notes:
5203  *              Original versions of this routine were very
5204  *              inefficient because they iteratively called
5205  *              pmap_remove (slow...)
5206  */
5207
5208 void
5209 pmap_remove_all(vm_page_t m)
5210 {
5211         struct md_page *pvh;
5212         pv_entry_t pv;
5213         pmap_t pmap;
5214         struct rwlock *lock;
5215         pt_entry_t *pte, tpte, PG_A, PG_M, PG_RW;
5216         pd_entry_t *pde;
5217         vm_offset_t va;
5218         struct spglist free;
5219         int pvh_gen, md_gen;
5220
5221         KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
5222             ("pmap_remove_all: page %p is not managed", m));
5223         SLIST_INIT(&free);
5224         lock = VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m);
5225         pvh = (m->flags & PG_FICTITIOUS) != 0 ? &pv_dummy :
5226             pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
5227 retry:
5228         rw_wlock(lock);
5229         while ((pv = TAILQ_FIRST(&pvh->pv_list)) != NULL) {
5230                 pmap = PV_PMAP(pv);
5231                 if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
5232                         pvh_gen = pvh->pv_gen;
5233                         rw_wunlock(lock);
5234                         PMAP_LOCK(pmap);
5235                         rw_wlock(lock);
5236                         if (pvh_gen != pvh->pv_gen) {
5237                                 rw_wunlock(lock);
5238                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
5239                                 goto retry;
5240                         }
5241                 }
5242                 va = pv->pv_va;
5243                 pde = pmap_pde(pmap, va);
5244                 (void)pmap_demote_pde_locked(pmap, pde, va, &lock);
5245                 PMAP_UNLOCK(pmap);
5246         }
5247         while ((pv = TAILQ_FIRST(&m->md.pv_list)) != NULL) {
5248                 pmap = PV_PMAP(pv);
5249                 if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
5250                         pvh_gen = pvh->pv_gen;
5251                         md_gen = m->md.pv_gen;
5252                         rw_wunlock(lock);
5253                         PMAP_LOCK(pmap);
5254                         rw_wlock(lock);
5255                         if (pvh_gen != pvh->pv_gen || md_gen != m->md.pv_gen) {
5256                                 rw_wunlock(lock);
5257                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
5258                                 goto retry;
5259                         }
5260                 }
5261                 PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
5262                 PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
5263                 PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
5264                 pmap_resident_count_dec(pmap, 1);
5265                 pde = pmap_pde(pmap, pv->pv_va);
5266                 KASSERT((*pde & PG_PS) == 0, ("pmap_remove_all: found"
5267                     " a 2mpage in page %p's pv list", m));
5268                 pte = pmap_pde_to_pte(pde, pv->pv_va);
5269                 tpte = pte_load_clear(pte);
5270                 if (tpte & PG_W)
5271                         pmap->pm_stats.wired_count--;
5272                 if (tpte & PG_A)
5273                         vm_page_aflag_set(m, PGA_REFERENCED);
5274
5275                 /*
5276                  * Update the vm_page_t clean and reference bits.
5277                  */
5278                 if ((tpte & (PG_M | PG_RW)) == (PG_M | PG_RW))
5279                         vm_page_dirty(m);
5280                 pmap_unuse_pt(pmap, pv->pv_va, *pde, &free);
5281                 pmap_invalidate_page(pmap, pv->pv_va);
5282                 TAILQ_REMOVE(&m->md.pv_list, pv, pv_next);
5283                 m->md.pv_gen++;
5284                 free_pv_entry(pmap, pv);
5285                 PMAP_UNLOCK(pmap);
5286         }
5287         vm_page_aflag_clear(m, PGA_WRITEABLE);
5288         rw_wunlock(lock);
5289         pmap_delayed_invl_wait(m);
5290         vm_page_free_pages_toq(&free, true);
5291 }
5292
5293 /*
5294  * pmap_protect_pde: do the things to protect a 2mpage in a process
5295  */
5296 static boolean_t
5297 pmap_protect_pde(pmap_t pmap, pd_entry_t *pde, vm_offset_t sva, vm_prot_t prot)
5298 {
5299         pd_entry_t newpde, oldpde;
5300         vm_page_t m, mt;
5301         boolean_t anychanged;
5302         pt_entry_t PG_G, PG_M, PG_RW;
5303
5304         PG_G = pmap_global_bit(pmap);
5305         PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
5306         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
5307
5308         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
5309         KASSERT((sva & PDRMASK) == 0,
5310             ("pmap_protect_pde: sva is not 2mpage aligned"));
5311         anychanged = FALSE;
5312 retry:
5313         oldpde = newpde = *pde;
5314         if ((prot & VM_PROT_WRITE) == 0) {
5315                 if ((oldpde & (PG_MANAGED | PG_M | PG_RW)) ==
5316                     (PG_MANAGED | PG_M | PG_RW)) {
5317                         m = PHYS_TO_VM_PAGE(oldpde & PG_PS_FRAME);
5318                         for (mt = m; mt < &m[NBPDR / PAGE_SIZE]; mt++)
5319                                 vm_page_dirty(mt);
5320                 }
5321                 newpde &= ~(PG_RW | PG_M);
5322         }
5323         if ((prot & VM_PROT_EXECUTE) == 0)
5324                 newpde |= pg_nx;
5325         if (newpde != oldpde) {
5326                 /*
5327                  * As an optimization to future operations on this PDE, clear
5328                  * PG_PROMOTED.  The impending invalidation will remove any
5329                  * lingering 4KB page mappings from the TLB.
5330                  */
5331                 if (!atomic_cmpset_long(pde, oldpde, newpde & ~PG_PROMOTED))
5332                         goto retry;
5333                 if ((oldpde & PG_G) != 0)
5334                         pmap_invalidate_pde_page(kernel_pmap, sva, oldpde);
5335                 else
5336                         anychanged = TRUE;
5337         }
5338         return (anychanged);
5339 }
5340
5341 /*
5342  *      Set the physical protection on the
5343  *      specified range of this map as requested.
5344  */
5345 void
5346 pmap_protect(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva, vm_prot_t prot)
5347 {
5348         vm_offset_t va_next;
5349         pml4_entry_t *pml4e;
5350         pdp_entry_t *pdpe;
5351         pd_entry_t ptpaddr, *pde;
5352         pt_entry_t *pte, PG_G, PG_M, PG_RW, PG_V;
5353         boolean_t anychanged;
5354
5355         KASSERT((prot & ~VM_PROT_ALL) == 0, ("invalid prot %x", prot));
5356         if (prot == VM_PROT_NONE) {
5357                 pmap_remove(pmap, sva, eva);
5358                 return;
5359         }
5360
5361         if ((prot & (VM_PROT_WRITE|VM_PROT_EXECUTE)) ==
5362             (VM_PROT_WRITE|VM_PROT_EXECUTE))
5363                 return;
5364
5365         PG_G = pmap_global_bit(pmap);
5366         PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
5367         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
5368         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
5369         anychanged = FALSE;
5370
5371         /*
5372          * Although this function delays and batches the invalidation
5373          * of stale TLB entries, it does not need to call
5374          * pmap_delayed_invl_start() and
5375          * pmap_delayed_invl_finish(), because it does not
5376          * ordinarily destroy mappings.  Stale TLB entries from
5377          * protection-only changes need only be invalidated before the
5378          * pmap lock is released, because protection-only changes do
5379          * not destroy PV entries.  Even operations that iterate over
5380          * a physical page's PV list of mappings, like
5381          * pmap_remove_write(), acquire the pmap lock for each
5382          * mapping.  Consequently, for protection-only changes, the
5383          * pmap lock suffices to synchronize both page table and TLB
5384          * updates.
5385          *
5386          * This function only destroys a mapping if pmap_demote_pde()
5387          * fails.  In that case, stale TLB entries are immediately
5388          * invalidated.
5389          */
5390         
5391         PMAP_LOCK(pmap);
5392         for (; sva < eva; sva = va_next) {
5393
5394                 pml4e = pmap_pml4e(pmap, sva);
5395                 if ((*pml4e & PG_V) == 0) {
5396                         va_next = (sva + NBPML4) & ~PML4MASK;
5397                         if (va_next < sva)
5398                                 va_next = eva;
5399                         continue;
5400                 }
5401
5402                 pdpe = pmap_pml4e_to_pdpe(pml4e, sva);
5403                 if ((*pdpe & PG_V) == 0) {
5404                         va_next = (sva + NBPDP) & ~PDPMASK;
5405                         if (va_next < sva)
5406                                 va_next = eva;
5407                         continue;
5408                 }
5409
5410                 va_next = (sva + NBPDR) & ~PDRMASK;
5411                 if (va_next < sva)
5412                         va_next = eva;
5413
5414                 pde = pmap_pdpe_to_pde(pdpe, sva);
5415                 ptpaddr = *pde;
5416
5417                 /*
5418                  * Weed out invalid mappings.
5419                  */
5420                 if (ptpaddr == 0)
5421                         continue;
5422
5423                 /*
5424                  * Check for large page.
5425                  */
5426                 if ((ptpaddr & PG_PS) != 0) {
5427                         /*
5428                          * Are we protecting the entire large page?  If not,
5429                          * demote the mapping and fall through.
5430                          */
5431                         if (sva + NBPDR == va_next && eva >= va_next) {
5432                                 /*
5433                                  * The TLB entry for a PG_G mapping is
5434                                  * invalidated by pmap_protect_pde().
5435                                  */
5436                                 if (pmap_protect_pde(pmap, pde, sva, prot))
5437                                         anychanged = TRUE;
5438                                 continue;
5439                         } else if (!pmap_demote_pde(pmap, pde, sva)) {
5440                                 /*
5441                                  * The large page mapping was destroyed.
5442                                  */
5443                                 continue;
5444                         }
5445                 }
5446
5447                 if (va_next > eva)
5448                         va_next = eva;
5449
5450                 for (pte = pmap_pde_to_pte(pde, sva); sva != va_next; pte++,
5451                     sva += PAGE_SIZE) {
5452                         pt_entry_t obits, pbits;
5453                         vm_page_t m;
5454
5455 retry:
5456                         obits = pbits = *pte;
5457                         if ((pbits & PG_V) == 0)
5458                                 continue;
5459
5460                         if ((prot & VM_PROT_WRITE) == 0) {
5461                                 if ((pbits & (PG_MANAGED | PG_M | PG_RW)) ==
5462                                     (PG_MANAGED | PG_M | PG_RW)) {
5463                                         m = PHYS_TO_VM_PAGE(pbits & PG_FRAME);
5464                                         vm_page_dirty(m);
5465                                 }
5466                                 pbits &= ~(PG_RW | PG_M);
5467                         }
5468                         if ((prot & VM_PROT_EXECUTE) == 0)
5469                                 pbits |= pg_nx;
5470
5471                         if (pbits != obits) {
5472                                 if (!atomic_cmpset_long(pte, obits, pbits))
5473                                         goto retry;
5474                                 if (obits & PG_G)
5475                                         pmap_invalidate_page(pmap, sva);
5476                                 else
5477                                         anychanged = TRUE;
5478                         }
5479                 }
5480         }
5481         if (anychanged)
5482                 pmap_invalidate_all(pmap);
5483         PMAP_UNLOCK(pmap);
5484 }
5485
5486 #if VM_NRESERVLEVEL > 0
5487 /*
5488  * Tries to promote the 512, contiguous 4KB page mappings that are within a
5489  * single page table page (PTP) to a single 2MB page mapping.  For promotion
5490  * to occur, two conditions must be met: (1) the 4KB page mappings must map
5491  * aligned, contiguous physical memory and (2) the 4KB page mappings must have
5492  * identical characteristics. 
5493  */
5494 static void
5495 pmap_promote_pde(pmap_t pmap, pd_entry_t *pde, vm_offset_t va,
5496     struct rwlock **lockp)
5497 {
5498         pd_entry_t newpde;
5499         pt_entry_t *firstpte, oldpte, pa, *pte;
5500         pt_entry_t PG_G, PG_A, PG_M, PG_RW, PG_V, PG_PKU_MASK;
5501         vm_page_t mpte;
5502         int PG_PTE_CACHE;
5503
5504         PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
5505         PG_G = pmap_global_bit(pmap);
5506         PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
5507         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
5508         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
5509         PG_PKU_MASK = pmap_pku_mask_bit(pmap);
5510         PG_PTE_CACHE = pmap_cache_mask(pmap, 0);
5511
5512         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
5513
5514         /*
5515          * Examine the first PTE in the specified PTP.  Abort if this PTE is
5516          * either invalid, unused, or does not map the first 4KB physical page
5517          * within a 2MB page. 
5518          */
5519         firstpte = (pt_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(*pde & PG_FRAME);
5520 setpde:
5521         newpde = *firstpte;
5522         if ((newpde & ((PG_FRAME & PDRMASK) | PG_A | PG_V)) != (PG_A | PG_V)) {
5523                 atomic_add_long(&pmap_pde_p_failures, 1);
5524                 CTR2(KTR_PMAP, "pmap_promote_pde: failure for va %#lx"
5525                     " in pmap %p", va, pmap);
5526                 return;
5527         }
5528         if ((newpde & (PG_M | PG_RW)) == PG_RW) {
5529                 /*
5530                  * When PG_M is already clear, PG_RW can be cleared without
5531                  * a TLB invalidation.
5532                  */
5533                 if (!atomic_cmpset_long(firstpte, newpde, newpde & ~PG_RW))
5534                         goto setpde;
5535                 newpde &= ~PG_RW;
5536         }
5537
5538         /*
5539          * Examine each of the other PTEs in the specified PTP.  Abort if this
5540          * PTE maps an unexpected 4KB physical page or does not have identical
5541          * characteristics to the first PTE.
5542          */
5543         pa = (newpde & (PG_PS_FRAME | PG_A | PG_V)) + NBPDR - PAGE_SIZE;
5544         for (pte = firstpte + NPTEPG - 1; pte > firstpte; pte--) {
5545 setpte:
5546                 oldpte = *pte;
5547                 if ((oldpte & (PG_FRAME | PG_A | PG_V)) != pa) {
5548                         atomic_add_long(&pmap_pde_p_failures, 1);
5549                         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_promote_pde: failure for va %#lx"
5550                             " in pmap %p", va, pmap);
5551                         return;
5552                 }
5553                 if ((oldpte & (PG_M | PG_RW)) == PG_RW) {
5554                         /*
5555                          * When PG_M is already clear, PG_RW can be cleared
5556                          * without a TLB invalidation.
5557                          */
5558                         if (!atomic_cmpset_long(pte, oldpte, oldpte & ~PG_RW))
5559                                 goto setpte;
5560                         oldpte &= ~PG_RW;
5561                         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_promote_pde: protect for va %#lx"
5562                             " in pmap %p", (oldpte & PG_FRAME & PDRMASK) |
5563                             (va & ~PDRMASK), pmap);
5564                 }
5565                 if ((oldpte & PG_PTE_PROMOTE) != (newpde & PG_PTE_PROMOTE)) {
5566                         atomic_add_long(&pmap_pde_p_failures, 1);
5567                         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_promote_pde: failure for va %#lx"
5568                             " in pmap %p", va, pmap);
5569                         return;
5570                 }
5571                 pa -= PAGE_SIZE;
5572         }
5573
5574         /*
5575          * Save the page table page in its current state until the PDE
5576          * mapping the superpage is demoted by pmap_demote_pde() or
5577          * destroyed by pmap_remove_pde(). 
5578          */
5579         mpte = PHYS_TO_VM_PAGE(*pde & PG_FRAME);
5580         KASSERT(mpte >= vm_page_array &&
5581             mpte < &vm_page_array[vm_page_array_size],
5582             ("pmap_promote_pde: page table page is out of range"));
5583         KASSERT(mpte->pindex == pmap_pde_pindex(va),
5584             ("pmap_promote_pde: page table page's pindex is wrong"));
5585         if (pmap_insert_pt_page(pmap, mpte, true)) {
5586                 atomic_add_long(&pmap_pde_p_failures, 1);
5587                 CTR2(KTR_PMAP,
5588                     "pmap_promote_pde: failure for va %#lx in pmap %p", va,
5589                     pmap);
5590                 return;
5591         }
5592
5593         /*
5594          * Promote the pv entries.
5595          */
5596         if ((newpde & PG_MANAGED) != 0)
5597                 pmap_pv_promote_pde(pmap, va, newpde & PG_PS_FRAME, lockp);
5598
5599         /*
5600          * Propagate the PAT index to its proper position.
5601          */
5602         newpde = pmap_swap_pat(pmap, newpde);
5603
5604         /*
5605          * Map the superpage.
5606          */
5607         if (workaround_erratum383)
5608                 pmap_update_pde(pmap, va, pde, PG_PS | newpde);
5609         else
5610                 pde_store(pde, PG_PROMOTED | PG_PS | newpde);
5611
5612         atomic_add_long(&pmap_pde_promotions, 1);
5613         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_promote_pde: success for va %#lx"
5614             " in pmap %p", va, pmap);
5615 }
5616 #endif /* VM_NRESERVLEVEL > 0 */
5617
5618 /*
5619  *      Insert the given physical page (p) at
5620  *      the specified virtual address (v) in the
5621  *      target physical map with the protection requested.
5622  *
5623  *      If specified, the page will be wired down, meaning
5624  *      that the related pte can not be reclaimed.
5625  *
5626  *      NB:  This is the only routine which MAY NOT lazy-evaluate
5627  *      or lose information.  That is, this routine must actually
5628  *      insert this page into the given map NOW.
5629  *
5630  *      When destroying both a page table and PV entry, this function
5631  *      performs the TLB invalidation before releasing the PV list
5632  *      lock, so we do not need pmap_delayed_invl_page() calls here.
5633  */
5634 int
5635 pmap_enter(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m, vm_prot_t prot,
5636     u_int flags, int8_t psind)
5637 {
5638         struct rwlock *lock;
5639         pd_entry_t *pde;
5640         pt_entry_t *pte, PG_G, PG_A, PG_M, PG_RW, PG_V;
5641         pt_entry_t newpte, origpte;
5642         pv_entry_t pv;
5643         vm_paddr_t opa, pa;
5644         vm_page_t mpte, om;
5645         int rv;
5646         boolean_t nosleep;
5647
5648         PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
5649         PG_G = pmap_global_bit(pmap);
5650         PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
5651         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
5652         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
5653
5654         va = trunc_page(va);
5655         KASSERT(va <= VM_MAX_KERNEL_ADDRESS, ("pmap_enter: toobig"));
5656         KASSERT(va < UPT_MIN_ADDRESS || va >= UPT_MAX_ADDRESS,
5657             ("pmap_enter: invalid to pmap_enter page table pages (va: 0x%lx)",
5658             va));
5659         KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) != 0 || va < kmi.clean_sva ||
5660             va >= kmi.clean_eva,
5661             ("pmap_enter: managed mapping within the clean submap"));
5662         if ((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0 && !vm_page_xbusied(m))
5663                 VM_OBJECT_ASSERT_LOCKED(m->object);
5664         KASSERT((flags & PMAP_ENTER_RESERVED) == 0,
5665             ("pmap_enter: flags %u has reserved bits set", flags));
5666         pa = VM_PAGE_TO_PHYS(m);
5667         newpte = (pt_entry_t)(pa | PG_A | PG_V);
5668         if ((flags & VM_PROT_WRITE) != 0)
5669                 newpte |= PG_M;
5670         if ((prot & VM_PROT_WRITE) != 0)
5671                 newpte |= PG_RW;
5672         KASSERT((newpte & (PG_M | PG_RW)) != PG_M,
5673             ("pmap_enter: flags includes VM_PROT_WRITE but prot doesn't"));
5674         if ((prot & VM_PROT_EXECUTE) == 0)
5675                 newpte |= pg_nx;
5676         if ((flags & PMAP_ENTER_WIRED) != 0)
5677                 newpte |= PG_W;
5678         if (va < VM_MAXUSER_ADDRESS)
5679                 newpte |= PG_U;
5680         if (pmap == kernel_pmap)
5681                 newpte |= PG_G;
5682         newpte |= pmap_cache_bits(pmap, m->md.pat_mode, psind > 0);
5683
5684         /*
5685          * Set modified bit gratuitously for writeable mappings if
5686          * the page is unmanaged. We do not want to take a fault
5687          * to do the dirty bit accounting for these mappings.
5688          */
5689         if ((m->oflags & VPO_UNMANAGED) != 0) {
5690                 if ((newpte & PG_RW) != 0)
5691                         newpte |= PG_M;
5692         } else
5693                 newpte |= PG_MANAGED;
5694
5695         lock = NULL;
5696         PMAP_LOCK(pmap);
5697         if (psind == 1) {
5698                 /* Assert the required virtual and physical alignment. */ 
5699                 KASSERT((va & PDRMASK) == 0, ("pmap_enter: va unaligned"));
5700                 KASSERT(m->psind > 0, ("pmap_enter: m->psind < psind"));
5701                 rv = pmap_enter_pde(pmap, va, newpte | PG_PS, flags, m, &lock);
5702                 goto out;
5703         }
5704         mpte = NULL;
5705
5706         /*
5707          * In the case that a page table page is not
5708          * resident, we are creating it here.
5709          */
5710 retry:
5711         pde = pmap_pde(pmap, va);
5712         if (pde != NULL && (*pde & PG_V) != 0 && ((*pde & PG_PS) == 0 ||
5713             pmap_demote_pde_locked(pmap, pde, va, &lock))) {
5714                 pte = pmap_pde_to_pte(pde, va);
5715                 if (va < VM_MAXUSER_ADDRESS && mpte == NULL) {
5716                         mpte = PHYS_TO_VM_PAGE(*pde & PG_FRAME);
5717                         mpte->ref_count++;
5718                 }
5719         } else if (va < VM_MAXUSER_ADDRESS) {
5720                 /*
5721                  * Here if the pte page isn't mapped, or if it has been
5722                  * deallocated.
5723                  */
5724                 nosleep = (flags & PMAP_ENTER_NOSLEEP) != 0;
5725                 mpte = _pmap_allocpte(pmap, pmap_pde_pindex(va),
5726                     nosleep ? NULL : &lock);
5727                 if (mpte == NULL && nosleep) {
5728                         rv = KERN_RESOURCE_SHORTAGE;
5729                         goto out;
5730                 }
5731                 goto retry;
5732         } else
5733                 panic("pmap_enter: invalid page directory va=%#lx", va);
5734
5735         origpte = *pte;
5736         pv = NULL;
5737         if (va < VM_MAXUSER_ADDRESS && pmap->pm_type == PT_X86)
5738                 newpte |= pmap_pkru_get(pmap, va);
5739
5740         /*
5741          * Is the specified virtual address already mapped?
5742          */
5743         if ((origpte & PG_V) != 0) {
5744                 /*
5745                  * Wiring change, just update stats. We don't worry about
5746                  * wiring PT pages as they remain resident as long as there
5747                  * are valid mappings in them. Hence, if a user page is wired,
5748                  * the PT page will be also.
5749                  */
5750                 if ((newpte & PG_W) != 0 && (origpte & PG_W) == 0)
5751                         pmap->pm_stats.wired_count++;
5752                 else if ((newpte & PG_W) == 0 && (origpte & PG_W) != 0)
5753                         pmap->pm_stats.wired_count--;
5754
5755                 /*
5756                  * Remove the extra PT page reference.
5757                  */
5758                 if (mpte != NULL) {
5759                         mpte->ref_count--;
5760                         KASSERT(mpte->ref_count > 0,
5761                             ("pmap_enter: missing reference to page table page,"
5762                              " va: 0x%lx", va));
5763                 }
5764
5765                 /*
5766                  * Has the physical page changed?
5767                  */
5768                 opa = origpte & PG_FRAME;
5769                 if (opa == pa) {
5770                         /*
5771                          * No, might be a protection or wiring change.
5772                          */
5773                         if ((origpte & PG_MANAGED) != 0 &&
5774                             (newpte & PG_RW) != 0)
5775                                 vm_page_aflag_set(m, PGA_WRITEABLE);
5776                         if (((origpte ^ newpte) & ~(PG_M | PG_A)) == 0)
5777                                 goto unchanged;
5778                         goto validate;
5779                 }
5780
5781                 /*
5782                  * The physical page has changed.  Temporarily invalidate
5783                  * the mapping.  This ensures that all threads sharing the
5784                  * pmap keep a consistent view of the mapping, which is
5785                  * necessary for the correct handling of COW faults.  It
5786                  * also permits reuse of the old mapping's PV entry,
5787                  * avoiding an allocation.
5788                  *
5789                  * For consistency, handle unmanaged mappings the same way.
5790                  */
5791                 origpte = pte_load_clear(pte);
5792                 KASSERT((origpte & PG_FRAME) == opa,
5793                     ("pmap_enter: unexpected pa update for %#lx", va));
5794                 if ((origpte & PG_MANAGED) != 0) {
5795                         om = PHYS_TO_VM_PAGE(opa);
5796
5797                         /*
5798                          * The pmap lock is sufficient to synchronize with
5799                          * concurrent calls to pmap_page_test_mappings() and
5800                          * pmap_ts_referenced().
5801                          */
5802                         if ((origpte & (PG_M | PG_RW)) == (PG_M | PG_RW))
5803                                 vm_page_dirty(om);
5804                         if ((origpte & PG_A) != 0)
5805                                 vm_page_aflag_set(om, PGA_REFERENCED);
5806                         CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_PHYS(&lock, opa);
5807                         pv = pmap_pvh_remove(&om->md, pmap, va);
5808                         KASSERT(pv != NULL,
5809                             ("pmap_enter: no PV entry for %#lx", va));
5810                         if ((newpte & PG_MANAGED) == 0)
5811                                 free_pv_entry(pmap, pv);
5812                         if ((om->aflags & PGA_WRITEABLE) != 0 &&
5813                             TAILQ_EMPTY(&om->md.pv_list) &&
5814                             ((om->flags & PG_FICTITIOUS) != 0 ||
5815                             TAILQ_EMPTY(&pa_to_pvh(opa)->pv_list)))
5816                                 vm_page_aflag_clear(om, PGA_WRITEABLE);
5817                 }
5818                 if ((origpte & PG_A) != 0)
5819                         pmap_invalidate_page(pmap, va);
5820                 origpte = 0;
5821         } else {
5822                 /*
5823                  * Increment the counters.
5824                  */
5825                 if ((newpte & PG_W) != 0)
5826                         pmap->pm_stats.wired_count++;
5827                 pmap_resident_count_inc(pmap, 1);
5828         }
5829
5830         /*
5831          * Enter on the PV list if part of our managed memory.
5832          */
5833         if ((newpte & PG_MANAGED) != 0) {
5834                 if (pv == NULL) {
5835                         pv = get_pv_entry(pmap, &lock);
5836                         pv->pv_va = va;
5837                 }
5838                 CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_PHYS(&lock, pa);
5839                 TAILQ_INSERT_TAIL(&m->md.pv_list, pv, pv_next);
5840                 m->md.pv_gen++;
5841                 if ((newpte & PG_RW) != 0)
5842                         vm_page_aflag_set(m, PGA_WRITEABLE);
5843         }
5844
5845         /*
5846          * Update the PTE.
5847          */
5848         if ((origpte & PG_V) != 0) {
5849 validate:
5850                 origpte = pte_load_store(pte, newpte);
5851                 KASSERT((origpte & PG_FRAME) == pa,
5852                     ("pmap_enter: unexpected pa update for %#lx", va));
5853                 if ((newpte & PG_M) == 0 && (origpte & (PG_M | PG_RW)) ==
5854                     (PG_M | PG_RW)) {
5855                         if ((origpte & PG_MANAGED) != 0)
5856                                 vm_page_dirty(m);
5857
5858                         /*
5859                          * Although the PTE may still have PG_RW set, TLB
5860                          * invalidation may nonetheless be required because
5861                          * the PTE no longer has PG_M set.
5862                          */
5863                 } else if ((origpte & PG_NX) != 0 || (newpte & PG_NX) == 0) {
5864                         /*
5865                          * This PTE change does not require TLB invalidation.
5866                          */
5867                         goto unchanged;
5868                 }
5869                 if ((origpte & PG_A) != 0)
5870                         pmap_invalidate_page(pmap, va);
5871         } else
5872                 pte_store(pte, newpte);
5873
5874 unchanged:
5875
5876 #if VM_NRESERVLEVEL > 0
5877         /*
5878          * If both the page table page and the reservation are fully
5879          * populated, then attempt promotion.
5880          */
5881         if ((mpte == NULL || mpte->ref_count == NPTEPG) &&
5882             pmap_ps_enabled(pmap) &&
5883             (m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0 &&
5884             vm_reserv_level_iffullpop(m) == 0)
5885                 pmap_promote_pde(pmap, pde, va, &lock);
5886 #endif
5887
5888         rv = KERN_SUCCESS;
5889 out:
5890         if (lock != NULL)
5891                 rw_wunlock(lock);
5892         PMAP_UNLOCK(pmap);
5893         return (rv);
5894 }
5895
5896 /*
5897  * Tries to create a read- and/or execute-only 2MB page mapping.  Returns true
5898  * if successful.  Returns false if (1) a page table page cannot be allocated
5899  * without sleeping, (2) a mapping already exists at the specified virtual
5900  * address, or (3) a PV entry cannot be allocated without reclaiming another
5901  * PV entry.
5902  */
5903 static bool
5904 pmap_enter_2mpage(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m, vm_prot_t prot,
5905     struct rwlock **lockp)
5906 {
5907         pd_entry_t newpde;
5908         pt_entry_t PG_V;
5909
5910         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
5911         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
5912         newpde = VM_PAGE_TO_PHYS(m) | pmap_cache_bits(pmap, m->md.pat_mode, 1) |
5913             PG_PS | PG_V;
5914         if ((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0)
5915                 newpde |= PG_MANAGED;
5916         if ((prot & VM_PROT_EXECUTE) == 0)
5917                 newpde |= pg_nx;
5918         if (va < VM_MAXUSER_ADDRESS)
5919                 newpde |= PG_U;
5920         return (pmap_enter_pde(pmap, va, newpde, PMAP_ENTER_NOSLEEP |
5921             PMAP_ENTER_NOREPLACE | PMAP_ENTER_NORECLAIM, NULL, lockp) ==
5922             KERN_SUCCESS);
5923 }
5924
5925 /*
5926  * Tries to create the specified 2MB page mapping.  Returns KERN_SUCCESS if
5927  * the mapping was created, and either KERN_FAILURE or KERN_RESOURCE_SHORTAGE
5928  * otherwise.  Returns KERN_FAILURE if PMAP_ENTER_NOREPLACE was specified and
5929  * a mapping already exists at the specified virtual address.  Returns
5930  * KERN_RESOURCE_SHORTAGE if PMAP_ENTER_NOSLEEP was specified and a page table
5931  * page allocation failed.  Returns KERN_RESOURCE_SHORTAGE if
5932  * PMAP_ENTER_NORECLAIM was specified and a PV entry allocation failed.
5933  *
5934  * The parameter "m" is only used when creating a managed, writeable mapping.
5935  */
5936 static int
5937 pmap_enter_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t newpde, u_int flags,
5938     vm_page_t m, struct rwlock **lockp)
5939 {
5940         struct spglist free;
5941         pd_entry_t oldpde, *pde;
5942         pt_entry_t PG_G, PG_RW, PG_V;
5943         vm_page_t mt, pdpg;
5944
5945         KASSERT(pmap == kernel_pmap || (newpde & PG_W) == 0,
5946             ("pmap_enter_pde: cannot create wired user mapping"));
5947         PG_G = pmap_global_bit(pmap);
5948         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
5949         KASSERT((newpde & (pmap_modified_bit(pmap) | PG_RW)) != PG_RW,
5950             ("pmap_enter_pde: newpde is missing PG_M"));
5951         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
5952         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
5953
5954         if ((pdpg = pmap_allocpde(pmap, va, (flags & PMAP_ENTER_NOSLEEP) != 0 ?
5955             NULL : lockp)) == NULL) {
5956                 CTR2(KTR_PMAP, "pmap_enter_pde: failure for va %#lx"
5957                     " in pmap %p", va, pmap);
5958                 return (KERN_RESOURCE_SHORTAGE);
5959         }
5960
5961         /*
5962          * If pkru is not same for the whole pde range, return failure
5963          * and let vm_fault() cope.  Check after pde allocation, since
5964          * it could sleep.
5965          */
5966         if (!pmap_pkru_same(pmap, va, va + NBPDR)) {
5967                 SLIST_INIT(&free);
5968                 if (pmap_unwire_ptp(pmap, va, pdpg, &free)) {
5969                         pmap_invalidate_page(pmap, va);
5970                         vm_page_free_pages_toq(&free, true);
5971                 }
5972                 return (KERN_FAILURE);
5973         }
5974         if (va < VM_MAXUSER_ADDRESS && pmap->pm_type == PT_X86) {
5975                 newpde &= ~X86_PG_PKU_MASK;
5976                 newpde |= pmap_pkru_get(pmap, va);
5977         }
5978
5979         pde = (pd_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(pdpg));
5980         pde = &pde[pmap_pde_index(va)];
5981         oldpde = *pde;
5982         if ((oldpde & PG_V) != 0) {
5983                 KASSERT(pdpg->ref_count > 1,
5984                     ("pmap_enter_pde: pdpg's reference count is too low"));
5985                 if ((flags & PMAP_ENTER_NOREPLACE) != 0) {
5986                         pdpg->ref_count--;
5987                         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_enter_pde: failure for va %#lx"
5988                             " in pmap %p", va, pmap);
5989                         return (KERN_FAILURE);
5990                 }
5991                 /* Break the existing mapping(s). */
5992                 SLIST_INIT(&free);
5993                 if ((oldpde & PG_PS) != 0) {
5994                         /*
5995                          * The reference to the PD page that was acquired by
5996                          * pmap_allocpde() ensures that it won't be freed.
5997                          * However, if the PDE resulted from a promotion, then
5998                          * a reserved PT page could be freed.
5999                          */
6000                         (void)pmap_remove_pde(pmap, pde, va, &free, lockp);
6001                         if ((oldpde & PG_G) == 0)
6002                                 pmap_invalidate_pde_page(pmap, va, oldpde);
6003                 } else {
6004                         pmap_delayed_invl_start();
6005                         if (pmap_remove_ptes(pmap, va, va + NBPDR, pde, &free,
6006                             lockp))
6007                                pmap_invalidate_all(pmap);
6008                         pmap_delayed_invl_finish();
6009                 }
6010                 vm_page_free_pages_toq(&free, true);
6011                 if (va >= VM_MAXUSER_ADDRESS) {
6012                         /*
6013                          * Both pmap_remove_pde() and pmap_remove_ptes() will
6014                          * leave the kernel page table page zero filled.
6015                          */
6016                         mt = PHYS_TO_VM_PAGE(*pde & PG_FRAME);
6017                         if (pmap_insert_pt_page(pmap, mt, false))
6018                                 panic("pmap_enter_pde: trie insert failed");
6019                 } else
6020                         KASSERT(*pde == 0, ("pmap_enter_pde: non-zero pde %p",
6021                             pde));
6022         }
6023         if ((newpde & PG_MANAGED) != 0) {
6024                 /*
6025                  * Abort this mapping if its PV entry could not be created.
6026                  */
6027                 if (!pmap_pv_insert_pde(pmap, va, newpde, flags, lockp)) {
6028                         SLIST_INIT(&free);
6029                         if (pmap_unwire_ptp(pmap, va, pdpg, &free)) {
6030                                 /*
6031                                  * Although "va" is not mapped, paging-
6032                                  * structure caches could nonetheless have
6033                                  * entries that refer to the freed page table
6034                                  * pages.  Invalidate those entries.
6035                                  */
6036                                 pmap_invalidate_page(pmap, va);
6037                                 vm_page_free_pages_toq(&free, true);
6038                         }
6039                         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_enter_pde: failure for va %#lx"
6040                             " in pmap %p", va, pmap);
6041                         return (KERN_RESOURCE_SHORTAGE);
6042                 }
6043                 if ((newpde & PG_RW) != 0) {
6044                         for (mt = m; mt < &m[NBPDR / PAGE_SIZE]; mt++)
6045                                 vm_page_aflag_set(mt, PGA_WRITEABLE);
6046                 }
6047         }
6048
6049         /*
6050          * Increment counters.
6051          */
6052         if ((newpde & PG_W) != 0)
6053                 pmap->pm_stats.wired_count += NBPDR / PAGE_SIZE;
6054         pmap_resident_count_inc(pmap, NBPDR / PAGE_SIZE);
6055
6056         /*
6057          * Map the superpage.  (This is not a promoted mapping; there will not
6058          * be any lingering 4KB page mappings in the TLB.)
6059          */
6060         pde_store(pde, newpde);
6061
6062         atomic_add_long(&pmap_pde_mappings, 1);
6063         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_enter_pde: success for va %#lx"
6064             " in pmap %p", va, pmap);
6065         return (KERN_SUCCESS);
6066 }
6067
6068 /*
6069  * Maps a sequence of resident pages belonging to the same object.
6070  * The sequence begins with the given page m_start.  This page is
6071  * mapped at the given virtual address start.  Each subsequent page is
6072  * mapped at a virtual address that is offset from start by the same
6073  * amount as the page is offset from m_start within the object.  The
6074  * last page in the sequence is the page with the largest offset from
6075  * m_start that can be mapped at a virtual address less than the given
6076  * virtual address end.  Not every virtual page between start and end
6077  * is mapped; only those for which a resident page exists with the
6078  * corresponding offset from m_start are mapped.
6079  */
6080 void
6081 pmap_enter_object(pmap_t pmap, vm_offset_t start, vm_offset_t end,
6082     vm_page_t m_start, vm_prot_t prot)
6083 {
6084         struct rwlock *lock;
6085         vm_offset_t va;
6086         vm_page_t m, mpte;
6087         vm_pindex_t diff, psize;
6088
6089         VM_OBJECT_ASSERT_LOCKED(m_start->object);
6090
6091         psize = atop(end - start);
6092         mpte = NULL;
6093         m = m_start;
6094         lock = NULL;
6095         PMAP_LOCK(pmap);
6096         while (m != NULL && (diff = m->pindex - m_start->pindex) < psize) {
6097                 va = start + ptoa(diff);
6098                 if ((va & PDRMASK) == 0 && va + NBPDR <= end &&
6099                     m->psind == 1 && pmap_ps_enabled(pmap) &&
6100                     pmap_enter_2mpage(pmap, va, m, prot, &lock))
6101                         m = &m[NBPDR / PAGE_SIZE - 1];
6102                 else
6103                         mpte = pmap_enter_quick_locked(pmap, va, m, prot,
6104                             mpte, &lock);
6105                 m = TAILQ_NEXT(m, listq);
6106         }
6107         if (lock != NULL)
6108                 rw_wunlock(lock);
6109         PMAP_UNLOCK(pmap);
6110 }
6111
6112 /*
6113  * this code makes some *MAJOR* assumptions:
6114  * 1. Current pmap & pmap exists.
6115  * 2. Not wired.
6116  * 3. Read access.
6117  * 4. No page table pages.
6118  * but is *MUCH* faster than pmap_enter...
6119  */
6120
6121 void
6122 pmap_enter_quick(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m, vm_prot_t prot)
6123 {
6124         struct rwlock *lock;
6125
6126         lock = NULL;
6127         PMAP_LOCK(pmap);
6128         (void)pmap_enter_quick_locked(pmap, va, m, prot, NULL, &lock);
6129         if (lock != NULL)
6130                 rw_wunlock(lock);
6131         PMAP_UNLOCK(pmap);
6132 }
6133
6134 static vm_page_t
6135 pmap_enter_quick_locked(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m,
6136     vm_prot_t prot, vm_page_t mpte, struct rwlock **lockp)
6137 {
6138         struct spglist free;
6139         pt_entry_t newpte, *pte, PG_V;
6140
6141         KASSERT(va < kmi.clean_sva || va >= kmi.clean_eva ||
6142             (m->oflags & VPO_UNMANAGED) != 0,
6143             ("pmap_enter_quick_locked: managed mapping within the clean submap"));
6144         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
6145         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
6146
6147         /*
6148          * In the case that a page table page is not
6149          * resident, we are creating it here.
6150          */
6151         if (va < VM_MAXUSER_ADDRESS) {
6152                 vm_pindex_t ptepindex;
6153                 pd_entry_t *ptepa;
6154
6155                 /*
6156                  * Calculate pagetable page index
6157                  */
6158                 ptepindex = pmap_pde_pindex(va);
6159                 if (mpte && (mpte->pindex == ptepindex)) {
6160                         mpte->ref_count++;
6161                 } else {
6162                         /*
6163                          * Get the page directory entry
6164                          */
6165                         ptepa = pmap_pde(pmap, va);
6166
6167                         /*
6168                          * If the page table page is mapped, we just increment
6169                          * the hold count, and activate it.  Otherwise, we
6170                          * attempt to allocate a page table page.  If this
6171                          * attempt fails, we don't retry.  Instead, we give up.
6172                          */
6173                         if (ptepa && (*ptepa & PG_V) != 0) {
6174                                 if (*ptepa & PG_PS)
6175                                         return (NULL);
6176                                 mpte = PHYS_TO_VM_PAGE(*ptepa & PG_FRAME);
6177                                 mpte->ref_count++;
6178                         } else {
6179                                 /*
6180                                  * Pass NULL instead of the PV list lock
6181                                  * pointer, because we don't intend to sleep.
6182                                  */
6183                                 mpte = _pmap_allocpte(pmap, ptepindex, NULL);
6184                                 if (mpte == NULL)
6185                                         return (mpte);
6186                         }
6187                 }
6188                 pte = (pt_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(mpte));
6189                 pte = &pte[pmap_pte_index(va)];
6190         } else {
6191                 mpte = NULL;
6192                 pte = vtopte(va);
6193         }
6194         if (*pte) {
6195                 if (mpte != NULL) {
6196                         mpte->ref_count--;
6197                         mpte = NULL;
6198                 }
6199                 return (mpte);
6200         }
6201
6202         /*
6203          * Enter on the PV list if part of our managed memory.
6204          */
6205         if ((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0 &&
6206             !pmap_try_insert_pv_entry(pmap, va, m, lockp)) {
6207                 if (mpte != NULL) {
6208                         SLIST_INIT(&free);
6209                         if (pmap_unwire_ptp(pmap, va, mpte, &free)) {
6210                                 /*
6211                                  * Although "va" is not mapped, paging-
6212                                  * structure caches could nonetheless have
6213                                  * entries that refer to the freed page table
6214                                  * pages.  Invalidate those entries.
6215                                  */
6216                                 pmap_invalidate_page(pmap, va);
6217                                 vm_page_free_pages_toq(&free, true);
6218                         }
6219                         mpte = NULL;
6220                 }
6221                 return (mpte);
6222         }
6223
6224         /*
6225          * Increment counters
6226          */
6227         pmap_resident_count_inc(pmap, 1);
6228
6229         newpte = VM_PAGE_TO_PHYS(m) | PG_V |
6230             pmap_cache_bits(pmap, m->md.pat_mode, 0);
6231         if ((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0)
6232                 newpte |= PG_MANAGED;
6233         if ((prot & VM_PROT_EXECUTE) == 0)
6234                 newpte |= pg_nx;
6235         if (va < VM_MAXUSER_ADDRESS)
6236                 newpte |= PG_U | pmap_pkru_get(pmap, va);
6237         pte_store(pte, newpte);
6238         return (mpte);
6239 }
6240
6241 /*
6242  * Make a temporary mapping for a physical address.  This is only intended
6243  * to be used for panic dumps.
6244  */
6245 void *
6246 pmap_kenter_temporary(vm_paddr_t pa, int i)
6247 {
6248         vm_offset_t va;
6249
6250         va = (vm_offset_t)crashdumpmap + (i * PAGE_SIZE);
6251         pmap_kenter(va, pa);
6252         invlpg(va);
6253         return ((void *)crashdumpmap);
6254 }
6255
6256 /*
6257  * This code maps large physical mmap regions into the
6258  * processor address space.  Note that some shortcuts
6259  * are taken, but the code works.
6260  */
6261 void
6262 pmap_object_init_pt(pmap_t pmap, vm_offset_t addr, vm_object_t object,
6263     vm_pindex_t pindex, vm_size_t size)
6264 {
6265         pd_entry_t *pde;
6266         pt_entry_t PG_A, PG_M, PG_RW, PG_V;
6267         vm_paddr_t pa, ptepa;
6268         vm_page_t p, pdpg;
6269         int pat_mode;
6270
6271         PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
6272         PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
6273         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
6274         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
6275
6276         VM_OBJECT_ASSERT_WLOCKED(object);
6277         KASSERT(object->type == OBJT_DEVICE || object->type == OBJT_SG,
6278             ("pmap_object_init_pt: non-device object"));
6279         if ((addr & (NBPDR - 1)) == 0 && (size & (NBPDR - 1)) == 0) {
6280                 if (!pmap_ps_enabled(pmap))
6281                         return;
6282                 if (!vm_object_populate(object, pindex, pindex + atop(size)))
6283                         return;
6284                 p = vm_page_lookup(object, pindex);
6285                 KASSERT(p->valid == VM_PAGE_BITS_ALL,
6286                     ("pmap_object_init_pt: invalid page %p", p));
6287                 pat_mode = p->md.pat_mode;
6288
6289                 /*
6290                  * Abort the mapping if the first page is not physically
6291                  * aligned to a 2MB page boundary.
6292                  */
6293                 ptepa = VM_PAGE_TO_PHYS(p);
6294                 if (ptepa & (NBPDR - 1))
6295                         return;
6296
6297                 /*
6298                  * Skip the first page.  Abort the mapping if the rest of
6299                  * the pages are not physically contiguous or have differing
6300                  * memory attributes.
6301                  */
6302                 p = TAILQ_NEXT(p, listq);
6303                 for (pa = ptepa + PAGE_SIZE; pa < ptepa + size;
6304                     pa += PAGE_SIZE) {
6305                         KASSERT(p->valid == VM_PAGE_BITS_ALL,
6306                             ("pmap_object_init_pt: invalid page %p", p));
6307                         if (pa != VM_PAGE_TO_PHYS(p) ||
6308                             pat_mode != p->md.pat_mode)
6309                                 return;
6310                         p = TAILQ_NEXT(p, listq);
6311                 }
6312
6313                 /*
6314                  * Map using 2MB pages.  Since "ptepa" is 2M aligned and
6315                  * "size" is a multiple of 2M, adding the PAT setting to "pa"
6316                  * will not affect the termination of this loop.
6317                  */ 
6318                 PMAP_LOCK(pmap);
6319                 for (pa = ptepa | pmap_cache_bits(pmap, pat_mode, 1);
6320                     pa < ptepa + size; pa += NBPDR) {
6321                         pdpg = pmap_allocpde(pmap, addr, NULL);
6322                         if (pdpg == NULL) {
6323                                 /*
6324                                  * The creation of mappings below is only an
6325                                  * optimization.  If a page directory page
6326                                  * cannot be allocated without blocking,
6327                                  * continue on to the next mapping rather than
6328                                  * blocking.
6329                                  */
6330                                 addr += NBPDR;
6331                                 continue;
6332                         }
6333                         pde = (pd_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(pdpg));
6334                         pde = &pde[pmap_pde_index(addr)];
6335                         if ((*pde & PG_V) == 0) {
6336                                 pde_store(pde, pa | PG_PS | PG_M | PG_A |
6337                                     PG_U | PG_RW | PG_V);
6338                                 pmap_resident_count_inc(pmap, NBPDR / PAGE_SIZE);
6339                                 atomic_add_long(&pmap_pde_mappings, 1);
6340                         } else {
6341                                 /* Continue on if the PDE is already valid. */
6342                                 pdpg->ref_count--;
6343                                 KASSERT(pdpg->ref_count > 0,
6344                                     ("pmap_object_init_pt: missing reference "
6345                                     "to page directory page, va: 0x%lx", addr));
6346                         }
6347                         addr += NBPDR;
6348                 }
6349                 PMAP_UNLOCK(pmap);
6350         }
6351 }
6352
6353 /*
6354  *      Clear the wired attribute from the mappings for the specified range of
6355  *      addresses in the given pmap.  Every valid mapping within that range
6356  *      must have the wired attribute set.  In contrast, invalid mappings
6357  *      cannot have the wired attribute set, so they are ignored.
6358  *
6359  *      The wired attribute of the page table entry is not a hardware
6360  *      feature, so there is no need to invalidate any TLB entries.
6361  *      Since pmap_demote_pde() for the wired entry must never fail,
6362  *      pmap_delayed_invl_start()/finish() calls around the
6363  *      function are not needed.
6364  */
6365 void
6366 pmap_unwire(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
6367 {
6368         vm_offset_t va_next;
6369         pml4_entry_t *pml4e;
6370         pdp_entry_t *pdpe;
6371         pd_entry_t *pde;
6372         pt_entry_t *pte, PG_V;
6373
6374         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
6375         PMAP_LOCK(pmap);
6376         for (; sva < eva; sva = va_next) {
6377                 pml4e = pmap_pml4e(pmap, sva);
6378                 if ((*pml4e & PG_V) == 0) {
6379                         va_next = (sva + NBPML4) & ~PML4MASK;
6380                         if (va_next < sva)
6381                                 va_next = eva;
6382                         continue;
6383                 }
6384                 pdpe = pmap_pml4e_to_pdpe(pml4e, sva);
6385                 if ((*pdpe & PG_V) == 0) {
6386                         va_next = (sva + NBPDP) & ~PDPMASK;
6387                         if (va_next < sva)
6388                                 va_next = eva;
6389                         continue;
6390                 }
6391                 va_next = (sva + NBPDR) & ~PDRMASK;
6392                 if (va_next < sva)
6393                         va_next = eva;
6394                 pde = pmap_pdpe_to_pde(pdpe, sva);
6395                 if ((*pde & PG_V) == 0)
6396                         continue;
6397                 if ((*pde & PG_PS) != 0) {
6398                         if ((*pde & PG_W) == 0)
6399                                 panic("pmap_unwire: pde %#jx is missing PG_W",
6400                                     (uintmax_t)*pde);
6401
6402                         /*
6403                          * Are we unwiring the entire large page?  If not,
6404                          * demote the mapping and fall through.
6405                          */
6406                         if (sva + NBPDR == va_next && eva >= va_next) {
6407                                 atomic_clear_long(pde, PG_W);
6408                                 pmap->pm_stats.wired_count -= NBPDR /
6409                                     PAGE_SIZE;
6410                                 continue;
6411                         } else if (!pmap_demote_pde(pmap, pde, sva))
6412                                 panic("pmap_unwire: demotion failed");
6413                 }
6414                 if (va_next > eva)
6415                         va_next = eva;
6416                 for (pte = pmap_pde_to_pte(pde, sva); sva != va_next; pte++,
6417                     sva += PAGE_SIZE) {
6418                         if ((*pte & PG_V) == 0)
6419                                 continue;
6420                         if ((*pte & PG_W) == 0)
6421                                 panic("pmap_unwire: pte %#jx is missing PG_W",
6422                                     (uintmax_t)*pte);
6423
6424                         /*
6425                          * PG_W must be cleared atomically.  Although the pmap
6426                          * lock synchronizes access to PG_W, another processor
6427                          * could be setting PG_M and/or PG_A concurrently.
6428                          */
6429                         atomic_clear_long(pte, PG_W);
6430                         pmap->pm_stats.wired_count--;
6431                 }
6432         }
6433         PMAP_UNLOCK(pmap);
6434 }
6435
6436 /*
6437  *      Copy the range specified by src_addr/len
6438  *      from the source map to the range dst_addr/len
6439  *      in the destination map.
6440  *
6441  *      This routine is only advisory and need not do anything.
6442  */
6443 void
6444 pmap_copy(pmap_t dst_pmap, pmap_t src_pmap, vm_offset_t dst_addr, vm_size_t len,
6445     vm_offset_t src_addr)
6446 {
6447         struct rwlock *lock;
6448         struct spglist free;
6449         pml4_entry_t *pml4e;
6450         pdp_entry_t *pdpe;
6451         pd_entry_t *pde, srcptepaddr;
6452         pt_entry_t *dst_pte, PG_A, PG_M, PG_V, ptetemp, *src_pte;
6453         vm_offset_t addr, end_addr, va_next;
6454         vm_page_t dst_pdpg, dstmpte, srcmpte;
6455
6456         if (dst_addr != src_addr)
6457                 return;
6458
6459         if (dst_pmap->pm_type != src_pmap->pm_type)
6460                 return;
6461
6462         /*
6463          * EPT page table entries that require emulation of A/D bits are
6464          * sensitive to clearing the PG_A bit (aka EPT_PG_READ). Although
6465          * we clear PG_M (aka EPT_PG_WRITE) concomitantly, the PG_U bit
6466          * (aka EPT_PG_EXECUTE) could still be set. Since some EPT
6467          * implementations flag an EPT misconfiguration for exec-only
6468          * mappings we skip this function entirely for emulated pmaps.
6469          */
6470         if (pmap_emulate_ad_bits(dst_pmap))
6471                 return;
6472
6473         end_addr = src_addr + len;
6474         lock = NULL;
6475         if (dst_pmap < src_pmap) {
6476                 PMAP_LOCK(dst_pmap);
6477                 PMAP_LOCK(src_pmap);
6478         } else {
6479                 PMAP_LOCK(src_pmap);
6480                 PMAP_LOCK(dst_pmap);
6481         }
6482
6483         PG_A = pmap_accessed_bit(dst_pmap);
6484         PG_M = pmap_modified_bit(dst_pmap);
6485         PG_V = pmap_valid_bit(dst_pmap);
6486
6487         for (addr = src_addr; addr < end_addr; addr = va_next) {
6488                 KASSERT(addr < UPT_MIN_ADDRESS,
6489                     ("pmap_copy: invalid to pmap_copy page tables"));
6490
6491                 pml4e = pmap_pml4e(src_pmap, addr);
6492                 if ((*pml4e & PG_V) == 0) {
6493                         va_next = (addr + NBPML4) & ~PML4MASK;
6494                         if (va_next < addr)
6495                                 va_next = end_addr;
6496                         continue;
6497                 }
6498
6499                 pdpe = pmap_pml4e_to_pdpe(pml4e, addr);
6500                 if ((*pdpe & PG_V) == 0) {
6501                         va_next = (addr + NBPDP) & ~PDPMASK;
6502                         if (va_next < addr)
6503                                 va_next = end_addr;
6504                         continue;
6505                 }
6506
6507                 va_next = (addr + NBPDR) & ~PDRMASK;
6508                 if (va_next < addr)
6509                         va_next = end_addr;
6510
6511                 pde = pmap_pdpe_to_pde(pdpe, addr);
6512                 srcptepaddr = *pde;
6513                 if (srcptepaddr == 0)
6514                         continue;
6515                         
6516                 if (srcptepaddr & PG_PS) {
6517                         if ((addr & PDRMASK) != 0 || addr + NBPDR > end_addr)
6518                                 continue;
6519                         dst_pdpg = pmap_allocpde(dst_pmap, addr, NULL);
6520                         if (dst_pdpg == NULL)
6521                                 break;
6522                         pde = (pd_entry_t *)
6523                             PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(dst_pdpg));
6524                         pde = &pde[pmap_pde_index(addr)];
6525                         if (*pde == 0 && ((srcptepaddr & PG_MANAGED) == 0 ||
6526                             pmap_pv_insert_pde(dst_pmap, addr, srcptepaddr,
6527                             PMAP_ENTER_NORECLAIM, &lock))) {
6528                                 *pde = srcptepaddr & ~PG_W;
6529                                 pmap_resident_count_inc(dst_pmap, NBPDR /
6530                                     PAGE_SIZE);
6531                                 atomic_add_long(&pmap_pde_mappings, 1);
6532                         } else
6533                                 dst_pdpg->ref_count--;
6534                         continue;
6535                 }
6536
6537                 srcptepaddr &= PG_FRAME;
6538                 srcmpte = PHYS_TO_VM_PAGE(srcptepaddr);
6539                 KASSERT(srcmpte->ref_count > 0,
6540                     ("pmap_copy: source page table page is unused"));
6541
6542                 if (va_next > end_addr)
6543                         va_next = end_addr;
6544
6545                 src_pte = (pt_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(srcptepaddr);
6546                 src_pte = &src_pte[pmap_pte_index(addr)];
6547                 dstmpte = NULL;
6548                 for (; addr < va_next; addr += PAGE_SIZE, src_pte++) {
6549                         ptetemp = *src_pte;
6550
6551                         /*
6552                          * We only virtual copy managed pages.
6553                          */
6554                         if ((ptetemp & PG_MANAGED) == 0)
6555                                 continue;
6556
6557                         if (dstmpte != NULL) {
6558                                 KASSERT(dstmpte->pindex ==
6559                                     pmap_pde_pindex(addr),
6560                                     ("dstmpte pindex/addr mismatch"));
6561                                 dstmpte->ref_count++;
6562                         } else if ((dstmpte = pmap_allocpte(dst_pmap, addr,
6563                             NULL)) == NULL)
6564                                 goto out;
6565                         dst_pte = (pt_entry_t *)
6566                             PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(dstmpte));
6567                         dst_pte = &dst_pte[pmap_pte_index(addr)];
6568                         if (*dst_pte == 0 &&
6569                             pmap_try_insert_pv_entry(dst_pmap, addr,
6570                             PHYS_TO_VM_PAGE(ptetemp & PG_FRAME), &lock)) {
6571                                 /*
6572                                  * Clear the wired, modified, and accessed
6573                                  * (referenced) bits during the copy.
6574                                  */
6575                                 *dst_pte = ptetemp & ~(PG_W | PG_M | PG_A);
6576                                 pmap_resident_count_inc(dst_pmap, 1);
6577                         } else {
6578                                 SLIST_INIT(&free);
6579                                 if (pmap_unwire_ptp(dst_pmap, addr, dstmpte,
6580                                     &free)) {
6581                                         /*
6582                                          * Although "addr" is not mapped,
6583                                          * paging-structure caches could
6584                                          * nonetheless have entries that refer
6585                                          * to the freed page table pages.
6586                                          * Invalidate those entries.
6587                                          */
6588                                         pmap_invalidate_page(dst_pmap, addr);
6589                                         vm_page_free_pages_toq(&free, true);
6590                                 }
6591                                 goto out;
6592                         }
6593                         /* Have we copied all of the valid mappings? */ 
6594                         if (dstmpte->ref_count >= srcmpte->ref_count)
6595                                 break;
6596                 }
6597         }
6598 out:
6599         if (lock != NULL)
6600                 rw_wunlock(lock);
6601         PMAP_UNLOCK(src_pmap);
6602         PMAP_UNLOCK(dst_pmap);
6603 }
6604
6605 int
6606 pmap_vmspace_copy(pmap_t dst_pmap, pmap_t src_pmap)
6607 {
6608         int error;
6609
6610         if (dst_pmap->pm_type != src_pmap->pm_type ||
6611             dst_pmap->pm_type != PT_X86 ||
6612             (cpu_stdext_feature2 & CPUID_STDEXT2_PKU) == 0)
6613                 return (0);
6614         for (;;) {
6615                 if (dst_pmap < src_pmap) {
6616                         PMAP_LOCK(dst_pmap);
6617                         PMAP_LOCK(src_pmap);
6618                 } else {
6619                         PMAP_LOCK(src_pmap);
6620                         PMAP_LOCK(dst_pmap);
6621                 }
6622                 error = pmap_pkru_copy(dst_pmap, src_pmap);
6623                 /* Clean up partial copy on failure due to no memory. */
6624                 if (error == ENOMEM)
6625                         pmap_pkru_deassign_all(dst_pmap);
6626                 PMAP_UNLOCK(src_pmap);
6627                 PMAP_UNLOCK(dst_pmap);
6628                 if (error != ENOMEM)
6629                         break;
6630                 vm_wait(NULL);
6631         }
6632         return (error);
6633 }
6634
6635 /*
6636  * Zero the specified hardware page.
6637  */
6638 void
6639 pmap_zero_page(vm_page_t m)
6640 {
6641         vm_offset_t va = PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
6642
6643         pagezero((void *)va);
6644 }
6645
6646 /*
6647  * Zero an an area within a single hardware page.  off and size must not
6648  * cover an area beyond a single hardware page.
6649  */
6650 void
6651 pmap_zero_page_area(vm_page_t m, int off, int size)
6652 {
6653         vm_offset_t va = PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
6654
6655         if (off == 0 && size == PAGE_SIZE)
6656                 pagezero((void *)va);
6657         else
6658                 bzero((char *)va + off, size);
6659 }
6660
6661 /*
6662  * Copy 1 specified hardware page to another.
6663  */
6664 void
6665 pmap_copy_page(vm_page_t msrc, vm_page_t mdst)
6666 {
6667         vm_offset_t src = PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(msrc));
6668         vm_offset_t dst = PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(mdst));
6669
6670         pagecopy((void *)src, (void *)dst);
6671 }
6672
6673 int unmapped_buf_allowed = 1;
6674
6675 void
6676 pmap_copy_pages(vm_page_t ma[], vm_offset_t a_offset, vm_page_t mb[],
6677     vm_offset_t b_offset, int xfersize)
6678 {
6679         void *a_cp, *b_cp;
6680         vm_page_t pages[2];
6681         vm_offset_t vaddr[2], a_pg_offset, b_pg_offset;
6682         int cnt;
6683         boolean_t mapped;
6684
6685         while (xfersize > 0) {
6686                 a_pg_offset = a_offset & PAGE_MASK;
6687                 pages[0] = ma[a_offset >> PAGE_SHIFT];
6688                 b_pg_offset = b_offset & PAGE_MASK;
6689                 pages[1] = mb[b_offset >> PAGE_SHIFT];
6690                 cnt = min(xfersize, PAGE_SIZE - a_pg_offset);
6691                 cnt = min(cnt, PAGE_SIZE - b_pg_offset);
6692                 mapped = pmap_map_io_transient(pages, vaddr, 2, FALSE);
6693                 a_cp = (char *)vaddr[0] + a_pg_offset;
6694                 b_cp = (char *)vaddr[1] + b_pg_offset;
6695                 bcopy(a_cp, b_cp, cnt);
6696                 if (__predict_false(mapped))
6697                         pmap_unmap_io_transient(pages, vaddr, 2, FALSE);
6698                 a_offset += cnt;
6699                 b_offset += cnt;
6700                 xfersize -= cnt;
6701         }
6702 }
6703
6704 /*
6705  * Returns true if the pmap's pv is one of the first
6706  * 16 pvs linked to from this page.  This count may
6707  * be changed upwards or downwards in the future; it
6708  * is only necessary that true be returned for a small
6709  * subset of pmaps for proper page aging.
6710  */
6711 boolean_t
6712 pmap_page_exists_quick(pmap_t pmap, vm_page_t m)
6713 {
6714         struct md_page *pvh;
6715         struct rwlock *lock;
6716         pv_entry_t pv;
6717         int loops = 0;
6718         boolean_t rv;
6719
6720         KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
6721             ("pmap_page_exists_quick: page %p is not managed", m));
6722         rv = FALSE;
6723         lock = VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m);
6724         rw_rlock(lock);
6725         TAILQ_FOREACH(pv, &m->md.pv_list, pv_next) {
6726                 if (PV_PMAP(pv) == pmap) {
6727                         rv = TRUE;
6728                         break;
6729                 }
6730                 loops++;
6731                 if (loops >= 16)
6732                         break;
6733         }
6734         if (!rv && loops < 16 && (m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0) {
6735                 pvh = pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
6736                 TAILQ_FOREACH(pv, &pvh->pv_list, pv_next) {
6737                         if (PV_PMAP(pv) == pmap) {
6738                                 rv = TRUE;
6739                                 break;
6740                         }
6741                         loops++;
6742                         if (loops >= 16)
6743                                 break;
6744                 }
6745         }
6746         rw_runlock(lock);
6747         return (rv);
6748 }
6749
6750 /*
6751  *      pmap_page_wired_mappings:
6752  *
6753  *      Return the number of managed mappings to the given physical page
6754  *      that are wired.
6755  */
6756 int
6757 pmap_page_wired_mappings(vm_page_t m)
6758 {
6759         struct rwlock *lock;
6760         struct md_page *pvh;
6761         pmap_t pmap;
6762         pt_entry_t *pte;
6763         pv_entry_t pv;
6764         int count, md_gen, pvh_gen;
6765
6766         if ((m->oflags & VPO_UNMANAGED) != 0)
6767                 return (0);
6768         lock = VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m);
6769         rw_rlock(lock);
6770 restart:
6771         count = 0;
6772         TAILQ_FOREACH(pv, &m->md.pv_list, pv_next) {
6773                 pmap = PV_PMAP(pv);
6774                 if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
6775                         md_gen = m->md.pv_gen;
6776                         rw_runlock(lock);
6777                         PMAP_LOCK(pmap);
6778                         rw_rlock(lock);
6779                         if (md_gen != m->md.pv_gen) {
6780                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
6781                                 goto restart;
6782                         }
6783                 }
6784                 pte = pmap_pte(pmap, pv->pv_va);
6785                 if ((*pte & PG_W) != 0)
6786                         count++;
6787                 PMAP_UNLOCK(pmap);
6788         }
6789         if ((m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0) {
6790                 pvh = pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
6791                 TAILQ_FOREACH(pv, &pvh->pv_list, pv_next) {
6792                         pmap = PV_PMAP(pv);
6793                         if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
6794                                 md_gen = m->md.pv_gen;
6795                                 pvh_gen = pvh->pv_gen;
6796                                 rw_runlock(lock);
6797                                 PMAP_LOCK(pmap);
6798                                 rw_rlock(lock);
6799                                 if (md_gen != m->md.pv_gen ||
6800                                     pvh_gen != pvh->pv_gen) {
6801                                         PMAP_UNLOCK(pmap);
6802                                         goto restart;
6803                                 }
6804                         }
6805                         pte = pmap_pde(pmap, pv->pv_va);
6806                         if ((*pte & PG_W) != 0)
6807                                 count++;
6808                         PMAP_UNLOCK(pmap);
6809                 }
6810         }
6811         rw_runlock(lock);
6812         return (count);
6813 }
6814
6815 /*
6816  * Returns TRUE if the given page is mapped individually or as part of
6817  * a 2mpage.  Otherwise, returns FALSE.
6818  */
6819 boolean_t
6820 pmap_page_is_mapped(vm_page_t m)
6821 {
6822         struct rwlock *lock;
6823         boolean_t rv;
6824
6825         if ((m->oflags & VPO_UNMANAGED) != 0)
6826                 return (FALSE);
6827         lock = VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m);
6828         rw_rlock(lock);
6829         rv = !TAILQ_EMPTY(&m->md.pv_list) ||
6830             ((m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0 &&
6831             !TAILQ_EMPTY(&pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m))->pv_list));
6832         rw_runlock(lock);
6833         return (rv);
6834 }
6835
6836 /*
6837  * Destroy all managed, non-wired mappings in the given user-space
6838  * pmap.  This pmap cannot be active on any processor besides the
6839  * caller.
6840  *
6841  * This function cannot be applied to the kernel pmap.  Moreover, it
6842  * is not intended for general use.  It is only to be used during
6843  * process termination.  Consequently, it can be implemented in ways
6844  * that make it faster than pmap_remove().  First, it can more quickly
6845  * destroy mappings by iterating over the pmap's collection of PV
6846  * entries, rather than searching the page table.  Second, it doesn't
6847  * have to test and clear the page table entries atomically, because
6848  * no processor is currently accessing the user address space.  In
6849  * particular, a page table entry's dirty bit won't change state once
6850  * this function starts.
6851  *
6852  * Although this function destroys all of the pmap's managed,
6853  * non-wired mappings, it can delay and batch the invalidation of TLB
6854  * entries without calling pmap_delayed_invl_start() and
6855  * pmap_delayed_invl_finish().  Because the pmap is not active on
6856  * any other processor, none of these TLB entries will ever be used
6857  * before their eventual invalidation.  Consequently, there is no need
6858  * for either pmap_remove_all() or pmap_remove_write() to wait for
6859  * that eventual TLB invalidation.
6860  */
6861 void
6862 pmap_remove_pages(pmap_t pmap)
6863 {
6864         pd_entry_t ptepde;
6865         pt_entry_t *pte, tpte;
6866         pt_entry_t PG_M, PG_RW, PG_V;
6867         struct spglist free;
6868         vm_page_t m, mpte, mt;
6869         pv_entry_t pv;
6870         struct md_page *pvh;
6871         struct pv_chunk *pc, *npc;
6872         struct rwlock *lock;
6873         int64_t bit;
6874         uint64_t inuse, bitmask;
6875         int allfree, field, freed, idx;
6876         boolean_t superpage;
6877         vm_paddr_t pa;
6878
6879         /*
6880          * Assert that the given pmap is only active on the current
6881          * CPU.  Unfortunately, we cannot block another CPU from
6882          * activating the pmap while this function is executing.
6883          */
6884         KASSERT(pmap == PCPU_GET(curpmap), ("non-current pmap %p", pmap));
6885 #ifdef INVARIANTS
6886         {
6887                 cpuset_t other_cpus;
6888
6889                 other_cpus = all_cpus;
6890                 critical_enter();
6891                 CPU_CLR(PCPU_GET(cpuid), &other_cpus);
6892                 CPU_AND(&other_cpus, &pmap->pm_active);
6893                 critical_exit();
6894                 KASSERT(CPU_EMPTY(&other_cpus), ("pmap active %p", pmap));
6895         }
6896 #endif
6897
6898         lock = NULL;
6899         PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
6900         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
6901         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
6902
6903         SLIST_INIT(&free);
6904         PMAP_LOCK(pmap);
6905         TAILQ_FOREACH_SAFE(pc, &pmap->pm_pvchunk, pc_list, npc) {
6906                 allfree = 1;
6907                 freed = 0;
6908                 for (field = 0; field < _NPCM; field++) {
6909                         inuse = ~pc->pc_map[field] & pc_freemask[field];
6910                         while (inuse != 0) {
6911                                 bit = bsfq(inuse);
6912                                 bitmask = 1UL << bit;
6913                                 idx = field * 64 + bit;
6914                                 pv = &pc->pc_pventry[idx];
6915                                 inuse &= ~bitmask;
6916
6917                                 pte = pmap_pdpe(pmap, pv->pv_va);
6918                                 ptepde = *pte;
6919                                 pte = pmap_pdpe_to_pde(pte, pv->pv_va);
6920                                 tpte = *pte;
6921                                 if ((tpte & (PG_PS | PG_V)) == PG_V) {
6922                                         superpage = FALSE;
6923                                         ptepde = tpte;
6924                                         pte = (pt_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(tpte &
6925                                             PG_FRAME);
6926                                         pte = &pte[pmap_pte_index(pv->pv_va)];
6927                                         tpte = *pte;
6928                                 } else {
6929                                         /*
6930                                          * Keep track whether 'tpte' is a
6931                                          * superpage explicitly instead of
6932                                          * relying on PG_PS being set.
6933                                          *
6934                                          * This is because PG_PS is numerically
6935                                          * identical to PG_PTE_PAT and thus a
6936                                          * regular page could be mistaken for
6937                                          * a superpage.
6938                                          */
6939                                         superpage = TRUE;
6940                                 }
6941
6942                                 if ((tpte & PG_V) == 0) {
6943                                         panic("bad pte va %lx pte %lx",
6944                                             pv->pv_va, tpte);
6945                                 }
6946
6947 /*
6948  * We cannot remove wired pages from a process' mapping at this time
6949  */
6950                                 if (tpte & PG_W) {
6951                                         allfree = 0;
6952                                         continue;
6953                                 }
6954
6955                                 if (superpage)
6956                                         pa = tpte & PG_PS_FRAME;
6957                                 else
6958                                         pa = tpte & PG_FRAME;
6959
6960                                 m = PHYS_TO_VM_PAGE(pa);
6961                                 KASSERT(m->phys_addr == pa,
6962                                     ("vm_page_t %p phys_addr mismatch %016jx %016jx",
6963                                     m, (uintmax_t)m->phys_addr,
6964                                     (uintmax_t)tpte));
6965
6966                                 KASSERT((m->flags & PG_FICTITIOUS) != 0 ||
6967                                     m < &vm_page_array[vm_page_array_size],
6968                                     ("pmap_remove_pages: bad tpte %#jx",
6969                                     (uintmax_t)tpte));
6970
6971                                 pte_clear(pte);
6972
6973                                 /*
6974                                  * Update the vm_page_t clean/reference bits.
6975                                  */
6976                                 if ((tpte & (PG_M | PG_RW)) == (PG_M | PG_RW)) {
6977                                         if (superpage) {
6978                                                 for (mt = m; mt < &m[NBPDR / PAGE_SIZE]; mt++)
6979                                                         vm_page_dirty(mt);
6980                                         } else
6981                                                 vm_page_dirty(m);
6982                                 }
6983
6984                                 CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_VM_PAGE(&lock, m);
6985
6986                                 /* Mark free */
6987                                 pc->pc_map[field] |= bitmask;
6988                                 if (superpage) {
6989                                         pmap_resident_count_dec(pmap, NBPDR / PAGE_SIZE);
6990                                         pvh = pa_to_pvh(tpte & PG_PS_FRAME);
6991                                         TAILQ_REMOVE(&pvh->pv_list, pv, pv_next);
6992                                         pvh->pv_gen++;
6993                                         if (TAILQ_EMPTY(&pvh->pv_list)) {
6994                                                 for (mt = m; mt < &m[NBPDR / PAGE_SIZE]; mt++)
6995                                                         if ((mt->aflags & PGA_WRITEABLE) != 0 &&
6996                                                             TAILQ_EMPTY(&mt->md.pv_list))
6997                                                                 vm_page_aflag_clear(mt, PGA_WRITEABLE);
6998                                         }
6999                                         mpte = pmap_remove_pt_page(pmap, pv->pv_va);
7000                                         if (mpte != NULL) {
7001                                                 KASSERT(mpte->valid == VM_PAGE_BITS_ALL,
7002                                                     ("pmap_remove_pages: pte page not promoted"));
7003                                                 pmap_resident_count_dec(pmap, 1);
7004                                                 KASSERT(mpte->ref_count == NPTEPG,
7005                                                     ("pmap_remove_pages: pte page reference count error"));
7006                                                 mpte->ref_count = 0;
7007                                                 pmap_add_delayed_free_list(mpte, &free, FALSE);
7008                                         }
7009                                 } else {
7010                                         pmap_resident_count_dec(pmap, 1);
7011                                         TAILQ_REMOVE(&m->md.pv_list, pv, pv_next);
7012                                         m->md.pv_gen++;
7013                                         if ((m->aflags & PGA_WRITEABLE) != 0 &&
7014                                             TAILQ_EMPTY(&m->md.pv_list) &&
7015                                             (m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0) {
7016                                                 pvh = pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
7017                                                 if (TAILQ_EMPTY(&pvh->pv_list))
7018                                                         vm_page_aflag_clear(m, PGA_WRITEABLE);
7019                                         }
7020                                 }
7021                                 pmap_unuse_pt(pmap, pv->pv_va, ptepde, &free);
7022                                 freed++;
7023                         }
7024                 }
7025                 PV_STAT(atomic_add_long(&pv_entry_frees, freed));
7026                 PV_STAT(atomic_add_int(&pv_entry_spare, freed));
7027                 PV_STAT(atomic_subtract_long(&pv_entry_count, freed));
7028                 if (allfree) {
7029                         TAILQ_REMOVE(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
7030                         free_pv_chunk(pc);
7031                 }
7032         }
7033         if (lock != NULL)
7034                 rw_wunlock(lock);
7035         pmap_invalidate_all(pmap);
7036         pmap_pkru_deassign_all(pmap);
7037         PMAP_UNLOCK(pmap);
7038         vm_page_free_pages_toq(&free, true);
7039 }
7040
7041 static boolean_t
7042 pmap_page_test_mappings(vm_page_t m, boolean_t accessed, boolean_t modified)
7043 {
7044         struct rwlock *lock;
7045         pv_entry_t pv;
7046         struct md_page *pvh;
7047         pt_entry_t *pte, mask;
7048         pt_entry_t PG_A, PG_M, PG_RW, PG_V;
7049         pmap_t pmap;
7050         int md_gen, pvh_gen;
7051         boolean_t rv;
7052
7053         rv = FALSE;
7054         lock = VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m);
7055         rw_rlock(lock);
7056 restart:
7057         TAILQ_FOREACH(pv, &m->md.pv_list, pv_next) {
7058                 pmap = PV_PMAP(pv);
7059                 if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
7060                         md_gen = m->md.pv_gen;
7061                         rw_runlock(lock);
7062                         PMAP_LOCK(pmap);
7063                         rw_rlock(lock);
7064                         if (md_gen != m->md.pv_gen) {
7065                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
7066                                 goto restart;
7067                         }
7068                 }
7069                 pte = pmap_pte(pmap, pv->pv_va);
7070                 mask = 0;
7071                 if (modified) {
7072                         PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
7073                         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
7074                         mask |= PG_RW | PG_M;
7075                 }
7076                 if (accessed) {
7077                         PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
7078                         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
7079                         mask |= PG_V | PG_A;
7080                 }
7081                 rv = (*pte & mask) == mask;
7082                 PMAP_UNLOCK(pmap);
7083                 if (rv)
7084                         goto out;
7085         }
7086         if ((m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0) {
7087                 pvh = pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
7088                 TAILQ_FOREACH(pv, &pvh->pv_list, pv_next) {
7089                         pmap = PV_PMAP(pv);
7090                         if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
7091                                 md_gen = m->md.pv_gen;
7092                                 pvh_gen = pvh->pv_gen;
7093                                 rw_runlock(lock);
7094                                 PMAP_LOCK(pmap);
7095                                 rw_rlock(lock);
7096                                 if (md_gen != m->md.pv_gen ||
7097                                     pvh_gen != pvh->pv_gen) {
7098                                         PMAP_UNLOCK(pmap);
7099                                         goto restart;
7100                                 }
7101                         }
7102                         pte = pmap_pde(pmap, pv->pv_va);
7103                         mask = 0;
7104                         if (modified) {
7105                                 PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
7106                                 PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
7107                                 mask |= PG_RW | PG_M;
7108                         }
7109                         if (accessed) {
7110                                 PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
7111                                 PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
7112                                 mask |= PG_V | PG_A;
7113                         }
7114                         rv = (*pte & mask) == mask;
7115                         PMAP_UNLOCK(pmap);
7116                         if (rv)
7117                                 goto out;
7118                 }
7119         }
7120 out:
7121         rw_runlock(lock);
7122         return (rv);
7123 }
7124
7125 /*
7126  *      pmap_is_modified:
7127  *
7128  *      Return whether or not the specified physical page was modified
7129  *      in any physical maps.
7130  */
7131 boolean_t
7132 pmap_is_modified(vm_page_t m)
7133 {
7134
7135         KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
7136             ("pmap_is_modified: page %p is not managed", m));
7137
7138         /*
7139          * If the page is not exclusive busied, then PGA_WRITEABLE cannot be
7140          * concurrently set while the object is locked.  Thus, if PGA_WRITEABLE
7141          * is clear, no PTEs can have PG_M set.
7142          */
7143         VM_OBJECT_ASSERT_WLOCKED(m->object);
7144         if (!vm_page_xbusied(m) && (m->aflags & PGA_WRITEABLE) == 0)
7145                 return (FALSE);
7146         return (pmap_page_test_mappings(m, FALSE, TRUE));
7147 }
7148
7149 /*
7150  *      pmap_is_prefaultable:
7151  *
7152  *      Return whether or not the specified virtual address is eligible
7153  *      for prefault.
7154  */
7155 boolean_t
7156 pmap_is_prefaultable(pmap_t pmap, vm_offset_t addr)
7157 {
7158         pd_entry_t *pde;
7159         pt_entry_t *pte, PG_V;
7160         boolean_t rv;
7161
7162         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
7163         rv = FALSE;
7164         PMAP_LOCK(pmap);
7165         pde = pmap_pde(pmap, addr);
7166         if (pde != NULL && (*pde & (PG_PS | PG_V)) == PG_V) {
7167                 pte = pmap_pde_to_pte(pde, addr);
7168                 rv = (*pte & PG_V) == 0;
7169         }
7170         PMAP_UNLOCK(pmap);
7171         return (rv);
7172 }
7173
7174 /*
7175  *      pmap_is_referenced:
7176  *
7177  *      Return whether or not the specified physical page was referenced
7178  *      in any physical maps.
7179  */
7180 boolean_t
7181 pmap_is_referenced(vm_page_t m)
7182 {
7183
7184         KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
7185             ("pmap_is_referenced: page %p is not managed", m));
7186         return (pmap_page_test_mappings(m, TRUE, FALSE));
7187 }
7188
7189 /*
7190  * Clear the write and modified bits in each of the given page's mappings.
7191  */
7192 void
7193 pmap_remove_write(vm_page_t m)
7194 {
7195         struct md_page *pvh;
7196         pmap_t pmap;
7197         struct rwlock *lock;
7198         pv_entry_t next_pv, pv;
7199         pd_entry_t *pde;
7200         pt_entry_t oldpte, *pte, PG_M, PG_RW;
7201         vm_offset_t va;
7202         int pvh_gen, md_gen;
7203
7204         KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
7205             ("pmap_remove_write: page %p is not managed", m));
7206
7207         /*
7208          * If the page is not exclusive busied, then PGA_WRITEABLE cannot be
7209          * set by another thread while the object is locked.  Thus,
7210          * if PGA_WRITEABLE is clear, no page table entries need updating.
7211          */
7212         VM_OBJECT_ASSERT_WLOCKED(m->object);
7213         if (!vm_page_xbusied(m) && (m->aflags & PGA_WRITEABLE) == 0)
7214                 return;
7215         lock = VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m);
7216         pvh = (m->flags & PG_FICTITIOUS) != 0 ? &pv_dummy :
7217             pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
7218 retry_pv_loop:
7219         rw_wlock(lock);
7220         TAILQ_FOREACH_SAFE(pv, &pvh->pv_list, pv_next, next_pv) {
7221                 pmap = PV_PMAP(pv);
7222                 if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
7223                         pvh_gen = pvh->pv_gen;
7224                         rw_wunlock(lock);
7225                         PMAP_LOCK(pmap);
7226                         rw_wlock(lock);
7227                         if (pvh_gen != pvh->pv_gen) {
7228                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
7229                                 rw_wunlock(lock);
7230                                 goto retry_pv_loop;
7231                         }
7232                 }
7233                 PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
7234                 va = pv->pv_va;
7235                 pde = pmap_pde(pmap, va);
7236                 if ((*pde & PG_RW) != 0)
7237                         (void)pmap_demote_pde_locked(pmap, pde, va, &lock);
7238                 KASSERT(lock == VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m),
7239                     ("inconsistent pv lock %p %p for page %p",
7240                     lock, VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m), m));
7241                 PMAP_UNLOCK(pmap);
7242         }
7243         TAILQ_FOREACH(pv, &m->md.pv_list, pv_next) {
7244                 pmap = PV_PMAP(pv);
7245                 if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
7246                         pvh_gen = pvh->pv_gen;
7247                         md_gen = m->md.pv_gen;
7248                         rw_wunlock(lock);
7249                         PMAP_LOCK(pmap);
7250                         rw_wlock(lock);
7251                         if (pvh_gen != pvh->pv_gen ||
7252                             md_gen != m->md.pv_gen) {
7253                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
7254                                 rw_wunlock(lock);
7255                                 goto retry_pv_loop;
7256                         }
7257                 }
7258                 PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
7259                 PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
7260                 pde = pmap_pde(pmap, pv->pv_va);
7261                 KASSERT((*pde & PG_PS) == 0,
7262                     ("pmap_remove_write: found a 2mpage in page %p's pv list",
7263                     m));
7264                 pte = pmap_pde_to_pte(pde, pv->pv_va);
7265 retry:
7266                 oldpte = *pte;
7267                 if (oldpte & PG_RW) {
7268                         if (!atomic_cmpset_long(pte, oldpte, oldpte &
7269                             ~(PG_RW | PG_M)))
7270                                 goto retry;
7271                         if ((oldpte & PG_M) != 0)
7272                                 vm_page_dirty(m);
7273                         pmap_invalidate_page(pmap, pv->pv_va);
7274                 }
7275                 PMAP_UNLOCK(pmap);
7276         }
7277         rw_wunlock(lock);
7278         vm_page_aflag_clear(m, PGA_WRITEABLE);
7279         pmap_delayed_invl_wait(m);
7280 }
7281
7282 static __inline boolean_t
7283 safe_to_clear_referenced(pmap_t pmap, pt_entry_t pte)
7284 {
7285
7286         if (!pmap_emulate_ad_bits(pmap))
7287                 return (TRUE);
7288
7289         KASSERT(pmap->pm_type == PT_EPT, ("invalid pm_type %d", pmap->pm_type));
7290
7291         /*
7292          * XWR = 010 or 110 will cause an unconditional EPT misconfiguration
7293          * so we don't let the referenced (aka EPT_PG_READ) bit to be cleared
7294          * if the EPT_PG_WRITE bit is set.
7295          */
7296         if ((pte & EPT_PG_WRITE) != 0)
7297                 return (FALSE);
7298
7299         /*
7300          * XWR = 100 is allowed only if the PMAP_SUPPORTS_EXEC_ONLY is set.
7301          */
7302         if ((pte & EPT_PG_EXECUTE) == 0 ||
7303             ((pmap->pm_flags & PMAP_SUPPORTS_EXEC_ONLY) != 0))
7304                 return (TRUE);
7305         else
7306                 return (FALSE);
7307 }
7308
7309 /*
7310  *      pmap_ts_referenced:
7311  *
7312  *      Return a count of reference bits for a page, clearing those bits.
7313  *      It is not necessary for every reference bit to be cleared, but it
7314  *      is necessary that 0 only be returned when there are truly no
7315  *      reference bits set.
7316  *
7317  *      As an optimization, update the page's dirty field if a modified bit is
7318  *      found while counting reference bits.  This opportunistic update can be
7319  *      performed at low cost and can eliminate the need for some future calls
7320  *      to pmap_is_modified().  However, since this function stops after
7321  *      finding PMAP_TS_REFERENCED_MAX reference bits, it may not detect some
7322  *      dirty pages.  Those dirty pages will only be detected by a future call
7323  *      to pmap_is_modified().
7324  *
7325  *      A DI block is not needed within this function, because
7326  *      invalidations are performed before the PV list lock is
7327  *      released.
7328  */
7329 int
7330 pmap_ts_referenced(vm_page_t m)
7331 {
7332         struct md_page *pvh;
7333         pv_entry_t pv, pvf;
7334         pmap_t pmap;
7335         struct rwlock *lock;
7336         pd_entry_t oldpde, *pde;
7337         pt_entry_t *pte, PG_A, PG_M, PG_RW;
7338         vm_offset_t va;
7339         vm_paddr_t pa;
7340         int cleared, md_gen, not_cleared, pvh_gen;
7341         struct spglist free;
7342         boolean_t demoted;
7343
7344         KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
7345             ("pmap_ts_referenced: page %p is not managed", m));
7346         SLIST_INIT(&free);
7347         cleared = 0;
7348         pa = VM_PAGE_TO_PHYS(m);
7349         lock = PHYS_TO_PV_LIST_LOCK(pa);
7350         pvh = (m->flags & PG_FICTITIOUS) != 0 ? &pv_dummy : pa_to_pvh(pa);
7351         rw_wlock(lock);
7352 retry:
7353         not_cleared = 0;
7354         if ((pvf = TAILQ_FIRST(&pvh->pv_list)) == NULL)
7355                 goto small_mappings;
7356         pv = pvf;
7357         do {
7358                 if (pvf == NULL)
7359                         pvf = pv;
7360                 pmap = PV_PMAP(pv);
7361                 if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
7362                         pvh_gen = pvh->pv_gen;
7363                         rw_wunlock(lock);
7364                         PMAP_LOCK(pmap);
7365                         rw_wlock(lock);
7366                         if (pvh_gen != pvh->pv_gen) {
7367                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
7368                                 goto retry;
7369                         }
7370                 }
7371                 PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
7372                 PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
7373                 PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
7374                 va = pv->pv_va;
7375                 pde = pmap_pde(pmap, pv->pv_va);
7376                 oldpde = *pde;
7377                 if ((oldpde & (PG_M | PG_RW)) == (PG_M | PG_RW)) {
7378                         /*
7379                          * Although "oldpde" is mapping a 2MB page, because
7380                          * this function is called at a 4KB page granularity,
7381                          * we only update the 4KB page under test.
7382                          */
7383                         vm_page_dirty(m);
7384                 }
7385                 if ((oldpde & PG_A) != 0) {
7386                         /*
7387                          * Since this reference bit is shared by 512 4KB
7388                          * pages, it should not be cleared every time it is
7389                          * tested.  Apply a simple "hash" function on the
7390                          * physical page number, the virtual superpage number,
7391                          * and the pmap address to select one 4KB page out of
7392                          * the 512 on which testing the reference bit will
7393                          * result in clearing that reference bit.  This
7394                          * function is designed to avoid the selection of the
7395                          * same 4KB page for every 2MB page mapping.
7396                          *
7397                          * On demotion, a mapping that hasn't been referenced
7398                          * is simply destroyed.  To avoid the possibility of a
7399                          * subsequent page fault on a demoted wired mapping,
7400                          * always leave its reference bit set.  Moreover,
7401                          * since the superpage is wired, the current state of
7402                          * its reference bit won't affect page replacement.
7403                          */
7404                         if ((((pa >> PAGE_SHIFT) ^ (pv->pv_va >> PDRSHIFT) ^
7405                             (uintptr_t)pmap) & (NPTEPG - 1)) == 0 &&
7406                             (oldpde & PG_W) == 0) {
7407                                 if (safe_to_clear_referenced(pmap, oldpde)) {
7408                                         atomic_clear_long(pde, PG_A);
7409                                         pmap_invalidate_page(pmap, pv->pv_va);
7410                                         demoted = FALSE;
7411                                 } else if (pmap_demote_pde_locked(pmap, pde,
7412                                     pv->pv_va, &lock)) {
7413                                         /*
7414                                          * Remove the mapping to a single page
7415                                          * so that a subsequent access may
7416                                          * repromote.  Since the underlying
7417                                          * page table page is fully populated,
7418                                          * this removal never frees a page
7419                                          * table page.
7420                                          */
7421                                         demoted = TRUE;
7422                                         va += VM_PAGE_TO_PHYS(m) - (oldpde &
7423                                             PG_PS_FRAME);
7424                                         pte = pmap_pde_to_pte(pde, va);
7425                                         pmap_remove_pte(pmap, pte, va, *pde,
7426                                             NULL, &lock);
7427                                         pmap_invalidate_page(pmap, va);
7428                                 } else
7429                                         demoted = TRUE;
7430
7431                                 if (demoted) {
7432                                         /*
7433                                          * The superpage mapping was removed
7434                                          * entirely and therefore 'pv' is no
7435                                          * longer valid.
7436                                          */
7437                                         if (pvf == pv)
7438                                                 pvf = NULL;
7439                                         pv = NULL;
7440                                 }
7441                                 cleared++;
7442                                 KASSERT(lock == VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m),
7443                                     ("inconsistent pv lock %p %p for page %p",
7444                                     lock, VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m), m));
7445                         } else
7446                                 not_cleared++;
7447                 }
7448                 PMAP_UNLOCK(pmap);
7449                 /* Rotate the PV list if it has more than one entry. */
7450                 if (pv != NULL && TAILQ_NEXT(pv, pv_next) != NULL) {
7451                         TAILQ_REMOVE(&pvh->pv_list, pv, pv_next);
7452                         TAILQ_INSERT_TAIL(&pvh->pv_list, pv, pv_next);
7453                         pvh->pv_gen++;
7454                 }
7455                 if (cleared + not_cleared >= PMAP_TS_REFERENCED_MAX)
7456                         goto out;
7457         } while ((pv = TAILQ_FIRST(&pvh->pv_list)) != pvf);
7458 small_mappings:
7459         if ((pvf = TAILQ_FIRST(&m->md.pv_list)) == NULL)
7460                 goto out;
7461         pv = pvf;
7462         do {
7463                 if (pvf == NULL)
7464                         pvf = pv;
7465                 pmap = PV_PMAP(pv);
7466                 if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
7467                         pvh_gen = pvh->pv_gen;
7468                         md_gen = m->md.pv_gen;
7469                         rw_wunlock(lock);
7470                         PMAP_LOCK(pmap);
7471                         rw_wlock(lock);
7472                         if (pvh_gen != pvh->pv_gen || md_gen != m->md.pv_gen) {
7473                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
7474                                 goto retry;
7475                         }
7476                 }
7477                 PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
7478                 PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
7479                 PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
7480                 pde = pmap_pde(pmap, pv->pv_va);
7481                 KASSERT((*pde & PG_PS) == 0,
7482                     ("pmap_ts_referenced: found a 2mpage in page %p's pv list",
7483                     m));
7484                 pte = pmap_pde_to_pte(pde, pv->pv_va);
7485                 if ((*pte & (PG_M | PG_RW)) == (PG_M | PG_RW))
7486                         vm_page_dirty(m);
7487                 if ((*pte & PG_A) != 0) {
7488                         if (safe_to_clear_referenced(pmap, *pte)) {
7489                                 atomic_clear_long(pte, PG_A);
7490                                 pmap_invalidate_page(pmap, pv->pv_va);
7491                                 cleared++;
7492                         } else if ((*pte & PG_W) == 0) {
7493                                 /*
7494                                  * Wired pages cannot be paged out so
7495                                  * doing accessed bit emulation for
7496                                  * them is wasted effort. We do the
7497                                  * hard work for unwired pages only.
7498                                  */
7499                                 pmap_remove_pte(pmap, pte, pv->pv_va,
7500                                     *pde, &free, &lock);
7501                                 pmap_invalidate_page(pmap, pv->pv_va);
7502                                 cleared++;
7503                                 if (pvf == pv)
7504                                         pvf = NULL;
7505                                 pv = NULL;
7506                                 KASSERT(lock == VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m),
7507                                     ("inconsistent pv lock %p %p for page %p",
7508                                     lock, VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m), m));
7509                         } else
7510                                 not_cleared++;
7511                 }
7512                 PMAP_UNLOCK(pmap);
7513                 /* Rotate the PV list if it has more than one entry. */
7514                 if (pv != NULL && TAILQ_NEXT(pv, pv_next) != NULL) {
7515                         TAILQ_REMOVE(&m->md.pv_list, pv, pv_next);
7516                         TAILQ_INSERT_TAIL(&m->md.pv_list, pv, pv_next);
7517                         m->md.pv_gen++;
7518                 }
7519         } while ((pv = TAILQ_FIRST(&m->md.pv_list)) != pvf && cleared +
7520             not_cleared < PMAP_TS_REFERENCED_MAX);
7521 out:
7522         rw_wunlock(lock);
7523         vm_page_free_pages_toq(&free, true);
7524         return (cleared + not_cleared);
7525 }
7526
7527 /*
7528  *      Apply the given advice to the specified range of addresses within the
7529  *      given pmap.  Depending on the advice, clear the referenced and/or
7530  *      modified flags in each mapping and set the mapped page's dirty field.
7531  */
7532 void
7533 pmap_advise(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva, int advice)
7534 {
7535         struct rwlock *lock;
7536         pml4_entry_t *pml4e;
7537         pdp_entry_t *pdpe;
7538         pd_entry_t oldpde, *pde;
7539         pt_entry_t *pte, PG_A, PG_G, PG_M, PG_RW, PG_V;
7540         vm_offset_t va, va_next;
7541         vm_page_t m;
7542         bool anychanged;
7543
7544         if (advice != MADV_DONTNEED && advice != MADV_FREE)
7545                 return;
7546
7547         /*
7548          * A/D bit emulation requires an alternate code path when clearing
7549          * the modified and accessed bits below. Since this function is
7550          * advisory in nature we skip it entirely for pmaps that require
7551          * A/D bit emulation.
7552          */
7553         if (pmap_emulate_ad_bits(pmap))
7554                 return;
7555
7556         PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
7557         PG_G = pmap_global_bit(pmap);
7558         PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
7559         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
7560         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
7561         anychanged = false;
7562         pmap_delayed_invl_start();
7563         PMAP_LOCK(pmap);
7564         for (; sva < eva; sva = va_next) {
7565                 pml4e = pmap_pml4e(pmap, sva);
7566                 if ((*pml4e & PG_V) == 0) {
7567                         va_next = (sva + NBPML4) & ~PML4MASK;
7568                         if (va_next < sva)
7569                                 va_next = eva;
7570                         continue;
7571                 }
7572                 pdpe = pmap_pml4e_to_pdpe(pml4e, sva);
7573                 if ((*pdpe & PG_V) == 0) {
7574                         va_next = (sva + NBPDP) & ~PDPMASK;
7575                         if (va_next < sva)
7576                                 va_next = eva;
7577                         continue;
7578                 }
7579                 va_next = (sva + NBPDR) & ~PDRMASK;
7580                 if (va_next < sva)
7581                         va_next = eva;
7582                 pde = pmap_pdpe_to_pde(pdpe, sva);
7583                 oldpde = *pde;
7584                 if ((oldpde & PG_V) == 0)
7585                         continue;
7586                 else if ((oldpde & PG_PS) != 0) {
7587                         if ((oldpde & PG_MANAGED) == 0)
7588                                 continue;
7589                         lock = NULL;
7590                         if (!pmap_demote_pde_locked(pmap, pde, sva, &lock)) {
7591                                 if (lock != NULL)
7592                                         rw_wunlock(lock);
7593
7594                                 /*
7595                                  * The large page mapping was destroyed.
7596                                  */
7597                                 continue;
7598                         }
7599
7600                         /*
7601                          * Unless the page mappings are wired, remove the
7602                          * mapping to a single page so that a subsequent
7603                          * access may repromote.  Choosing the last page
7604                          * within the address range [sva, min(va_next, eva))
7605                          * generally results in more repromotions.  Since the
7606                          * underlying page table page is fully populated, this
7607                          * removal never frees a page table page.
7608                          */
7609                         if ((oldpde & PG_W) == 0) {
7610                                 va = eva;
7611                                 if (va > va_next)
7612                                         va = va_next;
7613                                 va -= PAGE_SIZE;
7614                                 KASSERT(va >= sva,
7615                                     ("pmap_advise: no address gap"));
7616                                 pte = pmap_pde_to_pte(pde, va);
7617                                 KASSERT((*pte & PG_V) != 0,
7618                                     ("pmap_advise: invalid PTE"));
7619                                 pmap_remove_pte(pmap, pte, va, *pde, NULL,
7620                                     &lock);
7621                                 anychanged = true;
7622                         }
7623                         if (lock != NULL)
7624                                 rw_wunlock(lock);
7625                 }
7626                 if (va_next > eva)
7627                         va_next = eva;
7628                 va = va_next;
7629                 for (pte = pmap_pde_to_pte(pde, sva); sva != va_next; pte++,
7630                     sva += PAGE_SIZE) {
7631                         if ((*pte & (PG_MANAGED | PG_V)) != (PG_MANAGED | PG_V))
7632                                 goto maybe_invlrng;
7633                         else if ((*pte & (PG_M | PG_RW)) == (PG_M | PG_RW)) {
7634                                 if (advice == MADV_DONTNEED) {
7635                                         /*
7636                                          * Future calls to pmap_is_modified()
7637                                          * can be avoided by making the page
7638                                          * dirty now.
7639                                          */
7640                                         m = PHYS_TO_VM_PAGE(*pte & PG_FRAME);
7641                                         vm_page_dirty(m);
7642                                 }
7643                                 atomic_clear_long(pte, PG_M | PG_A);
7644                         } else if ((*pte & PG_A) != 0)
7645                                 atomic_clear_long(pte, PG_A);
7646                         else
7647                                 goto maybe_invlrng;
7648
7649                         if ((*pte & PG_G) != 0) {
7650                                 if (va == va_next)
7651                                         va = sva;
7652                         } else
7653                                 anychanged = true;
7654                         continue;
7655 maybe_invlrng:
7656                         if (va != va_next) {
7657                                 pmap_invalidate_range(pmap, va, sva);
7658                                 va = va_next;
7659                         }
7660                 }
7661                 if (va != va_next)
7662                         pmap_invalidate_range(pmap, va, sva);
7663         }
7664         if (anychanged)
7665                 pmap_invalidate_all(pmap);
7666         PMAP_UNLOCK(pmap);
7667         pmap_delayed_invl_finish();
7668 }
7669
7670 /*
7671  *      Clear the modify bits on the specified physical page.
7672  */
7673 void
7674 pmap_clear_modify(vm_page_t m)
7675 {
7676         struct md_page *pvh;
7677         pmap_t pmap;
7678         pv_entry_t next_pv, pv;
7679         pd_entry_t oldpde, *pde;
7680         pt_entry_t *pte, PG_M, PG_RW;
7681         struct rwlock *lock;
7682         vm_offset_t va;
7683         int md_gen, pvh_gen;
7684
7685         KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
7686             ("pmap_clear_modify: page %p is not managed", m));
7687         VM_OBJECT_ASSERT_WLOCKED(m->object);
7688         KASSERT(!vm_page_xbusied(m),
7689             ("pmap_clear_modify: page %p is exclusive busied", m));
7690
7691         /*
7692          * If the page is not PGA_WRITEABLE, then no PTEs can have PG_M set.
7693          * If the object containing the page is locked and the page is not
7694          * exclusive busied, then PGA_WRITEABLE cannot be concurrently set.
7695          */
7696         if ((m->aflags & PGA_WRITEABLE) == 0)
7697                 return;
7698         pvh = (m->flags & PG_FICTITIOUS) != 0 ? &pv_dummy :
7699             pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
7700         lock = VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m);
7701         rw_wlock(lock);
7702 restart:
7703         TAILQ_FOREACH_SAFE(pv, &pvh->pv_list, pv_next, next_pv) {
7704                 pmap = PV_PMAP(pv);
7705                 if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
7706                         pvh_gen = pvh->pv_gen;
7707                         rw_wunlock(lock);
7708                         PMAP_LOCK(pmap);
7709                         rw_wlock(lock);
7710                         if (pvh_gen != pvh->pv_gen) {
7711                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
7712                                 goto restart;
7713                         }
7714                 }
7715                 PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
7716                 PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
7717                 va = pv->pv_va;
7718                 pde = pmap_pde(pmap, va);
7719                 oldpde = *pde;
7720                 /* If oldpde has PG_RW set, then it also has PG_M set. */
7721                 if ((oldpde & PG_RW) != 0 &&
7722                     pmap_demote_pde_locked(pmap, pde, va, &lock) &&
7723                     (oldpde & PG_W) == 0) {
7724                         /*
7725                          * Write protect the mapping to a single page so that
7726                          * a subsequent write access may repromote.
7727                          */
7728                         va += VM_PAGE_TO_PHYS(m) - (oldpde & PG_PS_FRAME);
7729                         pte = pmap_pde_to_pte(pde, va);
7730                         atomic_clear_long(pte, PG_M | PG_RW);
7731                         vm_page_dirty(m);
7732                         pmap_invalidate_page(pmap, va);
7733                 }
7734                 PMAP_UNLOCK(pmap);
7735         }
7736         TAILQ_FOREACH(pv, &m->md.pv_list, pv_next) {
7737                 pmap = PV_PMAP(pv);
7738                 if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
7739                         md_gen = m->md.pv_gen;
7740                         pvh_gen = pvh->pv_gen;
7741                         rw_wunlock(lock);
7742                         PMAP_LOCK(pmap);
7743                         rw_wlock(lock);
7744                         if (pvh_gen != pvh->pv_gen || md_gen != m->md.pv_gen) {
7745                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
7746                                 goto restart;
7747                         }
7748                 }
7749                 PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
7750                 PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
7751                 pde = pmap_pde(pmap, pv->pv_va);
7752                 KASSERT((*pde & PG_PS) == 0, ("pmap_clear_modify: found"
7753                     " a 2mpage in page %p's pv list", m));
7754                 pte = pmap_pde_to_pte(pde, pv->pv_va);
7755                 if ((*pte & (PG_M | PG_RW)) == (PG_M | PG_RW)) {
7756                         atomic_clear_long(pte, PG_M);
7757                         pmap_invalidate_page(pmap, pv->pv_va);
7758                 }
7759                 PMAP_UNLOCK(pmap);
7760         }
7761         rw_wunlock(lock);
7762 }
7763
7764 /*
7765  * Miscellaneous support routines follow
7766  */
7767
7768 /* Adjust the cache mode for a 4KB page mapped via a PTE. */
7769 static __inline void
7770 pmap_pte_attr(pt_entry_t *pte, int cache_bits, int mask)
7771 {
7772         u_int opte, npte;
7773
7774         /*
7775          * The cache mode bits are all in the low 32-bits of the
7776          * PTE, so we can just spin on updating the low 32-bits.
7777          */
7778         do {
7779                 opte = *(u_int *)pte;
7780                 npte = opte & ~mask;
7781                 npte |= cache_bits;
7782         } while (npte != opte && !atomic_cmpset_int((u_int *)pte, opte, npte));
7783 }
7784
7785 /* Adjust the cache mode for a 2MB page mapped via a PDE. */
7786 static __inline void
7787 pmap_pde_attr(pd_entry_t *pde, int cache_bits, int mask)
7788 {
7789         u_int opde, npde;
7790
7791         /*
7792          * The cache mode bits are all in the low 32-bits of the
7793          * PDE, so we can just spin on updating the low 32-bits.
7794          */
7795         do {
7796                 opde = *(u_int *)pde;
7797                 npde = opde & ~mask;
7798                 npde |= cache_bits;
7799         } while (npde != opde && !atomic_cmpset_int((u_int *)pde, opde, npde));
7800 }
7801
7802 /*
7803  * Map a set of physical memory pages into the kernel virtual
7804  * address space. Return a pointer to where it is mapped. This
7805  * routine is intended to be used for mapping device memory,
7806  * NOT real memory.
7807  */
7808 static void *
7809 pmap_mapdev_internal(vm_paddr_t pa, vm_size_t size, int mode, int flags)
7810 {
7811         struct pmap_preinit_mapping *ppim;
7812         vm_offset_t va, offset;
7813         vm_size_t tmpsize;
7814         int i;
7815
7816         offset = pa & PAGE_MASK;
7817         size = round_page(offset + size);
7818         pa = trunc_page(pa);
7819
7820         if (!pmap_initialized) {
7821                 va = 0;
7822                 for (i = 0; i < PMAP_PREINIT_MAPPING_COUNT; i++) {
7823                         ppim = pmap_preinit_mapping + i;
7824                         if (ppim->va == 0) {
7825                                 ppim->pa = pa;
7826                                 ppim->sz = size;
7827                                 ppim->mode = mode;
7828                                 ppim->va = virtual_avail;
7829                                 virtual_avail += size;
7830                                 va = ppim->va;
7831                                 break;
7832                         }
7833                 }
7834                 if (va == 0)
7835                         panic("%s: too many preinit mappings", __func__);
7836         } else {
7837                 /*
7838                  * If we have a preinit mapping, re-use it.
7839                  */
7840                 for (i = 0; i < PMAP_PREINIT_MAPPING_COUNT; i++) {
7841                         ppim = pmap_preinit_mapping + i;
7842                         if (ppim->pa == pa && ppim->sz == size &&
7843                             (ppim->mode == mode ||
7844                             (flags & MAPDEV_SETATTR) == 0))
7845                                 return ((void *)(ppim->va + offset));
7846                 }
7847                 /*
7848                  * If the specified range of physical addresses fits within
7849                  * the direct map window, use the direct map.
7850                  */
7851                 if (pa < dmaplimit && pa + size <= dmaplimit) {
7852                         va = PHYS_TO_DMAP(pa);
7853                         if ((flags & MAPDEV_SETATTR) != 0) {
7854                                 PMAP_LOCK(kernel_pmap);
7855                                 i = pmap_change_attr_locked(va, size, mode, flags);
7856                                 PMAP_UNLOCK(kernel_pmap);
7857                         } else
7858                                 i = 0;
7859                         if (!i)
7860                                 return ((void *)(va + offset));
7861                 }
7862                 va = kva_alloc(size);
7863                 if (va == 0)
7864                         panic("%s: Couldn't allocate KVA", __func__);
7865         }
7866         for (tmpsize = 0; tmpsize < size; tmpsize += PAGE_SIZE)
7867                 pmap_kenter_attr(va + tmpsize, pa + tmpsize, mode);
7868         pmap_invalidate_range(kernel_pmap, va, va + tmpsize);
7869         if ((flags & MAPDEV_FLUSHCACHE) != 0)
7870                 pmap_invalidate_cache_range(va, va + tmpsize);
7871         return ((void *)(va + offset));
7872 }
7873
7874 void *
7875 pmap_mapdev_attr(vm_paddr_t pa, vm_size_t size, int mode)
7876 {
7877
7878         return (pmap_mapdev_internal(pa, size, mode, MAPDEV_FLUSHCACHE |
7879             MAPDEV_SETATTR));
7880 }
7881
7882 void *
7883 pmap_mapdev(vm_paddr_t pa, vm_size_t size)
7884 {
7885
7886         return (pmap_mapdev_attr(pa, size, PAT_UNCACHEABLE));
7887 }
7888
7889 void *
7890 pmap_mapdev_pciecfg(vm_paddr_t pa, vm_size_t size)
7891 {
7892
7893         return (pmap_mapdev_internal(pa, size, PAT_UNCACHEABLE,
7894             MAPDEV_SETATTR));
7895 }
7896
7897 void *
7898 pmap_mapbios(vm_paddr_t pa, vm_size_t size)
7899 {
7900
7901         return (pmap_mapdev_internal(pa, size, PAT_WRITE_BACK,
7902             MAPDEV_FLUSHCACHE));
7903 }
7904
7905 void
7906 pmap_unmapdev(vm_offset_t va, vm_size_t size)
7907 {
7908         struct pmap_preinit_mapping *ppim;
7909         vm_offset_t offset;
7910         int i;
7911
7912         /* If we gave a direct map region in pmap_mapdev, do nothing */
7913         if (va >= DMAP_MIN_ADDRESS && va < DMAP_MAX_ADDRESS)
7914                 return;
7915         offset = va & PAGE_MASK;
7916         size = round_page(offset + size);
7917         va = trunc_page(va);
7918         for (i = 0; i < PMAP_PREINIT_MAPPING_COUNT; i++) {
7919                 ppim = pmap_preinit_mapping + i;
7920                 if (ppim->va == va && ppim->sz == size) {
7921                         if (pmap_initialized)
7922                                 return;
7923                         ppim->pa = 0;
7924                         ppim->va = 0;
7925                         ppim->sz = 0;
7926                         ppim->mode = 0;
7927                         if (va + size == virtual_avail)
7928                                 virtual_avail = va;
7929                         return;
7930                 }
7931         }
7932         if (pmap_initialized)
7933                 kva_free(va, size);
7934 }
7935
7936 /*
7937  * Tries to demote a 1GB page mapping.
7938  */
7939 static boolean_t
7940 pmap_demote_pdpe(pmap_t pmap, pdp_entry_t *pdpe, vm_offset_t va)
7941 {
7942         pdp_entry_t newpdpe, oldpdpe;
7943         pd_entry_t *firstpde, newpde, *pde;
7944         pt_entry_t PG_A, PG_M, PG_RW, PG_V;
7945         vm_paddr_t pdpgpa;
7946         vm_page_t pdpg;
7947
7948         PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
7949         PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
7950         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
7951         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
7952
7953         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
7954         oldpdpe = *pdpe;
7955         KASSERT((oldpdpe & (PG_PS | PG_V)) == (PG_PS | PG_V),
7956             ("pmap_demote_pdpe: oldpdpe is missing PG_PS and/or PG_V"));
7957         if ((pdpg = vm_page_alloc(NULL, va >> PDPSHIFT, VM_ALLOC_INTERRUPT |
7958             VM_ALLOC_NOOBJ | VM_ALLOC_WIRED)) == NULL) {
7959                 CTR2(KTR_PMAP, "pmap_demote_pdpe: failure for va %#lx"
7960                     " in pmap %p", va, pmap);
7961                 return (FALSE);
7962         }
7963         pdpgpa = VM_PAGE_TO_PHYS(pdpg);
7964         firstpde = (pd_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(pdpgpa);
7965         newpdpe = pdpgpa | PG_M | PG_A | (oldpdpe & PG_U) | PG_RW | PG_V;
7966         KASSERT((oldpdpe & PG_A) != 0,
7967             ("pmap_demote_pdpe: oldpdpe is missing PG_A"));
7968         KASSERT((oldpdpe & (PG_M | PG_RW)) != PG_RW,
7969             ("pmap_demote_pdpe: oldpdpe is missing PG_M"));
7970         newpde = oldpdpe;
7971
7972         /*
7973          * Initialize the page directory page.
7974          */
7975         for (pde = firstpde; pde < firstpde + NPDEPG; pde++) {
7976                 *pde = newpde;
7977                 newpde += NBPDR;
7978         }
7979
7980         /*
7981          * Demote the mapping.
7982          */
7983         *pdpe = newpdpe;
7984
7985         /*
7986          * Invalidate a stale recursive mapping of the page directory page.
7987          */
7988         pmap_invalidate_page(pmap, (vm_offset_t)vtopde(va));
7989
7990         pmap_pdpe_demotions++;
7991         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_demote_pdpe: success for va %#lx"
7992             " in pmap %p", va, pmap);
7993         return (TRUE);
7994 }
7995
7996 /*
7997  * Sets the memory attribute for the specified page.
7998  */
7999 void
8000 pmap_page_set_memattr(vm_page_t m, vm_memattr_t ma)
8001 {
8002
8003         m->md.pat_mode = ma;
8004
8005         /*
8006          * If "m" is a normal page, update its direct mapping.  This update
8007          * can be relied upon to perform any cache operations that are
8008          * required for data coherence.
8009          */
8010         if ((m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0 &&
8011             pmap_change_attr(PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(m)), PAGE_SIZE,
8012             m->md.pat_mode))
8013                 panic("memory attribute change on the direct map failed");
8014 }
8015
8016 /*
8017  * Changes the specified virtual address range's memory type to that given by
8018  * the parameter "mode".  The specified virtual address range must be
8019  * completely contained within either the direct map or the kernel map.  If
8020  * the virtual address range is contained within the kernel map, then the
8021  * memory type for each of the corresponding ranges of the direct map is also
8022  * changed.  (The corresponding ranges of the direct map are those ranges that
8023  * map the same physical pages as the specified virtual address range.)  These
8024  * changes to the direct map are necessary because Intel describes the
8025  * behavior of their processors as "undefined" if two or more mappings to the
8026  * same physical page have different memory types.
8027  *
8028  * Returns zero if the change completed successfully, and either EINVAL or
8029  * ENOMEM if the change failed.  Specifically, EINVAL is returned if some part
8030  * of the virtual address range was not mapped, and ENOMEM is returned if
8031  * there was insufficient memory available to complete the change.  In the
8032  * latter case, the memory type may have been changed on some part of the
8033  * virtual address range or the direct map.
8034  */
8035 int
8036 pmap_change_attr(vm_offset_t va, vm_size_t size, int mode)
8037 {
8038         int error;
8039
8040         PMAP_LOCK(kernel_pmap);
8041         error = pmap_change_attr_locked(va, size, mode, MAPDEV_FLUSHCACHE);
8042         PMAP_UNLOCK(kernel_pmap);
8043         return (error);
8044 }
8045
8046 static int
8047 pmap_change_attr_locked(vm_offset_t va, vm_size_t size, int mode, int flags)
8048 {
8049         vm_offset_t base, offset, tmpva;
8050         vm_paddr_t pa_start, pa_end, pa_end1;
8051         pdp_entry_t *pdpe;
8052         pd_entry_t *pde;
8053         pt_entry_t *pte;
8054         int cache_bits_pte, cache_bits_pde, error;
8055         boolean_t changed;
8056
8057         PMAP_LOCK_ASSERT(kernel_pmap, MA_OWNED);
8058         base = trunc_page(va);
8059         offset = va & PAGE_MASK;
8060         size = round_page(offset + size);
8061
8062         /*
8063          * Only supported on kernel virtual addresses, including the direct
8064          * map but excluding the recursive map.
8065          */
8066         if (base < DMAP_MIN_ADDRESS)
8067                 return (EINVAL);
8068
8069         cache_bits_pde = pmap_cache_bits(kernel_pmap, mode, 1);
8070         cache_bits_pte = pmap_cache_bits(kernel_pmap, mode, 0);
8071         changed = FALSE;
8072
8073         /*
8074          * Pages that aren't mapped aren't supported.  Also break down 2MB pages
8075          * into 4KB pages if required.
8076          */
8077         for (tmpva = base; tmpva < base + size; ) {
8078                 pdpe = pmap_pdpe(kernel_pmap, tmpva);
8079                 if (pdpe == NULL || *pdpe == 0)
8080                         return (EINVAL);
8081                 if (*pdpe & PG_PS) {
8082                         /*
8083                          * If the current 1GB page already has the required
8084                          * memory type, then we need not demote this page. Just
8085                          * increment tmpva to the next 1GB page frame.
8086                          */
8087                         if ((*pdpe & X86_PG_PDE_CACHE) == cache_bits_pde) {
8088                                 tmpva = trunc_1gpage(tmpva) + NBPDP;
8089                                 continue;
8090                         }
8091
8092                         /*
8093                          * If the current offset aligns with a 1GB page frame
8094                          * and there is at least 1GB left within the range, then
8095                          * we need not break down this page into 2MB pages.
8096                          */
8097                         if ((tmpva & PDPMASK) == 0 &&
8098                             tmpva + PDPMASK < base + size) {
8099                                 tmpva += NBPDP;
8100                                 continue;
8101                         }
8102                         if (!pmap_demote_pdpe(kernel_pmap, pdpe, tmpva))
8103                                 return (ENOMEM);
8104                 }
8105                 pde = pmap_pdpe_to_pde(pdpe, tmpva);
8106                 if (*pde == 0)
8107                         return (EINVAL);
8108                 if (*pde & PG_PS) {
8109                         /*
8110                          * If the current 2MB page already has the required
8111                          * memory type, then we need not demote this page. Just
8112                          * increment tmpva to the next 2MB page frame.
8113                          */
8114                         if ((*pde & X86_PG_PDE_CACHE) == cache_bits_pde) {
8115                                 tmpva = trunc_2mpage(tmpva) + NBPDR;
8116                                 continue;
8117                         }
8118
8119                         /*
8120                          * If the current offset aligns with a 2MB page frame
8121                          * and there is at least 2MB left within the range, then
8122                          * we need not break down this page into 4KB pages.
8123                          */
8124                         if ((tmpva & PDRMASK) == 0 &&
8125                             tmpva + PDRMASK < base + size) {
8126                                 tmpva += NBPDR;
8127                                 continue;
8128                         }
8129                         if (!pmap_demote_pde(kernel_pmap, pde, tmpva))
8130                                 return (ENOMEM);
8131                 }
8132                 pte = pmap_pde_to_pte(pde, tmpva);
8133                 if (*pte == 0)
8134                         return (EINVAL);
8135                 tmpva += PAGE_SIZE;
8136         }
8137         error = 0;
8138
8139         /*
8140          * Ok, all the pages exist, so run through them updating their
8141          * cache mode if required.
8142          */
8143         pa_start = pa_end = 0;
8144         for (tmpva = base; tmpva < base + size; ) {
8145                 pdpe = pmap_pdpe(kernel_pmap, tmpva);
8146                 if (*pdpe & PG_PS) {
8147                         if ((*pdpe & X86_PG_PDE_CACHE) != cache_bits_pde) {
8148                                 pmap_pde_attr(pdpe, cache_bits_pde,
8149                                     X86_PG_PDE_CACHE);
8150                                 changed = TRUE;
8151                         }
8152                         if (tmpva >= VM_MIN_KERNEL_ADDRESS &&
8153                             (*pdpe & PG_PS_FRAME) < dmaplimit) {
8154                                 if (pa_start == pa_end) {
8155                                         /* Start physical address run. */
8156                                         pa_start = *pdpe & PG_PS_FRAME;
8157                                         pa_end = pa_start + NBPDP;
8158                                 } else if (pa_end == (*pdpe & PG_PS_FRAME))
8159                                         pa_end += NBPDP;
8160                                 else {
8161                                         /* Run ended, update direct map. */
8162                                         error = pmap_change_attr_locked(
8163                                             PHYS_TO_DMAP(pa_start),
8164                                             pa_end - pa_start, mode, flags);
8165                                         if (error != 0)
8166                                                 break;
8167                                         /* Start physical address run. */
8168                                         pa_start = *pdpe & PG_PS_FRAME;
8169                                         pa_end = pa_start + NBPDP;
8170                                 }
8171                         }
8172                         tmpva = trunc_1gpage(tmpva) + NBPDP;
8173                         continue;
8174                 }
8175                 pde = pmap_pdpe_to_pde(pdpe, tmpva);
8176                 if (*pde & PG_PS) {
8177                         if ((*pde & X86_PG_PDE_CACHE) != cache_bits_pde) {
8178                                 pmap_pde_attr(pde, cache_bits_pde,
8179                                     X86_PG_PDE_CACHE);
8180                                 changed = TRUE;
8181                         }
8182                         if (tmpva >= VM_MIN_KERNEL_ADDRESS &&
8183                             (*pde & PG_PS_FRAME) < dmaplimit) {
8184                                 if (pa_start == pa_end) {
8185                                         /* Start physical address run. */
8186                                         pa_start = *pde & PG_PS_FRAME;
8187                                         pa_end = pa_start + NBPDR;
8188                                 } else if (pa_end == (*pde & PG_PS_FRAME))
8189                                         pa_end += NBPDR;
8190                                 else {
8191                                         /* Run ended, update direct map. */
8192                                         error = pmap_change_attr_locked(
8193                                             PHYS_TO_DMAP(pa_start),
8194                                             pa_end - pa_start, mode, flags);
8195                                         if (error != 0)
8196                                                 break;
8197                                         /* Start physical address run. */
8198                                         pa_start = *pde & PG_PS_FRAME;
8199                                         pa_end = pa_start + NBPDR;
8200                                 }
8201                         }
8202                         tmpva = trunc_2mpage(tmpva) + NBPDR;
8203                 } else {
8204                         pte = pmap_pde_to_pte(pde, tmpva);
8205                         if ((*pte & X86_PG_PTE_CACHE) != cache_bits_pte) {
8206                                 pmap_pte_attr(pte, cache_bits_pte,
8207                                     X86_PG_PTE_CACHE);
8208                                 changed = TRUE;
8209                         }
8210                         if (tmpva >= VM_MIN_KERNEL_ADDRESS &&
8211                             (*pte & PG_FRAME) < dmaplimit) {
8212                                 if (pa_start == pa_end) {
8213                                         /* Start physical address run. */
8214                                         pa_start = *pte & PG_FRAME;
8215                                         pa_end = pa_start + PAGE_SIZE;
8216                                 } else if (pa_end == (*pte & PG_FRAME))
8217                                         pa_end += PAGE_SIZE;
8218                                 else {
8219                                         /* Run ended, update direct map. */
8220                                         error = pmap_change_attr_locked(
8221                                             PHYS_TO_DMAP(pa_start),
8222                                             pa_end - pa_start, mode, flags);
8223                                         if (error != 0)
8224                                                 break;
8225                                         /* Start physical address run. */
8226                                         pa_start = *pte & PG_FRAME;
8227                                         pa_end = pa_start + PAGE_SIZE;
8228                                 }
8229                         }
8230                         tmpva += PAGE_SIZE;
8231                 }
8232         }
8233         if (error == 0 && pa_start != pa_end && pa_start < dmaplimit) {
8234                 pa_end1 = MIN(pa_end, dmaplimit);
8235                 if (pa_start != pa_end1)
8236                         error = pmap_change_attr_locked(PHYS_TO_DMAP(pa_start),
8237                             pa_end1 - pa_start, mode, flags);
8238         }
8239
8240         /*
8241          * Flush CPU caches if required to make sure any data isn't cached that
8242          * shouldn't be, etc.
8243          */
8244         if (changed) {
8245                 pmap_invalidate_range(kernel_pmap, base, tmpva);
8246                 if ((flags & MAPDEV_FLUSHCACHE) != 0)
8247                         pmap_invalidate_cache_range(base, tmpva);
8248         }
8249         return (error);
8250 }
8251
8252 /*
8253  * Demotes any mapping within the direct map region that covers more than the
8254  * specified range of physical addresses.  This range's size must be a power
8255  * of two and its starting address must be a multiple of its size.  Since the
8256  * demotion does not change any attributes of the mapping, a TLB invalidation
8257  * is not mandatory.  The caller may, however, request a TLB invalidation.
8258  */
8259 void
8260 pmap_demote_DMAP(vm_paddr_t base, vm_size_t len, boolean_t invalidate)
8261 {
8262         pdp_entry_t *pdpe;
8263         pd_entry_t *pde;
8264         vm_offset_t va;
8265         boolean_t changed;
8266
8267         if (len == 0)
8268                 return;
8269         KASSERT(powerof2(len), ("pmap_demote_DMAP: len is not a power of 2"));
8270         KASSERT((base & (len - 1)) == 0,
8271             ("pmap_demote_DMAP: base is not a multiple of len"));
8272         if (len < NBPDP && base < dmaplimit) {
8273                 va = PHYS_TO_DMAP(base);
8274                 changed = FALSE;
8275                 PMAP_LOCK(kernel_pmap);
8276                 pdpe = pmap_pdpe(kernel_pmap, va);
8277                 if ((*pdpe & X86_PG_V) == 0)
8278                         panic("pmap_demote_DMAP: invalid PDPE");
8279                 if ((*pdpe & PG_PS) != 0) {
8280                         if (!pmap_demote_pdpe(kernel_pmap, pdpe, va))
8281                                 panic("pmap_demote_DMAP: PDPE failed");
8282                         changed = TRUE;
8283                 }
8284                 if (len < NBPDR) {
8285                         pde = pmap_pdpe_to_pde(pdpe, va);
8286                         if ((*pde & X86_PG_V) == 0)
8287                                 panic("pmap_demote_DMAP: invalid PDE");
8288                         if ((*pde & PG_PS) != 0) {
8289                                 if (!pmap_demote_pde(kernel_pmap, pde, va))
8290                                         panic("pmap_demote_DMAP: PDE failed");
8291                                 changed = TRUE;
8292                         }
8293                 }
8294                 if (changed && invalidate)
8295                         pmap_invalidate_page(kernel_pmap, va);
8296                 PMAP_UNLOCK(kernel_pmap);
8297         }
8298 }
8299
8300 /*
8301  * perform the pmap work for mincore
8302  */
8303 int
8304 pmap_mincore(pmap_t pmap, vm_offset_t addr, vm_paddr_t *locked_pa)
8305 {
8306         pd_entry_t *pdep;
8307         pt_entry_t pte, PG_A, PG_M, PG_RW, PG_V;
8308         vm_paddr_t pa;
8309         int val;
8310
8311         PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
8312         PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
8313         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
8314         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
8315
8316         PMAP_LOCK(pmap);
8317 retry:
8318         pdep = pmap_pde(pmap, addr);
8319         if (pdep != NULL && (*pdep & PG_V)) {
8320                 if (*pdep & PG_PS) {
8321                         pte = *pdep;
8322                         /* Compute the physical address of the 4KB page. */
8323                         pa = ((*pdep & PG_PS_FRAME) | (addr & PDRMASK)) &
8324                             PG_FRAME;
8325                         val = MINCORE_SUPER;
8326                 } else {
8327                         pte = *pmap_pde_to_pte(pdep, addr);
8328                         pa = pte & PG_FRAME;
8329                         val = 0;
8330                 }
8331         } else {
8332                 pte = 0;
8333                 pa = 0;
8334                 val = 0;
8335         }
8336         if ((pte & PG_V) != 0) {
8337                 val |= MINCORE_INCORE;
8338                 if ((pte & (PG_M | PG_RW)) == (PG_M | PG_RW))
8339                         val |= MINCORE_MODIFIED | MINCORE_MODIFIED_OTHER;
8340                 if ((pte & PG_A) != 0)
8341                         val |= MINCORE_REFERENCED | MINCORE_REFERENCED_OTHER;
8342         }
8343         if ((val & (MINCORE_MODIFIED_OTHER | MINCORE_REFERENCED_OTHER)) !=
8344             (MINCORE_MODIFIED_OTHER | MINCORE_REFERENCED_OTHER) &&
8345             (pte & (PG_MANAGED | PG_V)) == (PG_MANAGED | PG_V)) {
8346                 /* Ensure that "PHYS_TO_VM_PAGE(pa)->object" doesn't change. */
8347                 if (vm_page_pa_tryrelock(pmap, pa, locked_pa))
8348                         goto retry;
8349         } else
8350                 PA_UNLOCK_COND(*locked_pa);
8351         PMAP_UNLOCK(pmap);
8352         return (val);
8353 }
8354
8355 static uint64_t
8356 pmap_pcid_alloc(pmap_t pmap, u_int cpuid)
8357 {
8358         uint32_t gen, new_gen, pcid_next;
8359
8360         CRITICAL_ASSERT(curthread);
8361         gen = PCPU_GET(pcid_gen);
8362         if (pmap->pm_pcids[cpuid].pm_pcid == PMAP_PCID_KERN)
8363                 return (pti ? 0 : CR3_PCID_SAVE);
8364         if (pmap->pm_pcids[cpuid].pm_gen == gen)
8365                 return (CR3_PCID_SAVE);
8366         pcid_next = PCPU_GET(pcid_next);
8367         KASSERT((!pti && pcid_next <= PMAP_PCID_OVERMAX) ||
8368             (pti && pcid_next <= PMAP_PCID_OVERMAX_KERN),
8369             ("cpu %d pcid_next %#x", cpuid, pcid_next));
8370         if ((!pti && pcid_next == PMAP_PCID_OVERMAX) ||
8371             (pti && pcid_next == PMAP_PCID_OVERMAX_KERN)) {
8372                 new_gen = gen + 1;
8373                 if (new_gen == 0)
8374                         new_gen = 1;
8375                 PCPU_SET(pcid_gen, new_gen);
8376                 pcid_next = PMAP_PCID_KERN + 1;
8377         } else {
8378                 new_gen = gen;
8379         }
8380         pmap->pm_pcids[cpuid].pm_pcid = pcid_next;
8381         pmap->pm_pcids[cpuid].pm_gen = new_gen;
8382         PCPU_SET(pcid_next, pcid_next + 1);
8383         return (0);
8384 }
8385
8386 static uint64_t
8387 pmap_pcid_alloc_checked(pmap_t pmap, u_int cpuid)
8388 {
8389         uint64_t cached;
8390
8391         cached = pmap_pcid_alloc(pmap, cpuid);
8392         KASSERT(pmap->pm_pcids[cpuid].pm_pcid < PMAP_PCID_OVERMAX,
8393             ("pmap %p cpu %d pcid %#x", pmap, cpuid,
8394             pmap->pm_pcids[cpuid].pm_pcid));
8395         KASSERT(pmap->pm_pcids[cpuid].pm_pcid != PMAP_PCID_KERN ||
8396             pmap == kernel_pmap,
8397             ("non-kernel pmap pmap %p cpu %d pcid %#x",
8398             pmap, cpuid, pmap->pm_pcids[cpuid].pm_pcid));
8399         return (cached);
8400 }
8401
8402 static void
8403 pmap_activate_sw_pti_post(struct thread *td, pmap_t pmap)
8404 {
8405
8406         PCPU_GET(tssp)->tss_rsp0 = pmap->pm_ucr3 != PMAP_NO_CR3 ?
8407             PCPU_GET(pti_rsp0) : (uintptr_t)td->td_pcb;
8408 }
8409
8410 static void inline
8411 pmap_activate_sw_pcid_pti(pmap_t pmap, u_int cpuid, const bool invpcid_works1)
8412 {
8413         struct invpcid_descr d;
8414         uint64_t cached, cr3, kcr3, ucr3;
8415
8416         cached = pmap_pcid_alloc_checked(pmap, cpuid);
8417         cr3 = rcr3();
8418         if ((cr3 & ~CR3_PCID_MASK) != pmap->pm_cr3)
8419                 load_cr3(pmap->pm_cr3 | pmap->pm_pcids[cpuid].pm_pcid);
8420         PCPU_SET(curpmap, pmap);
8421         kcr3 = pmap->pm_cr3 | pmap->pm_pcids[cpuid].pm_pcid;
8422         ucr3 = pmap->pm_ucr3 | pmap->pm_pcids[cpuid].pm_pcid |
8423             PMAP_PCID_USER_PT;
8424
8425         if (!cached && pmap->pm_ucr3 != PMAP_NO_CR3) {
8426                 /*
8427                  * Explicitly invalidate translations cached from the
8428                  * user page table.  They are not automatically
8429                  * flushed by reload of cr3 with the kernel page table
8430                  * pointer above.
8431                  *
8432                  * Note that the if() condition is resolved statically
8433                  * by using the function argument instead of
8434                  * runtime-evaluated invpcid_works value.
8435                  */
8436                 if (invpcid_works1) {
8437                         d.pcid = PMAP_PCID_USER_PT |
8438                             pmap->pm_pcids[cpuid].pm_pcid;
8439                         d.pad = 0;
8440                         d.addr = 0;
8441                         invpcid(&d, INVPCID_CTX);
8442                 } else {
8443                         pmap_pti_pcid_invalidate(ucr3, kcr3);
8444                 }
8445         }
8446
8447         PCPU_SET(kcr3, kcr3 | CR3_PCID_SAVE);
8448         PCPU_SET(ucr3, ucr3 | CR3_PCID_SAVE);
8449         if (cached)
8450                 PCPU_INC(pm_save_cnt);
8451 }
8452
8453 static void
8454 pmap_activate_sw_pcid_invpcid_pti(struct thread *td, pmap_t pmap, u_int cpuid)
8455 {
8456
8457         pmap_activate_sw_pcid_pti(pmap, cpuid, true);
8458         pmap_activate_sw_pti_post(td, pmap);
8459 }
8460
8461 static void
8462 pmap_activate_sw_pcid_noinvpcid_pti(struct thread *td, pmap_t pmap,
8463     u_int cpuid)
8464 {
8465         register_t rflags;
8466
8467         /*
8468          * If the INVPCID instruction is not available,
8469          * invltlb_pcid_handler() is used to handle an invalidate_all
8470          * IPI, which checks for curpmap == smp_tlb_pmap.  The below
8471          * sequence of operations has a window where %CR3 is loaded
8472          * with the new pmap's PML4 address, but the curpmap value has
8473          * not yet been updated.  This causes the invltlb IPI handler,
8474          * which is called between the updates, to execute as a NOP,
8475          * which leaves stale TLB entries.
8476          *
8477          * Note that the most typical use of pmap_activate_sw(), from
8478          * the context switch, is immune to this race, because
8479          * interrupts are disabled (while the thread lock is owned),
8480          * and the IPI happens after curpmap is updated.  Protect
8481          * other callers in a similar way, by disabling interrupts
8482          * around the %cr3 register reload and curpmap assignment.
8483          */
8484         rflags = intr_disable();
8485         pmap_activate_sw_pcid_pti(pmap, cpuid, false);
8486         intr_restore(rflags);
8487         pmap_activate_sw_pti_post(td, pmap);
8488 }
8489
8490 static void
8491 pmap_activate_sw_pcid_nopti(struct thread *td __unused, pmap_t pmap,
8492     u_int cpuid)
8493 {
8494         uint64_t cached, cr3;
8495
8496         cached = pmap_pcid_alloc_checked(pmap, cpuid);
8497         cr3 = rcr3();
8498         if (!cached || (cr3 & ~CR3_PCID_MASK) != pmap->pm_cr3)
8499                 load_cr3(pmap->pm_cr3 | pmap->pm_pcids[cpuid].pm_pcid |
8500                     cached);
8501         PCPU_SET(curpmap, pmap);
8502         if (cached)
8503                 PCPU_INC(pm_save_cnt);
8504 }
8505
8506 static void
8507 pmap_activate_sw_pcid_noinvpcid_nopti(struct thread *td __unused, pmap_t pmap,
8508     u_int cpuid)
8509 {
8510         register_t rflags;
8511
8512         rflags = intr_disable();
8513         pmap_activate_sw_pcid_nopti(td, pmap, cpuid);
8514         intr_restore(rflags);
8515 }
8516
8517 static void
8518 pmap_activate_sw_nopcid_nopti(struct thread *td __unused, pmap_t pmap,
8519     u_int cpuid __unused)
8520 {
8521
8522         load_cr3(pmap->pm_cr3);
8523         PCPU_SET(curpmap, pmap);
8524 }
8525
8526 static void
8527 pmap_activate_sw_nopcid_pti(struct thread *td, pmap_t pmap,
8528     u_int cpuid __unused)
8529 {
8530
8531         pmap_activate_sw_nopcid_nopti(td, pmap, cpuid);
8532         PCPU_SET(kcr3, pmap->pm_cr3);
8533         PCPU_SET(ucr3, pmap->pm_ucr3);
8534         pmap_activate_sw_pti_post(td, pmap);
8535 }
8536
8537 DEFINE_IFUNC(static, void, pmap_activate_sw_mode, (struct thread *, pmap_t,
8538     u_int))
8539 {
8540
8541         if (pmap_pcid_enabled && pti && invpcid_works)
8542                 return (pmap_activate_sw_pcid_invpcid_pti);
8543         else if (pmap_pcid_enabled && pti && !invpcid_works)
8544                 return (pmap_activate_sw_pcid_noinvpcid_pti);
8545         else if (pmap_pcid_enabled && !pti && invpcid_works)
8546                 return (pmap_activate_sw_pcid_nopti);
8547         else if (pmap_pcid_enabled && !pti && !invpcid_works)
8548                 return (pmap_activate_sw_pcid_noinvpcid_nopti);
8549         else if (!pmap_pcid_enabled && pti)
8550                 return (pmap_activate_sw_nopcid_pti);
8551         else /* if (!pmap_pcid_enabled && !pti) */
8552                 return (pmap_activate_sw_nopcid_nopti);
8553 }
8554
8555 void
8556 pmap_activate_sw(struct thread *td)
8557 {
8558         pmap_t oldpmap, pmap;
8559         u_int cpuid;
8560
8561         oldpmap = PCPU_GET(curpmap);
8562         pmap = vmspace_pmap(td->td_proc->p_vmspace);
8563         if (oldpmap == pmap)
8564                 return;
8565         cpuid = PCPU_GET(cpuid);
8566 #ifdef SMP
8567         CPU_SET_ATOMIC(cpuid, &pmap->pm_active);
8568 #else
8569         CPU_SET(cpuid, &pmap->pm_active);
8570 #endif
8571         pmap_activate_sw_mode(td, pmap, cpuid);
8572 #ifdef SMP
8573         CPU_CLR_ATOMIC(cpuid, &oldpmap->pm_active);
8574 #else
8575         CPU_CLR(cpuid, &oldpmap->pm_active);
8576 #endif
8577 }
8578
8579 void
8580 pmap_activate(struct thread *td)
8581 {
8582
8583         critical_enter();
8584         pmap_activate_sw(td);
8585         critical_exit();
8586 }
8587
8588 void
8589 pmap_activate_boot(pmap_t pmap)
8590 {
8591         uint64_t kcr3;
8592         u_int cpuid;
8593
8594         /*
8595          * kernel_pmap must be never deactivated, and we ensure that
8596          * by never activating it at all.
8597          */
8598         MPASS(pmap != kernel_pmap);
8599
8600         cpuid = PCPU_GET(cpuid);
8601 #ifdef SMP
8602         CPU_SET_ATOMIC(cpuid, &pmap->pm_active);
8603 #else
8604         CPU_SET(cpuid, &pmap->pm_active);
8605 #endif
8606         PCPU_SET(curpmap, pmap);
8607         if (pti) {
8608                 kcr3 = pmap->pm_cr3;
8609                 if (pmap_pcid_enabled)
8610                         kcr3 |= pmap->pm_pcids[cpuid].pm_pcid | CR3_PCID_SAVE;
8611         } else {
8612                 kcr3 = PMAP_NO_CR3;
8613         }
8614         PCPU_SET(kcr3, kcr3);
8615         PCPU_SET(ucr3, PMAP_NO_CR3);
8616 }
8617
8618 void
8619 pmap_sync_icache(pmap_t pm, vm_offset_t va, vm_size_t sz)
8620 {
8621 }
8622
8623 /*
8624  *      Increase the starting virtual address of the given mapping if a
8625  *      different alignment might result in more superpage mappings.
8626  */
8627 void
8628 pmap_align_superpage(vm_object_t object, vm_ooffset_t offset,
8629     vm_offset_t *addr, vm_size_t size)
8630 {
8631         vm_offset_t superpage_offset;
8632
8633         if (size < NBPDR)
8634                 return;
8635         if (object != NULL && (object->flags & OBJ_COLORED) != 0)
8636                 offset += ptoa(object->pg_color);
8637         superpage_offset = offset & PDRMASK;
8638         if (size - ((NBPDR - superpage_offset) & PDRMASK) < NBPDR ||
8639             (*addr & PDRMASK) == superpage_offset)
8640                 return;
8641         if ((*addr & PDRMASK) < superpage_offset)
8642                 *addr = (*addr & ~PDRMASK) + superpage_offset;
8643         else
8644                 *addr = ((*addr + PDRMASK) & ~PDRMASK) + superpage_offset;
8645 }
8646
8647 #ifdef INVARIANTS
8648 static unsigned long num_dirty_emulations;
8649 SYSCTL_ULONG(_vm_pmap, OID_AUTO, num_dirty_emulations, CTLFLAG_RW,
8650              &num_dirty_emulations, 0, NULL);
8651
8652 static unsigned long num_accessed_emulations;
8653 SYSCTL_ULONG(_vm_pmap, OID_AUTO, num_accessed_emulations, CTLFLAG_RW,
8654              &num_accessed_emulations, 0, NULL);
8655
8656 static unsigned long num_superpage_accessed_emulations;
8657 SYSCTL_ULONG(_vm_pmap, OID_AUTO, num_superpage_accessed_emulations, CTLFLAG_RW,
8658              &num_superpage_accessed_emulations, 0, NULL);
8659
8660 static unsigned long ad_emulation_superpage_promotions;
8661 SYSCTL_ULONG(_vm_pmap, OID_AUTO, ad_emulation_superpage_promotions, CTLFLAG_RW,
8662              &ad_emulation_superpage_promotions, 0, NULL);
8663 #endif  /* INVARIANTS */
8664
8665 int
8666 pmap_emulate_accessed_dirty(pmap_t pmap, vm_offset_t va, int ftype)
8667 {
8668         int rv;
8669         struct rwlock *lock;
8670 #if VM_NRESERVLEVEL > 0
8671         vm_page_t m, mpte;
8672 #endif
8673         pd_entry_t *pde;
8674         pt_entry_t *pte, PG_A, PG_M, PG_RW, PG_V;
8675
8676         KASSERT(ftype == VM_PROT_READ || ftype == VM_PROT_WRITE,
8677             ("pmap_emulate_accessed_dirty: invalid fault type %d", ftype));
8678
8679         if (!pmap_emulate_ad_bits(pmap))
8680                 return (-1);
8681
8682         PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
8683         PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
8684         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
8685         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
8686
8687         rv = -1;
8688         lock = NULL;
8689         PMAP_LOCK(pmap);
8690
8691         pde = pmap_pde(pmap, va);
8692         if (pde == NULL || (*pde & PG_V) == 0)
8693                 goto done;
8694
8695         if ((*pde & PG_PS) != 0) {
8696                 if (ftype == VM_PROT_READ) {
8697 #ifdef INVARIANTS
8698                         atomic_add_long(&num_superpage_accessed_emulations, 1);
8699 #endif
8700                         *pde |= PG_A;
8701                         rv = 0;
8702                 }
8703                 goto done;
8704         }
8705
8706         pte = pmap_pde_to_pte(pde, va);
8707         if ((*pte & PG_V) == 0)
8708                 goto done;
8709
8710         if (ftype == VM_PROT_WRITE) {
8711                 if ((*pte & PG_RW) == 0)
8712                         goto done;
8713                 /*
8714                  * Set the modified and accessed bits simultaneously.
8715                  *
8716                  * Intel EPT PTEs that do software emulation of A/D bits map
8717                  * PG_A and PG_M to EPT_PG_READ and EPT_PG_WRITE respectively.
8718                  * An EPT misconfiguration is triggered if the PTE is writable
8719                  * but not readable (WR=10). This is avoided by setting PG_A
8720                  * and PG_M simultaneously.
8721                  */
8722                 *pte |= PG_M | PG_A;
8723         } else {
8724                 *pte |= PG_A;
8725         }
8726
8727 #if VM_NRESERVLEVEL > 0
8728         /* try to promote the mapping */
8729         if (va < VM_MAXUSER_ADDRESS)
8730                 mpte = PHYS_TO_VM_PAGE(*pde & PG_FRAME);
8731         else
8732                 mpte = NULL;
8733
8734         m = PHYS_TO_VM_PAGE(*pte & PG_FRAME);
8735
8736         if ((mpte == NULL || mpte->ref_count == NPTEPG) &&
8737             pmap_ps_enabled(pmap) &&
8738             (m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0 &&
8739             vm_reserv_level_iffullpop(m) == 0) {
8740                 pmap_promote_pde(pmap, pde, va, &lock);
8741 #ifdef INVARIANTS
8742                 atomic_add_long(&ad_emulation_superpage_promotions, 1);
8743 #endif
8744         }
8745 #endif
8746
8747 #ifdef INVARIANTS
8748         if (ftype == VM_PROT_WRITE)
8749                 atomic_add_long(&num_dirty_emulations, 1);
8750         else
8751                 atomic_add_long(&num_accessed_emulations, 1);
8752 #endif
8753         rv = 0;         /* success */
8754 done:
8755         if (lock != NULL)
8756                 rw_wunlock(lock);
8757         PMAP_UNLOCK(pmap);
8758         return (rv);
8759 }
8760
8761 void
8762 pmap_get_mapping(pmap_t pmap, vm_offset_t va, uint64_t *ptr, int *num)
8763 {
8764         pml4_entry_t *pml4;
8765         pdp_entry_t *pdp;
8766         pd_entry_t *pde;
8767         pt_entry_t *pte, PG_V;
8768         int idx;
8769
8770         idx = 0;
8771         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
8772         PMAP_LOCK(pmap);
8773
8774         pml4 = pmap_pml4e(pmap, va);
8775         ptr[idx++] = *pml4;
8776         if ((*pml4 & PG_V) == 0)
8777                 goto done;
8778
8779         pdp = pmap_pml4e_to_pdpe(pml4, va);
8780         ptr[idx++] = *pdp;
8781         if ((*pdp & PG_V) == 0 || (*pdp & PG_PS) != 0)
8782                 goto done;
8783
8784         pde = pmap_pdpe_to_pde(pdp, va);
8785         ptr[idx++] = *pde;
8786         if ((*pde & PG_V) == 0 || (*pde & PG_PS) != 0)
8787                 goto done;
8788
8789         pte = pmap_pde_to_pte(pde, va);
8790         ptr[idx++] = *pte;
8791
8792 done:
8793         PMAP_UNLOCK(pmap);
8794         *num = idx;
8795 }
8796
8797 /**
8798  * Get the kernel virtual address of a set of physical pages. If there are
8799  * physical addresses not covered by the DMAP perform a transient mapping
8800  * that will be removed when calling pmap_unmap_io_transient.
8801  *
8802  * \param page        The pages the caller wishes to obtain the virtual
8803  *                    address on the kernel memory map.
8804  * \param vaddr       On return contains the kernel virtual memory address
8805  *                    of the pages passed in the page parameter.
8806  * \param count       Number of pages passed in.
8807  * \param can_fault   TRUE if the thread using the mapped pages can take
8808  *                    page faults, FALSE otherwise.
8809  *
8810  * \returns TRUE if the caller must call pmap_unmap_io_transient when
8811  *          finished or FALSE otherwise.
8812  *
8813  */
8814 boolean_t
8815 pmap_map_io_transient(vm_page_t page[], vm_offset_t vaddr[], int count,
8816     boolean_t can_fault)
8817 {
8818         vm_paddr_t paddr;
8819         boolean_t needs_mapping;
8820         pt_entry_t *pte;
8821         int cache_bits, error __unused, i;
8822
8823         /*
8824          * Allocate any KVA space that we need, this is done in a separate
8825          * loop to prevent calling vmem_alloc while pinned.
8826          */
8827         needs_mapping = FALSE;
8828         for (i = 0; i < count; i++) {
8829                 paddr = VM_PAGE_TO_PHYS(page[i]);
8830                 if (__predict_false(paddr >= dmaplimit)) {
8831                         error = vmem_alloc(kernel_arena, PAGE_SIZE,
8832                             M_BESTFIT | M_WAITOK, &vaddr[i]);
8833                         KASSERT(error == 0, ("vmem_alloc failed: %d", error));
8834                         needs_mapping = TRUE;
8835                 } else {
8836                         vaddr[i] = PHYS_TO_DMAP(paddr);
8837                 }
8838         }
8839
8840         /* Exit early if everything is covered by the DMAP */
8841         if (!needs_mapping)
8842                 return (FALSE);
8843
8844         /*
8845          * NB:  The sequence of updating a page table followed by accesses
8846          * to the corresponding pages used in the !DMAP case is subject to
8847          * the situation described in the "AMD64 Architecture Programmer's
8848          * Manual Volume 2: System Programming" rev. 3.23, "7.3.1 Special
8849          * Coherency Considerations".  Therefore, issuing the INVLPG right
8850          * after modifying the PTE bits is crucial.
8851          */
8852         if (!can_fault)
8853                 sched_pin();
8854         for (i = 0; i < count; i++) {
8855                 paddr = VM_PAGE_TO_PHYS(page[i]);
8856                 if (paddr >= dmaplimit) {
8857                         if (can_fault) {
8858                                 /*
8859                                  * Slow path, since we can get page faults
8860                                  * while mappings are active don't pin the
8861                                  * thread to the CPU and instead add a global
8862                                  * mapping visible to all CPUs.
8863                                  */
8864                                 pmap_qenter(vaddr[i], &page[i], 1);
8865                         } else {
8866                                 pte = vtopte(vaddr[i]);
8867                                 cache_bits = pmap_cache_bits(kernel_pmap,
8868                                     page[i]->md.pat_mode, 0);
8869                                 pte_store(pte, paddr | X86_PG_RW | X86_PG_V |
8870                                     cache_bits);
8871                                 invlpg(vaddr[i]);
8872                         }
8873                 }
8874         }
8875
8876         return (needs_mapping);
8877 }
8878
8879 void
8880 pmap_unmap_io_transient(vm_page_t page[], vm_offset_t vaddr[], int count,
8881     boolean_t can_fault)
8882 {
8883         vm_paddr_t paddr;
8884         int i;
8885
8886         if (!can_fault)
8887                 sched_unpin();
8888         for (i = 0; i < count; i++) {
8889                 paddr = VM_PAGE_TO_PHYS(page[i]);
8890                 if (paddr >= dmaplimit) {
8891                         if (can_fault)
8892                                 pmap_qremove(vaddr[i], 1);
8893                         vmem_free(kernel_arena, vaddr[i], PAGE_SIZE);
8894                 }
8895         }
8896 }
8897
8898 vm_offset_t
8899 pmap_quick_enter_page(vm_page_t m)
8900 {
8901         vm_paddr_t paddr;
8902
8903         paddr = VM_PAGE_TO_PHYS(m);
8904         if (paddr < dmaplimit)
8905                 return (PHYS_TO_DMAP(paddr));
8906         mtx_lock_spin(&qframe_mtx);
8907         KASSERT(*vtopte(qframe) == 0, ("qframe busy"));
8908         pte_store(vtopte(qframe), paddr | X86_PG_RW | X86_PG_V | X86_PG_A |
8909             X86_PG_M | pmap_cache_bits(kernel_pmap, m->md.pat_mode, 0));
8910         return (qframe);
8911 }
8912
8913 void
8914 pmap_quick_remove_page(vm_offset_t addr)
8915 {
8916
8917         if (addr != qframe)
8918                 return;
8919         pte_store(vtopte(qframe), 0);
8920         invlpg(qframe);
8921         mtx_unlock_spin(&qframe_mtx);
8922 }
8923
8924 /*
8925  * Pdp pages from the large map are managed differently from either
8926  * kernel or user page table pages.  They are permanently allocated at
8927  * initialization time, and their reference count is permanently set to
8928  * zero.  The pml4 entries pointing to those pages are copied into
8929  * each allocated pmap.
8930  *
8931  * In contrast, pd and pt pages are managed like user page table
8932  * pages.  They are dynamically allocated, and their reference count
8933  * represents the number of valid entries within the page.
8934  */
8935 static vm_page_t
8936 pmap_large_map_getptp_unlocked(void)
8937 {
8938         vm_page_t m;
8939
8940         m = vm_page_alloc(NULL, 0, VM_ALLOC_NORMAL | VM_ALLOC_NOOBJ |
8941             VM_ALLOC_ZERO);
8942         if (m != NULL && (m->flags & PG_ZERO) == 0)
8943                 pmap_zero_page(m);
8944         return (m);
8945 }
8946
8947 static vm_page_t
8948 pmap_large_map_getptp(void)
8949 {
8950         vm_page_t m;
8951
8952         PMAP_LOCK_ASSERT(kernel_pmap, MA_OWNED);
8953         m = pmap_large_map_getptp_unlocked();
8954         if (m == NULL) {
8955                 PMAP_UNLOCK(kernel_pmap);
8956                 vm_wait(NULL);
8957                 PMAP_LOCK(kernel_pmap);
8958                 /* Callers retry. */
8959         }
8960         return (m);
8961 }
8962
8963 static pdp_entry_t *
8964 pmap_large_map_pdpe(vm_offset_t va)
8965 {
8966         vm_pindex_t pml4_idx;
8967         vm_paddr_t mphys;
8968
8969         pml4_idx = pmap_pml4e_index(va);
8970         KASSERT(LMSPML4I <= pml4_idx && pml4_idx < LMSPML4I + lm_ents,
8971             ("pmap_large_map_pdpe: va %#jx out of range idx %#jx LMSPML4I "
8972             "%#jx lm_ents %d",
8973             (uintmax_t)va, (uintmax_t)pml4_idx, LMSPML4I, lm_ents));
8974         KASSERT((kernel_pmap->pm_pml4[pml4_idx] & X86_PG_V) != 0,
8975             ("pmap_large_map_pdpe: invalid pml4 for va %#jx idx %#jx "
8976             "LMSPML4I %#jx lm_ents %d",
8977             (uintmax_t)va, (uintmax_t)pml4_idx, LMSPML4I, lm_ents));
8978         mphys = kernel_pmap->pm_pml4[pml4_idx] & PG_FRAME;
8979         return ((pdp_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(mphys) + pmap_pdpe_index(va));
8980 }
8981
8982 static pd_entry_t *
8983 pmap_large_map_pde(vm_offset_t va)
8984 {
8985         pdp_entry_t *pdpe;
8986         vm_page_t m;
8987         vm_paddr_t mphys;
8988
8989 retry:
8990         pdpe = pmap_large_map_pdpe(va);
8991         if (*pdpe == 0) {
8992                 m = pmap_large_map_getptp();
8993                 if (m == NULL)
8994                         goto retry;
8995                 mphys = VM_PAGE_TO_PHYS(m);
8996                 *pdpe = mphys | X86_PG_A | X86_PG_RW | X86_PG_V | pg_nx;
8997         } else {
8998                 MPASS((*pdpe & X86_PG_PS) == 0);
8999                 mphys = *pdpe & PG_FRAME;
9000         }
9001         return ((pd_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(mphys) + pmap_pde_index(va));
9002 }
9003
9004 static pt_entry_t *
9005 pmap_large_map_pte(vm_offset_t va)
9006 {
9007         pd_entry_t *pde;
9008         vm_page_t m;
9009         vm_paddr_t mphys;
9010
9011 retry:
9012         pde = pmap_large_map_pde(va);
9013         if (*pde == 0) {
9014                 m = pmap_large_map_getptp();
9015                 if (m == NULL)
9016                         goto retry;
9017                 mphys = VM_PAGE_TO_PHYS(m);
9018                 *pde = mphys | X86_PG_A | X86_PG_RW | X86_PG_V | pg_nx;
9019                 PHYS_TO_VM_PAGE(DMAP_TO_PHYS((uintptr_t)pde))->ref_count++;
9020         } else {
9021                 MPASS((*pde & X86_PG_PS) == 0);
9022                 mphys = *pde & PG_FRAME;
9023         }
9024         return ((pt_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(mphys) + pmap_pte_index(va));
9025 }
9026
9027 static vm_paddr_t
9028 pmap_large_map_kextract(vm_offset_t va)
9029 {
9030         pdp_entry_t *pdpe, pdp;
9031         pd_entry_t *pde, pd;
9032         pt_entry_t *pte, pt;
9033
9034         KASSERT(PMAP_ADDRESS_IN_LARGEMAP(va),
9035             ("not largemap range %#lx", (u_long)va));
9036         pdpe = pmap_large_map_pdpe(va);
9037         pdp = *pdpe;
9038         KASSERT((pdp & X86_PG_V) != 0,
9039             ("invalid pdp va %#lx pdpe %#lx pdp %#lx", va,
9040             (u_long)pdpe, pdp));
9041         if ((pdp & X86_PG_PS) != 0) {
9042                 KASSERT((amd_feature & AMDID_PAGE1GB) != 0,
9043                     ("no 1G pages, va %#lx pdpe %#lx pdp %#lx", va,
9044                     (u_long)pdpe, pdp));
9045                 return ((pdp & PG_PS_PDP_FRAME) | (va & PDPMASK));
9046         }
9047         pde = pmap_pdpe_to_pde(pdpe, va);
9048         pd = *pde;
9049         KASSERT((pd & X86_PG_V) != 0,
9050             ("invalid pd va %#lx pde %#lx pd %#lx", va, (u_long)pde, pd));
9051         if ((pd & X86_PG_PS) != 0)
9052                 return ((pd & PG_PS_FRAME) | (va & PDRMASK));
9053         pte = pmap_pde_to_pte(pde, va);
9054         pt = *pte;
9055         KASSERT((pt & X86_PG_V) != 0,
9056             ("invalid pte va %#lx pte %#lx pt %#lx", va, (u_long)pte, pt));
9057         return ((pt & PG_FRAME) | (va & PAGE_MASK));
9058 }
9059
9060 static int
9061 pmap_large_map_getva(vm_size_t len, vm_offset_t align, vm_offset_t phase,
9062     vmem_addr_t *vmem_res)
9063 {
9064
9065         /*
9066          * Large mappings are all but static.  Consequently, there
9067          * is no point in waiting for an earlier allocation to be
9068          * freed.
9069          */
9070         return (vmem_xalloc(large_vmem, len, align, phase, 0, VMEM_ADDR_MIN,
9071             VMEM_ADDR_MAX, M_NOWAIT | M_BESTFIT, vmem_res));
9072 }
9073
9074 int
9075 pmap_large_map(vm_paddr_t spa, vm_size_t len, void **addr,
9076     vm_memattr_t mattr)
9077 {
9078         pdp_entry_t *pdpe;
9079         pd_entry_t *pde;
9080         pt_entry_t *pte;
9081         vm_offset_t va, inc;
9082         vmem_addr_t vmem_res;
9083         vm_paddr_t pa;
9084         int error;
9085
9086         if (len == 0 || spa + len < spa)
9087                 return (EINVAL);
9088
9089         /* See if DMAP can serve. */
9090         if (spa + len <= dmaplimit) {
9091                 va = PHYS_TO_DMAP(spa);
9092                 *addr = (void *)va;
9093                 return (pmap_change_attr(va, len, mattr));
9094         }
9095
9096         /*
9097          * No, allocate KVA.  Fit the address with best possible
9098          * alignment for superpages.  Fall back to worse align if
9099          * failed.
9100          */
9101         error = ENOMEM;
9102         if ((amd_feature & AMDID_PAGE1GB) != 0 && rounddown2(spa + len,
9103             NBPDP) >= roundup2(spa, NBPDP) + NBPDP)
9104                 error = pmap_large_map_getva(len, NBPDP, spa & PDPMASK,
9105                     &vmem_res);
9106         if (error != 0 && rounddown2(spa + len, NBPDR) >= roundup2(spa,
9107             NBPDR) + NBPDR)
9108                 error = pmap_large_map_getva(len, NBPDR, spa & PDRMASK,
9109                     &vmem_res);
9110         if (error != 0)
9111                 error = pmap_large_map_getva(len, PAGE_SIZE, 0, &vmem_res);
9112         if (error != 0)
9113                 return (error);
9114
9115         /*
9116          * Fill pagetable.  PG_M is not pre-set, we scan modified bits
9117          * in the pagetable to minimize flushing.  No need to
9118          * invalidate TLB, since we only update invalid entries.
9119          */
9120         PMAP_LOCK(kernel_pmap);
9121         for (pa = spa, va = vmem_res; len > 0; pa += inc, va += inc,
9122             len -= inc) {
9123                 if ((amd_feature & AMDID_PAGE1GB) != 0 && len >= NBPDP &&
9124                     (pa & PDPMASK) == 0 && (va & PDPMASK) == 0) {
9125                         pdpe = pmap_large_map_pdpe(va);
9126                         MPASS(*pdpe == 0);
9127                         *pdpe = pa | pg_g | X86_PG_PS | X86_PG_RW |
9128                             X86_PG_V | X86_PG_A | pg_nx |
9129                             pmap_cache_bits(kernel_pmap, mattr, TRUE);
9130                         inc = NBPDP;
9131                 } else if (len >= NBPDR && (pa & PDRMASK) == 0 &&
9132                     (va & PDRMASK) == 0) {
9133                         pde = pmap_large_map_pde(va);
9134                         MPASS(*pde == 0);
9135                         *pde = pa | pg_g | X86_PG_PS | X86_PG_RW |
9136                             X86_PG_V | X86_PG_A | pg_nx |
9137                             pmap_cache_bits(kernel_pmap, mattr, TRUE);
9138                         PHYS_TO_VM_PAGE(DMAP_TO_PHYS((uintptr_t)pde))->
9139                             ref_count++;
9140                         inc = NBPDR;
9141                 } else {
9142                         pte = pmap_large_map_pte(va);
9143                         MPASS(*pte == 0);
9144                         *pte = pa | pg_g | X86_PG_RW | X86_PG_V |
9145                             X86_PG_A | pg_nx | pmap_cache_bits(kernel_pmap,
9146                             mattr, FALSE);
9147                         PHYS_TO_VM_PAGE(DMAP_TO_PHYS((uintptr_t)pte))->
9148                             ref_count++;
9149                         inc = PAGE_SIZE;
9150                 }
9151         }
9152         PMAP_UNLOCK(kernel_pmap);
9153         MPASS(len == 0);
9154
9155         *addr = (void *)vmem_res;
9156         return (0);
9157 }
9158
9159 void
9160 pmap_large_unmap(void *svaa, vm_size_t len)
9161 {
9162         vm_offset_t sva, va;
9163         vm_size_t inc;
9164         pdp_entry_t *pdpe, pdp;
9165         pd_entry_t *pde, pd;
9166         pt_entry_t *pte;
9167         vm_page_t m;
9168         struct spglist spgf;
9169
9170         sva = (vm_offset_t)svaa;
9171         if (len == 0 || sva + len < sva || (sva >= DMAP_MIN_ADDRESS &&
9172             sva + len <= DMAP_MIN_ADDRESS + dmaplimit))
9173                 return;
9174
9175         SLIST_INIT(&spgf);
9176         KASSERT(PMAP_ADDRESS_IN_LARGEMAP(sva) &&
9177             PMAP_ADDRESS_IN_LARGEMAP(sva + len - 1),
9178             ("not largemap range %#lx %#lx", (u_long)svaa, (u_long)svaa + len));
9179         PMAP_LOCK(kernel_pmap);
9180         for (va = sva; va < sva + len; va += inc) {
9181                 pdpe = pmap_large_map_pdpe(va);
9182                 pdp = *pdpe;
9183                 KASSERT((pdp & X86_PG_V) != 0,
9184                     ("invalid pdp va %#lx pdpe %#lx pdp %#lx", va,
9185                     (u_long)pdpe, pdp));
9186                 if ((pdp & X86_PG_PS) != 0) {
9187                         KASSERT((amd_feature & AMDID_PAGE1GB) != 0,
9188                             ("no 1G pages, va %#lx pdpe %#lx pdp %#lx", va,
9189                             (u_long)pdpe, pdp));
9190                         KASSERT((va & PDPMASK) == 0,
9191                             ("PDPMASK bit set, va %#lx pdpe %#lx pdp %#lx", va,
9192                             (u_long)pdpe, pdp));
9193                         KASSERT(va + NBPDP <= sva + len,
9194                             ("unmap covers partial 1GB page, sva %#lx va %#lx "
9195                             "pdpe %#lx pdp %#lx len %#lx", sva, va,
9196                             (u_long)pdpe, pdp, len));
9197                         *pdpe = 0;
9198                         inc = NBPDP;
9199                         continue;
9200                 }
9201                 pde = pmap_pdpe_to_pde(pdpe, va);
9202                 pd = *pde;
9203                 KASSERT((pd & X86_PG_V) != 0,
9204                     ("invalid pd va %#lx pde %#lx pd %#lx", va,
9205                     (u_long)pde, pd));
9206                 if ((pd & X86_PG_PS) != 0) {
9207                         KASSERT((va & PDRMASK) == 0,
9208                             ("PDRMASK bit set, va %#lx pde %#lx pd %#lx", va,
9209                             (u_long)pde, pd));
9210                         KASSERT(va + NBPDR <= sva + len,
9211                             ("unmap covers partial 2MB page, sva %#lx va %#lx "
9212                             "pde %#lx pd %#lx len %#lx", sva, va, (u_long)pde,
9213                             pd, len));
9214                         pde_store(pde, 0);
9215                         inc = NBPDR;
9216                         m = PHYS_TO_VM_PAGE(DMAP_TO_PHYS((vm_offset_t)pde));
9217                         m->ref_count--;
9218                         if (m->ref_count == 0) {
9219                                 *pdpe = 0;
9220                                 SLIST_INSERT_HEAD(&spgf, m, plinks.s.ss);
9221                         }
9222                         continue;
9223                 }
9224                 pte = pmap_pde_to_pte(pde, va);
9225                 KASSERT((*pte & X86_PG_V) != 0,
9226                     ("invalid pte va %#lx pte %#lx pt %#lx", va,
9227                     (u_long)pte, *pte));
9228                 pte_clear(pte);
9229                 inc = PAGE_SIZE;
9230                 m = PHYS_TO_VM_PAGE(DMAP_TO_PHYS((vm_offset_t)pte));
9231                 m->ref_count--;
9232                 if (m->ref_count == 0) {
9233                         *pde = 0;
9234                         SLIST_INSERT_HEAD(&spgf, m, plinks.s.ss);
9235                         m = PHYS_TO_VM_PAGE(DMAP_TO_PHYS((vm_offset_t)pde));
9236                         m->ref_count--;
9237                         if (m->ref_count == 0) {
9238                                 *pdpe = 0;
9239                                 SLIST_INSERT_HEAD(&spgf, m, plinks.s.ss);
9240                         }
9241                 }
9242         }
9243         pmap_invalidate_range(kernel_pmap, sva, sva + len);
9244         PMAP_UNLOCK(kernel_pmap);
9245         vm_page_free_pages_toq(&spgf, false);
9246         vmem_free(large_vmem, sva, len);
9247 }
9248
9249 static void
9250 pmap_large_map_wb_fence_mfence(void)
9251 {
9252
9253         mfence();
9254 }
9255
9256 static void
9257 pmap_large_map_wb_fence_sfence(void)
9258 {
9259
9260         sfence();
9261 }
9262
9263 static void
9264 pmap_large_map_wb_fence_nop(void)
9265 {
9266 }
9267
9268 DEFINE_IFUNC(static, void, pmap_large_map_wb_fence, (void))
9269 {
9270
9271         if (cpu_vendor_id != CPU_VENDOR_INTEL)
9272                 return (pmap_large_map_wb_fence_mfence);
9273         else if ((cpu_stdext_feature & (CPUID_STDEXT_CLWB |
9274             CPUID_STDEXT_CLFLUSHOPT)) == 0)
9275                 return (pmap_large_map_wb_fence_sfence);
9276         else
9277                 /* clflush is strongly enough ordered */
9278                 return (pmap_large_map_wb_fence_nop);
9279 }
9280
9281 static void
9282 pmap_large_map_flush_range_clwb(vm_offset_t va, vm_size_t len)
9283 {
9284
9285         for (; len > 0; len -= cpu_clflush_line_size,
9286             va += cpu_clflush_line_size)
9287                 clwb(va);
9288 }
9289
9290 static void
9291 pmap_large_map_flush_range_clflushopt(vm_offset_t va, vm_size_t len)
9292 {
9293
9294         for (; len > 0; len -= cpu_clflush_line_size,
9295             va += cpu_clflush_line_size)
9296                 clflushopt(va);
9297 }
9298
9299 static void
9300 pmap_large_map_flush_range_clflush(vm_offset_t va, vm_size_t len)
9301 {
9302
9303         for (; len > 0; len -= cpu_clflush_line_size,
9304             va += cpu_clflush_line_size)
9305                 clflush(va);
9306 }
9307
9308 static void
9309 pmap_large_map_flush_range_nop(vm_offset_t sva __unused, vm_size_t len __unused)
9310 {
9311 }
9312
9313 DEFINE_IFUNC(static, void, pmap_large_map_flush_range, (vm_offset_t, vm_size_t))
9314 {
9315
9316         if ((cpu_stdext_feature & CPUID_STDEXT_CLWB) != 0)
9317                 return (pmap_large_map_flush_range_clwb);
9318         else if ((cpu_stdext_feature & CPUID_STDEXT_CLFLUSHOPT) != 0)
9319                 return (pmap_large_map_flush_range_clflushopt);
9320         else if ((cpu_feature & CPUID_CLFSH) != 0)
9321                 return (pmap_large_map_flush_range_clflush);
9322         else
9323                 return (pmap_large_map_flush_range_nop);
9324 }
9325
9326 static void
9327 pmap_large_map_wb_large(vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
9328 {
9329         volatile u_long *pe;
9330         u_long p;
9331         vm_offset_t va;
9332         vm_size_t inc;
9333         bool seen_other;
9334
9335         for (va = sva; va < eva; va += inc) {
9336                 inc = 0;
9337                 if ((amd_feature & AMDID_PAGE1GB) != 0) {
9338                         pe = (volatile u_long *)pmap_large_map_pdpe(va);
9339                         p = *pe;
9340                         if ((p & X86_PG_PS) != 0)
9341                                 inc = NBPDP;
9342                 }
9343                 if (inc == 0) {
9344                         pe = (volatile u_long *)pmap_large_map_pde(va);
9345                         p = *pe;
9346                         if ((p & X86_PG_PS) != 0)
9347                                 inc = NBPDR;
9348                 }
9349                 if (inc == 0) {
9350                         pe = (volatile u_long *)pmap_large_map_pte(va);
9351                         p = *pe;
9352                         inc = PAGE_SIZE;
9353                 }
9354                 seen_other = false;
9355                 for (;;) {
9356                         if ((p & X86_PG_AVAIL1) != 0) {
9357                                 /*
9358                                  * Spin-wait for the end of a parallel
9359                                  * write-back.
9360                                  */
9361                                 cpu_spinwait();
9362                                 p = *pe;
9363
9364                                 /*
9365                                  * If we saw other write-back
9366                                  * occuring, we cannot rely on PG_M to
9367                                  * indicate state of the cache.  The
9368                                  * PG_M bit is cleared before the
9369                                  * flush to avoid ignoring new writes,
9370                                  * and writes which are relevant for
9371                                  * us might happen after.
9372                                  */
9373                                 seen_other = true;
9374                                 continue;
9375                         }
9376
9377                         if ((p & X86_PG_M) != 0 || seen_other) {
9378                                 if (!atomic_fcmpset_long(pe, &p,
9379                                     (p & ~X86_PG_M) | X86_PG_AVAIL1))
9380                                         /*
9381                                          * If we saw PG_M without
9382                                          * PG_AVAIL1, and then on the
9383                                          * next attempt we do not
9384                                          * observe either PG_M or
9385                                          * PG_AVAIL1, the other
9386                                          * write-back started after us
9387                                          * and finished before us.  We
9388                                          * can rely on it doing our
9389                                          * work.
9390                                          */
9391                                         continue;
9392                                 pmap_large_map_flush_range(va, inc);
9393                                 atomic_clear_long(pe, X86_PG_AVAIL1);
9394                         }
9395                         break;
9396                 }
9397                 maybe_yield();
9398         }
9399 }
9400
9401 /*
9402  * Write-back cache lines for the given address range.
9403  *
9404  * Must be called only on the range or sub-range returned from
9405  * pmap_large_map().  Must not be called on the coalesced ranges.
9406  *
9407  * Does nothing on CPUs without CLWB, CLFLUSHOPT, or CLFLUSH
9408  * instructions support.
9409  */
9410 void
9411 pmap_large_map_wb(void *svap, vm_size_t len)
9412 {
9413         vm_offset_t eva, sva;
9414
9415         sva = (vm_offset_t)svap;
9416         eva = sva + len;
9417         pmap_large_map_wb_fence();
9418         if (sva >= DMAP_MIN_ADDRESS && eva <= DMAP_MIN_ADDRESS + dmaplimit) {
9419                 pmap_large_map_flush_range(sva, len);
9420         } else {
9421                 KASSERT(sva >= LARGEMAP_MIN_ADDRESS &&
9422                     eva <= LARGEMAP_MIN_ADDRESS + lm_ents * NBPML4,
9423                     ("pmap_large_map_wb: not largemap %#lx %#lx", sva, len));
9424                 pmap_large_map_wb_large(sva, eva);
9425         }
9426         pmap_large_map_wb_fence();
9427 }
9428
9429 static vm_page_t
9430 pmap_pti_alloc_page(void)
9431 {
9432         vm_page_t m;
9433
9434         VM_OBJECT_ASSERT_WLOCKED(pti_obj);
9435         m = vm_page_grab(pti_obj, pti_pg_idx++, VM_ALLOC_NOBUSY |
9436             VM_ALLOC_WIRED | VM_ALLOC_ZERO);
9437         return (m);
9438 }
9439
9440 static bool
9441 pmap_pti_free_page(vm_page_t m)
9442 {
9443
9444         KASSERT(m->ref_count > 0, ("page %p not referenced", m));
9445         if (!vm_page_unwire_noq(m))
9446                 return (false);
9447         vm_page_free_zero(m);
9448         return (true);
9449 }
9450
9451 static void
9452 pmap_pti_init(void)
9453 {
9454         vm_page_t pml4_pg;
9455         pdp_entry_t *pdpe;
9456         vm_offset_t va;
9457         int i;
9458
9459         if (!pti)
9460                 return;
9461         pti_obj = vm_pager_allocate(OBJT_PHYS, NULL, 0, VM_PROT_ALL, 0, NULL);
9462         VM_OBJECT_WLOCK(pti_obj);
9463         pml4_pg = pmap_pti_alloc_page();
9464         pti_pml4 = (pml4_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(pml4_pg));
9465         for (va = VM_MIN_KERNEL_ADDRESS; va <= VM_MAX_KERNEL_ADDRESS &&
9466             va >= VM_MIN_KERNEL_ADDRESS && va > NBPML4; va += NBPML4) {
9467                 pdpe = pmap_pti_pdpe(va);
9468                 pmap_pti_wire_pte(pdpe);
9469         }
9470         pmap_pti_add_kva_locked((vm_offset_t)&__pcpu[0],
9471             (vm_offset_t)&__pcpu[0] + sizeof(__pcpu[0]) * MAXCPU, false);
9472         pmap_pti_add_kva_locked((vm_offset_t)gdt, (vm_offset_t)gdt +
9473             sizeof(struct user_segment_descriptor) * NGDT * MAXCPU, false);
9474         pmap_pti_add_kva_locked((vm_offset_t)idt, (vm_offset_t)idt +
9475             sizeof(struct gate_descriptor) * NIDT, false);
9476         pmap_pti_add_kva_locked((vm_offset_t)common_tss,
9477             (vm_offset_t)common_tss + sizeof(struct amd64tss) * MAXCPU, false);
9478         CPU_FOREACH(i) {
9479                 /* Doublefault stack IST 1 */
9480                 va = common_tss[i].tss_ist1;
9481                 pmap_pti_add_kva_locked(va - PAGE_SIZE, va, false);
9482                 /* NMI stack IST 2 */
9483                 va = common_tss[i].tss_ist2 + sizeof(struct nmi_pcpu);
9484                 pmap_pti_add_kva_locked(va - PAGE_SIZE, va, false);
9485                 /* MC# stack IST 3 */
9486                 va = common_tss[i].tss_ist3 + sizeof(struct nmi_pcpu);
9487                 pmap_pti_add_kva_locked(va - PAGE_SIZE, va, false);
9488                 /* DB# stack IST 4 */
9489                 va = common_tss[i].tss_ist4 + sizeof(struct nmi_pcpu);
9490                 pmap_pti_add_kva_locked(va - PAGE_SIZE, va, false);
9491         }
9492         pmap_pti_add_kva_locked((vm_offset_t)kernphys + KERNBASE,
9493             (vm_offset_t)etext, true);
9494         pti_finalized = true;
9495         VM_OBJECT_WUNLOCK(pti_obj);
9496 }
9497 SYSINIT(pmap_pti, SI_SUB_CPU + 1, SI_ORDER_ANY, pmap_pti_init, NULL);
9498
9499 static pdp_entry_t *
9500 pmap_pti_pdpe(vm_offset_t va)
9501 {
9502         pml4_entry_t *pml4e;
9503         pdp_entry_t *pdpe;
9504         vm_page_t m;
9505         vm_pindex_t pml4_idx;
9506         vm_paddr_t mphys;
9507
9508         VM_OBJECT_ASSERT_WLOCKED(pti_obj);
9509
9510         pml4_idx = pmap_pml4e_index(va);
9511         pml4e = &pti_pml4[pml4_idx];
9512         m = NULL;
9513         if (*pml4e == 0) {
9514                 if (pti_finalized)
9515                         panic("pml4 alloc after finalization\n");
9516                 m = pmap_pti_alloc_page();
9517                 if (*pml4e != 0) {
9518                         pmap_pti_free_page(m);
9519                         mphys = *pml4e & ~PAGE_MASK;
9520                 } else {
9521                         mphys = VM_PAGE_TO_PHYS(m);
9522                         *pml4e = mphys | X86_PG_RW | X86_PG_V;
9523                 }
9524         } else {
9525                 mphys = *pml4e & ~PAGE_MASK;
9526         }
9527         pdpe = (pdp_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(mphys) + pmap_pdpe_index(va);
9528         return (pdpe);
9529 }
9530
9531 static void
9532 pmap_pti_wire_pte(void *pte)
9533 {
9534         vm_page_t m;
9535
9536         VM_OBJECT_ASSERT_WLOCKED(pti_obj);
9537         m = PHYS_TO_VM_PAGE(DMAP_TO_PHYS((uintptr_t)pte));
9538         m->ref_count++;
9539 }
9540
9541 static void
9542 pmap_pti_unwire_pde(void *pde, bool only_ref)
9543 {
9544         vm_page_t m;
9545
9546         VM_OBJECT_ASSERT_WLOCKED(pti_obj);
9547         m = PHYS_TO_VM_PAGE(DMAP_TO_PHYS((uintptr_t)pde));
9548         MPASS(m->ref_count > 0);
9549         MPASS(only_ref || m->ref_count > 1);
9550         pmap_pti_free_page(m);
9551 }
9552
9553 static void
9554 pmap_pti_unwire_pte(void *pte, vm_offset_t va)
9555 {
9556         vm_page_t m;
9557         pd_entry_t *pde;
9558
9559         VM_OBJECT_ASSERT_WLOCKED(pti_obj);
9560         m = PHYS_TO_VM_PAGE(DMAP_TO_PHYS((uintptr_t)pte));
9561         MPASS(m->ref_count > 0);
9562         if (pmap_pti_free_page(m)) {
9563                 pde = pmap_pti_pde(va);
9564                 MPASS((*pde & (X86_PG_PS | X86_PG_V)) == X86_PG_V);
9565                 *pde = 0;
9566                 pmap_pti_unwire_pde(pde, false);
9567         }
9568 }
9569
9570 static pd_entry_t *
9571 pmap_pti_pde(vm_offset_t va)
9572 {
9573         pdp_entry_t *pdpe;
9574         pd_entry_t *pde;
9575         vm_page_t m;
9576         vm_pindex_t pd_idx;
9577         vm_paddr_t mphys;
9578
9579         VM_OBJECT_ASSERT_WLOCKED(pti_obj);
9580
9581         pdpe = pmap_pti_pdpe(va);
9582         if (*pdpe == 0) {
9583                 m = pmap_pti_alloc_page();
9584                 if (*pdpe != 0) {
9585                         pmap_pti_free_page(m);
9586                         MPASS((*pdpe & X86_PG_PS) == 0);
9587                         mphys = *pdpe & ~PAGE_MASK;
9588                 } else {
9589                         mphys =  VM_PAGE_TO_PHYS(m);
9590                         *pdpe = mphys | X86_PG_RW | X86_PG_V;
9591                 }
9592         } else {
9593                 MPASS((*pdpe & X86_PG_PS) == 0);
9594                 mphys = *pdpe & ~PAGE_MASK;
9595         }
9596
9597         pde = (pd_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(mphys);
9598         pd_idx = pmap_pde_index(va);
9599         pde += pd_idx;
9600         return (pde);
9601 }
9602
9603 static pt_entry_t *
9604 pmap_pti_pte(vm_offset_t va, bool *unwire_pde)
9605 {
9606         pd_entry_t *pde;
9607         pt_entry_t *pte;
9608         vm_page_t m;
9609         vm_paddr_t mphys;
9610
9611         VM_OBJECT_ASSERT_WLOCKED(pti_obj);
9612
9613         pde = pmap_pti_pde(va);
9614         if (unwire_pde != NULL) {
9615                 *unwire_pde = true;
9616                 pmap_pti_wire_pte(pde);
9617         }
9618         if (*pde == 0) {
9619                 m = pmap_pti_alloc_page();
9620                 if (*pde != 0) {
9621                         pmap_pti_free_page(m);
9622                         MPASS((*pde & X86_PG_PS) == 0);
9623                         mphys = *pde & ~(PAGE_MASK | pg_nx);
9624                 } else {
9625                         mphys = VM_PAGE_TO_PHYS(m);
9626                         *pde = mphys | X86_PG_RW | X86_PG_V;
9627                         if (unwire_pde != NULL)
9628                                 *unwire_pde = false;
9629                 }
9630         } else {
9631                 MPASS((*pde & X86_PG_PS) == 0);
9632                 mphys = *pde & ~(PAGE_MASK | pg_nx);
9633         }
9634
9635         pte = (pt_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(mphys);
9636         pte += pmap_pte_index(va);
9637
9638         return (pte);
9639 }
9640
9641 static void
9642 pmap_pti_add_kva_locked(vm_offset_t sva, vm_offset_t eva, bool exec)
9643 {
9644         vm_paddr_t pa;
9645         pd_entry_t *pde;
9646         pt_entry_t *pte, ptev;
9647         bool unwire_pde;
9648
9649         VM_OBJECT_ASSERT_WLOCKED(pti_obj);
9650
9651         sva = trunc_page(sva);
9652         MPASS(sva > VM_MAXUSER_ADDRESS);
9653         eva = round_page(eva);
9654         MPASS(sva < eva);
9655         for (; sva < eva; sva += PAGE_SIZE) {
9656                 pte = pmap_pti_pte(sva, &unwire_pde);
9657                 pa = pmap_kextract(sva);
9658                 ptev = pa | X86_PG_RW | X86_PG_V | X86_PG_A | X86_PG_G |
9659                     (exec ? 0 : pg_nx) | pmap_cache_bits(kernel_pmap,
9660                     VM_MEMATTR_DEFAULT, FALSE);
9661                 if (*pte == 0) {
9662                         pte_store(pte, ptev);
9663                         pmap_pti_wire_pte(pte);
9664                 } else {
9665                         KASSERT(!pti_finalized,
9666                             ("pti overlap after fin %#lx %#lx %#lx",
9667                             sva, *pte, ptev));
9668                         KASSERT(*pte == ptev,
9669                             ("pti non-identical pte after fin %#lx %#lx %#lx",
9670                             sva, *pte, ptev));
9671                 }
9672                 if (unwire_pde) {
9673                         pde = pmap_pti_pde(sva);
9674                         pmap_pti_unwire_pde(pde, true);
9675                 }
9676         }
9677 }
9678
9679 void
9680 pmap_pti_add_kva(vm_offset_t sva, vm_offset_t eva, bool exec)
9681 {
9682
9683         if (!pti)
9684                 return;
9685         VM_OBJECT_WLOCK(pti_obj);
9686         pmap_pti_add_kva_locked(sva, eva, exec);
9687         VM_OBJECT_WUNLOCK(pti_obj);
9688 }
9689
9690 void
9691 pmap_pti_remove_kva(vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
9692 {
9693         pt_entry_t *pte;
9694         vm_offset_t va;
9695
9696         if (!pti)
9697                 return;
9698         sva = rounddown2(sva, PAGE_SIZE);
9699         MPASS(sva > VM_MAXUSER_ADDRESS);
9700         eva = roundup2(eva, PAGE_SIZE);
9701         MPASS(sva < eva);
9702         VM_OBJECT_WLOCK(pti_obj);
9703         for (va = sva; va < eva; va += PAGE_SIZE) {
9704                 pte = pmap_pti_pte(va, NULL);
9705                 KASSERT((*pte & X86_PG_V) != 0,
9706                     ("invalid pte va %#lx pte %#lx pt %#lx", va,
9707                     (u_long)pte, *pte));
9708                 pte_clear(pte);
9709                 pmap_pti_unwire_pte(pte, va);
9710         }
9711         pmap_invalidate_range(kernel_pmap, sva, eva);
9712         VM_OBJECT_WUNLOCK(pti_obj);
9713 }
9714
9715 static void *
9716 pkru_dup_range(void *ctx __unused, void *data)
9717 {
9718         struct pmap_pkru_range *node, *new_node;
9719
9720         new_node = uma_zalloc(pmap_pkru_ranges_zone, M_NOWAIT);
9721         if (new_node == NULL)
9722                 return (NULL);
9723         node = data;
9724         memcpy(new_node, node, sizeof(*node));
9725         return (new_node);
9726 }
9727
9728 static void
9729 pkru_free_range(void *ctx __unused, void *node)
9730 {
9731
9732         uma_zfree(pmap_pkru_ranges_zone, node);
9733 }
9734
9735 static int
9736 pmap_pkru_assign(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva, u_int keyidx,
9737     int flags)
9738 {
9739         struct pmap_pkru_range *ppr;
9740         int error;
9741
9742         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
9743         MPASS(pmap->pm_type == PT_X86);
9744         MPASS((cpu_stdext_feature2 & CPUID_STDEXT2_PKU) != 0);
9745         if ((flags & AMD64_PKRU_EXCL) != 0 &&
9746             !rangeset_check_empty(&pmap->pm_pkru, sva, eva))
9747                 return (EBUSY);
9748         ppr = uma_zalloc(pmap_pkru_ranges_zone, M_NOWAIT);
9749         if (ppr == NULL)
9750                 return (ENOMEM);
9751         ppr->pkru_keyidx = keyidx;
9752         ppr->pkru_flags = flags & AMD64_PKRU_PERSIST;
9753         error = rangeset_insert(&pmap->pm_pkru, sva, eva, ppr);
9754         if (error != 0)
9755                 uma_zfree(pmap_pkru_ranges_zone, ppr);
9756         return (error);
9757 }
9758
9759 static int
9760 pmap_pkru_deassign(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
9761 {
9762
9763         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
9764         MPASS(pmap->pm_type == PT_X86);
9765         MPASS((cpu_stdext_feature2 & CPUID_STDEXT2_PKU) != 0);
9766         return (rangeset_remove(&pmap->pm_pkru, sva, eva));
9767 }
9768
9769 static void
9770 pmap_pkru_deassign_all(pmap_t pmap)
9771 {
9772
9773         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
9774         if (pmap->pm_type == PT_X86 &&
9775             (cpu_stdext_feature2 & CPUID_STDEXT2_PKU) != 0)
9776                 rangeset_remove_all(&pmap->pm_pkru);
9777 }
9778
9779 static bool
9780 pmap_pkru_same(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
9781 {
9782         struct pmap_pkru_range *ppr, *prev_ppr;
9783         vm_offset_t va;
9784
9785         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
9786         if (pmap->pm_type != PT_X86 ||
9787             (cpu_stdext_feature2 & CPUID_STDEXT2_PKU) == 0 ||
9788             sva >= VM_MAXUSER_ADDRESS)
9789                 return (true);
9790         MPASS(eva <= VM_MAXUSER_ADDRESS);
9791         for (va = sva, prev_ppr = NULL; va < eva;) {
9792                 ppr = rangeset_lookup(&pmap->pm_pkru, va);
9793                 if ((ppr == NULL) ^ (prev_ppr == NULL))
9794                         return (false);
9795                 if (ppr == NULL) {
9796                         va += PAGE_SIZE;
9797                         continue;
9798                 }
9799                 if (prev_ppr->pkru_keyidx != ppr->pkru_keyidx)
9800                         return (false);
9801                 va = ppr->pkru_rs_el.re_end;
9802         }
9803         return (true);
9804 }
9805
9806 static pt_entry_t
9807 pmap_pkru_get(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
9808 {
9809         struct pmap_pkru_range *ppr;
9810
9811         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
9812         if (pmap->pm_type != PT_X86 ||
9813             (cpu_stdext_feature2 & CPUID_STDEXT2_PKU) == 0 ||
9814             va >= VM_MAXUSER_ADDRESS)
9815                 return (0);
9816         ppr = rangeset_lookup(&pmap->pm_pkru, va);
9817         if (ppr != NULL)
9818                 return (X86_PG_PKU(ppr->pkru_keyidx));
9819         return (0);
9820 }
9821
9822 static bool
9823 pred_pkru_on_remove(void *ctx __unused, void *r)
9824 {
9825         struct pmap_pkru_range *ppr;
9826
9827         ppr = r;
9828         return ((ppr->pkru_flags & AMD64_PKRU_PERSIST) == 0);
9829 }
9830
9831 static void
9832 pmap_pkru_on_remove(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
9833 {
9834
9835         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
9836         if (pmap->pm_type == PT_X86 &&
9837             (cpu_stdext_feature2 & CPUID_STDEXT2_PKU) != 0) {
9838                 rangeset_remove_pred(&pmap->pm_pkru, sva, eva,
9839                     pred_pkru_on_remove);
9840         }
9841 }
9842
9843 static int
9844 pmap_pkru_copy(pmap_t dst_pmap, pmap_t src_pmap)
9845 {
9846
9847         PMAP_LOCK_ASSERT(dst_pmap, MA_OWNED);
9848         PMAP_LOCK_ASSERT(src_pmap, MA_OWNED);
9849         MPASS(dst_pmap->pm_type == PT_X86);
9850         MPASS(src_pmap->pm_type == PT_X86);
9851         MPASS((cpu_stdext_feature2 & CPUID_STDEXT2_PKU) != 0);
9852         if (src_pmap->pm_pkru.rs_data_ctx == NULL)
9853                 return (0);
9854         return (rangeset_copy(&dst_pmap->pm_pkru, &src_pmap->pm_pkru));
9855 }
9856
9857 static void
9858 pmap_pkru_update_range(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva,
9859     u_int keyidx)
9860 {
9861         pml4_entry_t *pml4e;
9862         pdp_entry_t *pdpe;
9863         pd_entry_t newpde, ptpaddr, *pde;
9864         pt_entry_t newpte, *ptep, pte;
9865         vm_offset_t va, va_next;
9866         bool changed;
9867
9868         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
9869         MPASS(pmap->pm_type == PT_X86);
9870         MPASS(keyidx <= PMAP_MAX_PKRU_IDX);
9871
9872         for (changed = false, va = sva; va < eva; va = va_next) {
9873                 pml4e = pmap_pml4e(pmap, va);
9874                 if ((*pml4e & X86_PG_V) == 0) {
9875                         va_next = (va + NBPML4) & ~PML4MASK;
9876                         if (va_next < va)
9877                                 va_next = eva;
9878                         continue;
9879                 }
9880
9881                 pdpe = pmap_pml4e_to_pdpe(pml4e, va);
9882                 if ((*pdpe & X86_PG_V) == 0) {
9883                         va_next = (va + NBPDP) & ~PDPMASK;
9884                         if (va_next < va)
9885                                 va_next = eva;
9886                         continue;
9887                 }
9888
9889                 va_next = (va + NBPDR) & ~PDRMASK;
9890                 if (va_next < va)
9891                         va_next = eva;
9892
9893                 pde = pmap_pdpe_to_pde(pdpe, va);
9894                 ptpaddr = *pde;
9895                 if (ptpaddr == 0)
9896                         continue;
9897
9898                 MPASS((ptpaddr & X86_PG_V) != 0);
9899                 if ((ptpaddr & PG_PS) != 0) {
9900                         if (va + NBPDR == va_next && eva >= va_next) {
9901                                 newpde = (ptpaddr & ~X86_PG_PKU_MASK) |
9902                                     X86_PG_PKU(keyidx);
9903                                 if (newpde != ptpaddr) {
9904                                         *pde = newpde;
9905                                         changed = true;
9906                                 }
9907                                 continue;
9908                         } else if (!pmap_demote_pde(pmap, pde, va)) {
9909                                 continue;
9910                         }
9911                 }
9912
9913                 if (va_next > eva)
9914                         va_next = eva;
9915
9916                 for (ptep = pmap_pde_to_pte(pde, va); va != va_next;
9917                     ptep++, va += PAGE_SIZE) {
9918                         pte = *ptep;
9919                         if ((pte & X86_PG_V) == 0)
9920                                 continue;
9921                         newpte = (pte & ~X86_PG_PKU_MASK) | X86_PG_PKU(keyidx);
9922                         if (newpte != pte) {
9923                                 *ptep = newpte;
9924                                 changed = true;
9925                         }
9926                 }
9927         }
9928         if (changed)
9929                 pmap_invalidate_range(pmap, sva, eva);
9930 }
9931
9932 static int
9933 pmap_pkru_check_uargs(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva,
9934     u_int keyidx, int flags)
9935 {
9936
9937         if (pmap->pm_type != PT_X86 || keyidx > PMAP_MAX_PKRU_IDX ||
9938             (flags & ~(AMD64_PKRU_PERSIST | AMD64_PKRU_EXCL)) != 0)
9939                 return (EINVAL);
9940         if (eva <= sva || eva > VM_MAXUSER_ADDRESS)
9941                 return (EFAULT);
9942         if ((cpu_stdext_feature2 & CPUID_STDEXT2_PKU) == 0)
9943                 return (ENOTSUP);
9944         return (0);
9945 }
9946
9947 int
9948 pmap_pkru_set(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva, u_int keyidx,
9949     int flags)
9950 {
9951         int error;
9952
9953         sva = trunc_page(sva);
9954         eva = round_page(eva);
9955         error = pmap_pkru_check_uargs(pmap, sva, eva, keyidx, flags);
9956         if (error != 0)
9957                 return (error);
9958         for (;;) {
9959                 PMAP_LOCK(pmap);
9960                 error = pmap_pkru_assign(pmap, sva, eva, keyidx, flags);
9961                 if (error == 0)
9962                         pmap_pkru_update_range(pmap, sva, eva, keyidx);
9963                 PMAP_UNLOCK(pmap);
9964                 if (error != ENOMEM)
9965                         break;
9966                 vm_wait(NULL);
9967         }
9968         return (error);
9969 }
9970
9971 int
9972 pmap_pkru_clear(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
9973 {
9974         int error;
9975
9976         sva = trunc_page(sva);
9977         eva = round_page(eva);
9978         error = pmap_pkru_check_uargs(pmap, sva, eva, 0, 0);
9979         if (error != 0)
9980                 return (error);
9981         for (;;) {
9982                 PMAP_LOCK(pmap);
9983                 error = pmap_pkru_deassign(pmap, sva, eva);
9984                 if (error == 0)
9985                         pmap_pkru_update_range(pmap, sva, eva, 0);
9986                 PMAP_UNLOCK(pmap);
9987                 if (error != ENOMEM)
9988                         break;
9989                 vm_wait(NULL);
9990         }
9991         return (error);
9992 }
9993
9994 /*
9995  * Track a range of the kernel's virtual address space that is contiguous
9996  * in various mapping attributes.
9997  */
9998 struct pmap_kernel_map_range {
9999         vm_offset_t sva;
10000         pt_entry_t attrs;
10001         int ptes;
10002         int pdes;
10003         int pdpes;
10004 };
10005
10006 static void
10007 sysctl_kmaps_dump(struct sbuf *sb, struct pmap_kernel_map_range *range,
10008     vm_offset_t eva)
10009 {
10010         const char *mode;
10011         int i, pat_idx;
10012
10013         if (eva <= range->sva)
10014                 return;
10015
10016         pat_idx = pmap_pat_index(kernel_pmap, range->attrs, true);
10017         for (i = 0; i < PAT_INDEX_SIZE; i++)
10018                 if (pat_index[i] == pat_idx)
10019                         break;
10020
10021         switch (i) {
10022         case PAT_WRITE_BACK:
10023                 mode = "WB";
10024                 break;
10025         case PAT_WRITE_THROUGH:
10026                 mode = "WT";
10027                 break;
10028         case PAT_UNCACHEABLE:
10029                 mode = "UC";
10030                 break;
10031         case PAT_UNCACHED:
10032                 mode = "U-";
10033                 break;
10034         case PAT_WRITE_PROTECTED:
10035                 mode = "WP";
10036                 break;
10037         case PAT_WRITE_COMBINING:
10038                 mode = "WC";
10039                 break;
10040         default:
10041                 printf("%s: unknown PAT mode %#x for range 0x%016lx-0x%016lx\n",
10042                     __func__, pat_idx, range->sva, eva);
10043                 mode = "??";
10044                 break;
10045         }
10046
10047         sbuf_printf(sb, "0x%016lx-0x%016lx r%c%c%c%c %s %d %d %d\n",
10048             range->sva, eva,
10049             (range->attrs & X86_PG_RW) != 0 ? 'w' : '-',
10050             (range->attrs & pg_nx) != 0 ? '-' : 'x',
10051             (range->attrs & X86_PG_U) != 0 ? 'u' : 's',
10052             (range->attrs & X86_PG_G) != 0 ? 'g' : '-',
10053             mode, range->pdpes, range->pdes, range->ptes);
10054
10055         /* Reset to sentinel value. */
10056         range->sva = KVADDR(NPML4EPG - 1, NPDPEPG - 1, NPDEPG - 1, NPTEPG - 1);
10057 }
10058
10059 /*
10060  * Determine whether the attributes specified by a page table entry match those
10061  * being tracked by the current range.  This is not quite as simple as a direct
10062  * flag comparison since some PAT modes have multiple representations.
10063  */
10064 static bool
10065 sysctl_kmaps_match(struct pmap_kernel_map_range *range, pt_entry_t attrs)
10066 {
10067         pt_entry_t diff, mask;
10068
10069         mask = X86_PG_G | X86_PG_RW | X86_PG_U | X86_PG_PDE_CACHE | pg_nx;
10070         diff = (range->attrs ^ attrs) & mask;
10071         if (diff == 0)
10072                 return (true);
10073         if ((diff & ~X86_PG_PDE_PAT) == 0 &&
10074             pmap_pat_index(kernel_pmap, range->attrs, true) ==
10075             pmap_pat_index(kernel_pmap, attrs, true))
10076                 return (true);
10077         return (false);
10078 }
10079
10080 static void
10081 sysctl_kmaps_reinit(struct pmap_kernel_map_range *range, vm_offset_t va,
10082     pt_entry_t attrs)
10083 {
10084
10085         memset(range, 0, sizeof(*range));
10086         range->sva = va;
10087         range->attrs = attrs;
10088 }
10089
10090 /*
10091  * Given a leaf PTE, derive the mapping's attributes.  If they do not match
10092  * those of the current run, dump the address range and its attributes, and
10093  * begin a new run.
10094  */
10095 static void
10096 sysctl_kmaps_check(struct sbuf *sb, struct pmap_kernel_map_range *range,
10097     vm_offset_t va, pml4_entry_t pml4e, pdp_entry_t pdpe, pd_entry_t pde,
10098     pt_entry_t pte)
10099 {
10100         pt_entry_t attrs;
10101
10102         attrs = pml4e & (X86_PG_RW | X86_PG_U | pg_nx);
10103
10104         attrs |= pdpe & pg_nx;
10105         attrs &= pg_nx | (pdpe & (X86_PG_RW | X86_PG_U));
10106         if ((pdpe & PG_PS) != 0) {
10107                 attrs |= pdpe & (X86_PG_G | X86_PG_PDE_CACHE);
10108         } else if (pde != 0) {
10109                 attrs |= pde & pg_nx;
10110                 attrs &= pg_nx | (pde & (X86_PG_RW | X86_PG_U));
10111         }
10112         if ((pde & PG_PS) != 0) {
10113                 attrs |= pde & (X86_PG_G | X86_PG_PDE_CACHE);
10114         } else if (pte != 0) {
10115                 attrs |= pte & pg_nx;
10116                 attrs &= pg_nx | (pte & (X86_PG_RW | X86_PG_U));
10117                 attrs |= pte & (X86_PG_G | X86_PG_PTE_CACHE);
10118
10119                 /* Canonicalize by always using the PDE PAT bit. */
10120                 if ((attrs & X86_PG_PTE_PAT) != 0)
10121                         attrs ^= X86_PG_PDE_PAT | X86_PG_PTE_PAT;
10122         }
10123
10124         if (range->sva > va || !sysctl_kmaps_match(range, attrs)) {
10125                 sysctl_kmaps_dump(sb, range, va);
10126                 sysctl_kmaps_reinit(range, va, attrs);
10127         }
10128 }
10129
10130 static int
10131 sysctl_kmaps(SYSCTL_HANDLER_ARGS)
10132 {
10133         struct pmap_kernel_map_range range;
10134         struct sbuf sbuf, *sb;
10135         pml4_entry_t pml4e;
10136         pdp_entry_t *pdp, pdpe;
10137         pd_entry_t *pd, pde;
10138         pt_entry_t *pt, pte;
10139         vm_offset_t sva;
10140         vm_paddr_t pa;
10141         int error, i, j, k, l;
10142
10143         error = sysctl_wire_old_buffer(req, 0);
10144         if (error != 0)
10145                 return (error);
10146         sb = &sbuf;
10147         sbuf_new_for_sysctl(sb, NULL, PAGE_SIZE, req);
10148
10149         /* Sentinel value. */
10150         range.sva = KVADDR(NPML4EPG - 1, NPDPEPG - 1, NPDEPG - 1, NPTEPG - 1);
10151
10152         /*
10153          * Iterate over the kernel page tables without holding the kernel pmap
10154          * lock.  Outside of the large map, kernel page table pages are never
10155          * freed, so at worst we will observe inconsistencies in the output.
10156          * Within the large map, ensure that PDP and PD page addresses are
10157          * valid before descending.
10158          */
10159         for (sva = 0, i = pmap_pml4e_index(sva); i < NPML4EPG; i++) {
10160                 switch (i) {
10161                 case PML4PML4I:
10162                         sbuf_printf(sb, "\nRecursive map:\n");
10163                         break;
10164                 case DMPML4I:
10165                         sbuf_printf(sb, "\nDirect map:\n");
10166                         break;
10167                 case KPML4BASE:
10168                         sbuf_printf(sb, "\nKernel map:\n");
10169                         break;
10170                 case LMSPML4I:
10171                         sbuf_printf(sb, "\nLarge map:\n");
10172                         break;
10173                 }
10174
10175                 /* Convert to canonical form. */
10176                 if (sva == 1ul << 47)
10177                         sva |= -1ul << 48;
10178
10179 restart:
10180                 pml4e = kernel_pmap->pm_pml4[i];
10181                 if ((pml4e & X86_PG_V) == 0) {
10182                         sva = rounddown2(sva, NBPML4);
10183                         sysctl_kmaps_dump(sb, &range, sva);
10184                         sva += NBPML4;
10185                         continue;
10186                 }
10187                 pa = pml4e & PG_FRAME;
10188                 pdp = (pdp_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(pa);
10189
10190                 for (j = pmap_pdpe_index(sva); j < NPDPEPG; j++) {
10191                         pdpe = pdp[j];
10192                         if ((pdpe & X86_PG_V) == 0) {
10193                                 sva = rounddown2(sva, NBPDP);
10194                                 sysctl_kmaps_dump(sb, &range, sva);
10195                                 sva += NBPDP;
10196                                 continue;
10197                         }
10198                         pa = pdpe & PG_FRAME;
10199                         if (PMAP_ADDRESS_IN_LARGEMAP(sva) &&
10200                             vm_phys_paddr_to_vm_page(pa) == NULL)
10201                                 goto restart;
10202                         if ((pdpe & PG_PS) != 0) {
10203                                 sva = rounddown2(sva, NBPDP);
10204                                 sysctl_kmaps_check(sb, &range, sva, pml4e, pdpe,
10205                                     0, 0);
10206                                 range.pdpes++;
10207                                 sva += NBPDP;
10208                                 continue;
10209                         }
10210                         pd = (pd_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(pa);
10211
10212                         for (k = pmap_pde_index(sva); k < NPDEPG; k++) {
10213                                 pde = pd[k];
10214                                 if ((pde & X86_PG_V) == 0) {
10215                                         sva = rounddown2(sva, NBPDR);
10216                                         sysctl_kmaps_dump(sb, &range, sva);
10217                                         sva += NBPDR;
10218                                         continue;
10219                                 }
10220                                 pa = pde & PG_FRAME;
10221                                 if (PMAP_ADDRESS_IN_LARGEMAP(sva) &&
10222                                     vm_phys_paddr_to_vm_page(pa) == NULL)
10223                                         goto restart;
10224                                 if ((pde & PG_PS) != 0) {
10225                                         sva = rounddown2(sva, NBPDR);
10226                                         sysctl_kmaps_check(sb, &range, sva,
10227                                             pml4e, pdpe, pde, 0);
10228                                         range.pdes++;
10229                                         sva += NBPDR;
10230                                         continue;
10231                                 }
10232                                 pt = (pt_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(pa);
10233
10234                                 for (l = pmap_pte_index(sva); l < NPTEPG; l++,
10235                                     sva += PAGE_SIZE) {
10236                                         pte = pt[l];
10237                                         if ((pte & X86_PG_V) == 0) {
10238                                                 sysctl_kmaps_dump(sb, &range,
10239                                                     sva);
10240                                                 continue;
10241                                         }
10242                                         sysctl_kmaps_check(sb, &range, sva,
10243                                             pml4e, pdpe, pde, pte);
10244                                         range.ptes++;
10245                                 }
10246                         }
10247                 }
10248         }
10249
10250         error = sbuf_finish(sb);
10251         sbuf_delete(sb);
10252         return (error);
10253 }
10254 SYSCTL_OID(_vm_pmap, OID_AUTO, kernel_maps,
10255     CTLTYPE_STRING | CTLFLAG_RD | CTLFLAG_MPSAFE,
10256     NULL, 0, sysctl_kmaps, "A",
10257     "Dump kernel address layout");
10258
10259 #ifdef DDB
10260 DB_SHOW_COMMAND(pte, pmap_print_pte)
10261 {
10262         pmap_t pmap;
10263         pml4_entry_t *pml4;
10264         pdp_entry_t *pdp;
10265         pd_entry_t *pde;
10266         pt_entry_t *pte, PG_V;
10267         vm_offset_t va;
10268
10269         if (!have_addr) {
10270                 db_printf("show pte addr\n");
10271                 return;
10272         }
10273         va = (vm_offset_t)addr;
10274
10275         if (kdb_thread != NULL)
10276                 pmap = vmspace_pmap(kdb_thread->td_proc->p_vmspace);
10277         else
10278                 pmap = PCPU_GET(curpmap);
10279
10280         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
10281         pml4 = pmap_pml4e(pmap, va);
10282         db_printf("VA 0x%016lx pml4e 0x%016lx", va, *pml4);
10283         if ((*pml4 & PG_V) == 0) {
10284                 db_printf("\n");
10285                 return;
10286         }
10287         pdp = pmap_pml4e_to_pdpe(pml4, va);
10288         db_printf(" pdpe 0x%016lx", *pdp);
10289         if ((*pdp & PG_V) == 0 || (*pdp & PG_PS) != 0) {
10290                 db_printf("\n");
10291                 return;
10292         }
10293         pde = pmap_pdpe_to_pde(pdp, va);
10294         db_printf(" pde 0x%016lx", *pde);
10295         if ((*pde & PG_V) == 0 || (*pde & PG_PS) != 0) {
10296                 db_printf("\n");
10297                 return;
10298         }
10299         pte = pmap_pde_to_pte(pde, va);
10300         db_printf(" pte 0x%016lx\n", *pte);
10301 }
10302
10303 DB_SHOW_COMMAND(phys2dmap, pmap_phys2dmap)
10304 {
10305         vm_paddr_t a;
10306
10307         if (have_addr) {
10308                 a = (vm_paddr_t)addr;
10309                 db_printf("0x%jx\n", (uintmax_t)PHYS_TO_DMAP(a));
10310         } else {
10311                 db_printf("show phys2dmap addr\n");
10312         }
10313 }
10314 #endif