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