]> CyberLeo.Net >> Repos - FreeBSD/FreeBSD.git/blob - sys/amd64/amd64/pmap.c
zfs: merge openzfs/zfs@52bad4f23 (zfs-2.1-release) into stable/13
[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) 2014-2020 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/asan.h>
116 #include <sys/bitstring.h>
117 #include <sys/bus.h>
118 #include <sys/systm.h>
119 #include <sys/counter.h>
120 #include <sys/kernel.h>
121 #include <sys/ktr.h>
122 #include <sys/lock.h>
123 #include <sys/malloc.h>
124 #include <sys/mman.h>
125 #include <sys/mutex.h>
126 #include <sys/proc.h>
127 #include <sys/rangeset.h>
128 #include <sys/rwlock.h>
129 #include <sys/sbuf.h>
130 #include <sys/smr.h>
131 #include <sys/sx.h>
132 #include <sys/turnstile.h>
133 #include <sys/vmem.h>
134 #include <sys/vmmeter.h>
135 #include <sys/sched.h>
136 #include <sys/sysctl.h>
137 #include <sys/smp.h>
138 #ifdef DDB
139 #include <sys/kdb.h>
140 #include <ddb/ddb.h>
141 #endif
142
143 #include <vm/vm.h>
144 #include <vm/vm_param.h>
145 #include <vm/vm_kern.h>
146 #include <vm/vm_page.h>
147 #include <vm/vm_map.h>
148 #include <vm/vm_object.h>
149 #include <vm/vm_extern.h>
150 #include <vm/vm_pageout.h>
151 #include <vm/vm_pager.h>
152 #include <vm/vm_phys.h>
153 #include <vm/vm_radix.h>
154 #include <vm/vm_reserv.h>
155 #include <vm/vm_dumpset.h>
156 #include <vm/uma.h>
157
158 #include <machine/asan.h>
159 #include <machine/intr_machdep.h>
160 #include <x86/apicvar.h>
161 #include <x86/ifunc.h>
162 #include <machine/cpu.h>
163 #include <machine/cputypes.h>
164 #include <machine/intr_machdep.h>
165 #include <machine/md_var.h>
166 #include <machine/pcb.h>
167 #include <machine/specialreg.h>
168 #ifdef SMP
169 #include <machine/smp.h>
170 #endif
171 #include <machine/sysarch.h>
172 #include <machine/tss.h>
173
174 #ifdef NUMA
175 #define PMAP_MEMDOM     MAXMEMDOM
176 #else
177 #define PMAP_MEMDOM     1
178 #endif
179
180 static __inline boolean_t
181 pmap_type_guest(pmap_t pmap)
182 {
183
184         return ((pmap->pm_type == PT_EPT) || (pmap->pm_type == PT_RVI));
185 }
186
187 static __inline boolean_t
188 pmap_emulate_ad_bits(pmap_t pmap)
189 {
190
191         return ((pmap->pm_flags & PMAP_EMULATE_AD_BITS) != 0);
192 }
193
194 static __inline pt_entry_t
195 pmap_valid_bit(pmap_t pmap)
196 {
197         pt_entry_t mask;
198
199         switch (pmap->pm_type) {
200         case PT_X86:
201         case PT_RVI:
202                 mask = X86_PG_V;
203                 break;
204         case PT_EPT:
205                 if (pmap_emulate_ad_bits(pmap))
206                         mask = EPT_PG_EMUL_V;
207                 else
208                         mask = EPT_PG_READ;
209                 break;
210         default:
211                 panic("pmap_valid_bit: invalid pm_type %d", pmap->pm_type);
212         }
213
214         return (mask);
215 }
216
217 static __inline pt_entry_t
218 pmap_rw_bit(pmap_t pmap)
219 {
220         pt_entry_t mask;
221
222         switch (pmap->pm_type) {
223         case PT_X86:
224         case PT_RVI:
225                 mask = X86_PG_RW;
226                 break;
227         case PT_EPT:
228                 if (pmap_emulate_ad_bits(pmap))
229                         mask = EPT_PG_EMUL_RW;
230                 else
231                         mask = EPT_PG_WRITE;
232                 break;
233         default:
234                 panic("pmap_rw_bit: invalid pm_type %d", pmap->pm_type);
235         }
236
237         return (mask);
238 }
239
240 static pt_entry_t pg_g;
241
242 static __inline pt_entry_t
243 pmap_global_bit(pmap_t pmap)
244 {
245         pt_entry_t mask;
246
247         switch (pmap->pm_type) {
248         case PT_X86:
249                 mask = pg_g;
250                 break;
251         case PT_RVI:
252         case PT_EPT:
253                 mask = 0;
254                 break;
255         default:
256                 panic("pmap_global_bit: invalid pm_type %d", pmap->pm_type);
257         }
258
259         return (mask);
260 }
261
262 static __inline pt_entry_t
263 pmap_accessed_bit(pmap_t pmap)
264 {
265         pt_entry_t mask;
266
267         switch (pmap->pm_type) {
268         case PT_X86:
269         case PT_RVI:
270                 mask = X86_PG_A;
271                 break;
272         case PT_EPT:
273                 if (pmap_emulate_ad_bits(pmap))
274                         mask = EPT_PG_READ;
275                 else
276                         mask = EPT_PG_A;
277                 break;
278         default:
279                 panic("pmap_accessed_bit: invalid pm_type %d", pmap->pm_type);
280         }
281
282         return (mask);
283 }
284
285 static __inline pt_entry_t
286 pmap_modified_bit(pmap_t pmap)
287 {
288         pt_entry_t mask;
289
290         switch (pmap->pm_type) {
291         case PT_X86:
292         case PT_RVI:
293                 mask = X86_PG_M;
294                 break;
295         case PT_EPT:
296                 if (pmap_emulate_ad_bits(pmap))
297                         mask = EPT_PG_WRITE;
298                 else
299                         mask = EPT_PG_M;
300                 break;
301         default:
302                 panic("pmap_modified_bit: invalid pm_type %d", pmap->pm_type);
303         }
304
305         return (mask);
306 }
307
308 static __inline pt_entry_t
309 pmap_pku_mask_bit(pmap_t pmap)
310 {
311
312         return (pmap->pm_type == PT_X86 ? X86_PG_PKU_MASK : 0);
313 }
314
315 #if !defined(DIAGNOSTIC)
316 #ifdef __GNUC_GNU_INLINE__
317 #define PMAP_INLINE     __attribute__((__gnu_inline__)) inline
318 #else
319 #define PMAP_INLINE     extern inline
320 #endif
321 #else
322 #define PMAP_INLINE
323 #endif
324
325 #ifdef PV_STATS
326 #define PV_STAT(x)      do { x ; } while (0)
327 #else
328 #define PV_STAT(x)      do { } while (0)
329 #endif
330
331 #undef pa_index
332 #ifdef NUMA
333 #define pa_index(pa)    ({                                      \
334         KASSERT((pa) <= vm_phys_segs[vm_phys_nsegs - 1].end,    \
335             ("address %lx beyond the last segment", (pa)));     \
336         (pa) >> PDRSHIFT;                                       \
337 })
338 #define pa_to_pmdp(pa)  (&pv_table[pa_index(pa)])
339 #define pa_to_pvh(pa)   (&(pa_to_pmdp(pa)->pv_page))
340 #define PHYS_TO_PV_LIST_LOCK(pa)        ({                      \
341         struct rwlock *_lock;                                   \
342         if (__predict_false((pa) > pmap_last_pa))               \
343                 _lock = &pv_dummy_large.pv_lock;                \
344         else                                                    \
345                 _lock = &(pa_to_pmdp(pa)->pv_lock);             \
346         _lock;                                                  \
347 })
348 #else
349 #define pa_index(pa)    ((pa) >> PDRSHIFT)
350 #define pa_to_pvh(pa)   (&pv_table[pa_index(pa)])
351
352 #define NPV_LIST_LOCKS  MAXCPU
353
354 #define PHYS_TO_PV_LIST_LOCK(pa)        \
355                         (&pv_list_locks[pa_index(pa) % NPV_LIST_LOCKS])
356 #endif
357
358 #define CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_PHYS(lockp, pa)  do {    \
359         struct rwlock **_lockp = (lockp);               \
360         struct rwlock *_new_lock;                       \
361                                                         \
362         _new_lock = PHYS_TO_PV_LIST_LOCK(pa);           \
363         if (_new_lock != *_lockp) {                     \
364                 if (*_lockp != NULL)                    \
365                         rw_wunlock(*_lockp);            \
366                 *_lockp = _new_lock;                    \
367                 rw_wlock(*_lockp);                      \
368         }                                               \
369 } while (0)
370
371 #define CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_VM_PAGE(lockp, m)        \
372                         CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_PHYS(lockp, VM_PAGE_TO_PHYS(m))
373
374 #define RELEASE_PV_LIST_LOCK(lockp)             do {    \
375         struct rwlock **_lockp = (lockp);               \
376                                                         \
377         if (*_lockp != NULL) {                          \
378                 rw_wunlock(*_lockp);                    \
379                 *_lockp = NULL;                         \
380         }                                               \
381 } while (0)
382
383 #define VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m)      \
384                         PHYS_TO_PV_LIST_LOCK(VM_PAGE_TO_PHYS(m))
385
386 struct pmap kernel_pmap_store;
387
388 vm_offset_t virtual_avail;      /* VA of first avail page (after kernel bss) */
389 vm_offset_t virtual_end;        /* VA of last avail page (end of kernel AS) */
390
391 int nkpt;
392 SYSCTL_INT(_machdep, OID_AUTO, nkpt, CTLFLAG_RD, &nkpt, 0,
393     "Number of kernel page table pages allocated on bootup");
394
395 static int ndmpdp;
396 vm_paddr_t dmaplimit;
397 vm_offset_t kernel_vm_end = VM_MIN_KERNEL_ADDRESS;
398 pt_entry_t pg_nx;
399
400 static SYSCTL_NODE(_vm, OID_AUTO, pmap, CTLFLAG_RD | CTLFLAG_MPSAFE, 0,
401     "VM/pmap parameters");
402
403 static int pg_ps_enabled = 1;
404 SYSCTL_INT(_vm_pmap, OID_AUTO, pg_ps_enabled, CTLFLAG_RDTUN | CTLFLAG_NOFETCH,
405     &pg_ps_enabled, 0, "Are large page mappings enabled?");
406
407 int __read_frequently la57 = 0;
408 SYSCTL_INT(_vm_pmap, OID_AUTO, la57, CTLFLAG_RDTUN | CTLFLAG_NOFETCH,
409     &la57, 0,
410     "5-level paging for host is enabled");
411
412 static bool
413 pmap_is_la57(pmap_t pmap)
414 {
415         if (pmap->pm_type == PT_X86)
416                 return (la57);
417         return (false);         /* XXXKIB handle EPT */
418 }
419
420 #define PAT_INDEX_SIZE  8
421 static int pat_index[PAT_INDEX_SIZE];   /* cache mode to PAT index conversion */
422
423 static u_int64_t        KPTphys;        /* phys addr of kernel level 1 */
424 static u_int64_t        KPDphys;        /* phys addr of kernel level 2 */
425 static u_int64_t        KPDPphys;       /* phys addr of kernel level 3 */
426 u_int64_t               KPML4phys;      /* phys addr of kernel level 4 */
427 u_int64_t               KPML5phys;      /* phys addr of kernel level 5,
428                                            if supported */
429
430 #ifdef KASAN
431 static uint64_t         KASANPDPphys;
432 #endif
433
434 static pml4_entry_t     *kernel_pml4;
435 static u_int64_t        DMPDphys;       /* phys addr of direct mapped level 2 */
436 static u_int64_t        DMPDPphys;      /* phys addr of direct mapped level 3 */
437 static int              ndmpdpphys;     /* number of DMPDPphys pages */
438
439 vm_paddr_t              kernphys;       /* phys addr of start of bootstrap data */
440 vm_paddr_t              KERNend;        /* and the end */
441
442 /*
443  * pmap_mapdev support pre initialization (i.e. console)
444  */
445 #define PMAP_PREINIT_MAPPING_COUNT      8
446 static struct pmap_preinit_mapping {
447         vm_paddr_t      pa;
448         vm_offset_t     va;
449         vm_size_t       sz;
450         int             mode;
451 } pmap_preinit_mapping[PMAP_PREINIT_MAPPING_COUNT];
452 static int pmap_initialized;
453
454 /*
455  * Data for the pv entry allocation mechanism.
456  * Updates to pv_invl_gen are protected by the pv list lock but reads are not.
457  */
458 #ifdef NUMA
459 static __inline int
460 pc_to_domain(struct pv_chunk *pc)
461 {
462
463         return (vm_phys_domain(DMAP_TO_PHYS((vm_offset_t)pc)));
464 }
465 #else
466 static __inline int
467 pc_to_domain(struct pv_chunk *pc __unused)
468 {
469
470         return (0);
471 }
472 #endif
473
474 struct pv_chunks_list {
475         struct mtx pvc_lock;
476         TAILQ_HEAD(pch, pv_chunk) pvc_list;
477         int active_reclaims;
478 } __aligned(CACHE_LINE_SIZE);
479
480 struct pv_chunks_list __exclusive_cache_line pv_chunks[PMAP_MEMDOM];
481
482 #ifdef  NUMA
483 struct pmap_large_md_page {
484         struct rwlock   pv_lock;
485         struct md_page  pv_page;
486         u_long pv_invl_gen;
487 };
488 __exclusive_cache_line static struct pmap_large_md_page pv_dummy_large;
489 #define pv_dummy pv_dummy_large.pv_page
490 __read_mostly static struct pmap_large_md_page *pv_table;
491 __read_mostly vm_paddr_t pmap_last_pa;
492 #else
493 static struct rwlock __exclusive_cache_line pv_list_locks[NPV_LIST_LOCKS];
494 static u_long pv_invl_gen[NPV_LIST_LOCKS];
495 static struct md_page *pv_table;
496 static struct md_page pv_dummy;
497 #endif
498
499 /*
500  * All those kernel PT submaps that BSD is so fond of
501  */
502 pt_entry_t *CMAP1 = NULL;
503 caddr_t CADDR1 = 0;
504 static vm_offset_t qframe = 0;
505 static struct mtx qframe_mtx;
506
507 static int pmap_flags = PMAP_PDE_SUPERPAGE;     /* flags for x86 pmaps */
508
509 static vmem_t *large_vmem;
510 static u_int lm_ents;
511 #define PMAP_ADDRESS_IN_LARGEMAP(va)    ((va) >= LARGEMAP_MIN_ADDRESS && \
512         (va) < LARGEMAP_MIN_ADDRESS + NBPML4 * (u_long)lm_ents)
513
514 int pmap_pcid_enabled = 1;
515 SYSCTL_INT(_vm_pmap, OID_AUTO, pcid_enabled, CTLFLAG_RDTUN | CTLFLAG_NOFETCH,
516     &pmap_pcid_enabled, 0, "Is TLB Context ID enabled ?");
517 int invpcid_works = 0;
518 SYSCTL_INT(_vm_pmap, OID_AUTO, invpcid_works, CTLFLAG_RD, &invpcid_works, 0,
519     "Is the invpcid instruction available ?");
520
521 int __read_frequently pti = 0;
522 SYSCTL_INT(_vm_pmap, OID_AUTO, pti, CTLFLAG_RDTUN | CTLFLAG_NOFETCH,
523     &pti, 0,
524     "Page Table Isolation enabled");
525 static vm_object_t pti_obj;
526 static pml4_entry_t *pti_pml4;
527 static vm_pindex_t pti_pg_idx;
528 static bool pti_finalized;
529
530 struct pmap_pkru_range {
531         struct rs_el    pkru_rs_el;
532         u_int           pkru_keyidx;
533         int             pkru_flags;
534 };
535
536 static uma_zone_t pmap_pkru_ranges_zone;
537 static bool pmap_pkru_same(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva);
538 static pt_entry_t pmap_pkru_get(pmap_t pmap, vm_offset_t va);
539 static void pmap_pkru_on_remove(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva);
540 static void *pkru_dup_range(void *ctx, void *data);
541 static void pkru_free_range(void *ctx, void *node);
542 static int pmap_pkru_copy(pmap_t dst_pmap, pmap_t src_pmap);
543 static int pmap_pkru_deassign(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva);
544 static void pmap_pkru_deassign_all(pmap_t pmap);
545
546 static COUNTER_U64_DEFINE_EARLY(pcid_save_cnt);
547 SYSCTL_COUNTER_U64(_vm_pmap, OID_AUTO, pcid_save_cnt, CTLFLAG_RD,
548     &pcid_save_cnt, "Count of saved TLB context on switch");
549
550 static LIST_HEAD(, pmap_invl_gen) pmap_invl_gen_tracker =
551     LIST_HEAD_INITIALIZER(&pmap_invl_gen_tracker);
552 static struct mtx invl_gen_mtx;
553 /* Fake lock object to satisfy turnstiles interface. */
554 static struct lock_object invl_gen_ts = {
555         .lo_name = "invlts",
556 };
557 static struct pmap_invl_gen pmap_invl_gen_head = {
558         .gen = 1,
559         .next = NULL,
560 };
561 static u_long pmap_invl_gen = 1;
562 static int pmap_invl_waiters;
563 static struct callout pmap_invl_callout;
564 static bool pmap_invl_callout_inited;
565
566 #define PMAP_ASSERT_NOT_IN_DI() \
567     KASSERT(pmap_not_in_di(), ("DI already started"))
568
569 static bool
570 pmap_di_locked(void)
571 {
572         int tun;
573
574         if ((cpu_feature2 & CPUID2_CX16) == 0)
575                 return (true);
576         tun = 0;
577         TUNABLE_INT_FETCH("vm.pmap.di_locked", &tun);
578         return (tun != 0);
579 }
580
581 static int
582 sysctl_pmap_di_locked(SYSCTL_HANDLER_ARGS)
583 {
584         int locked;
585
586         locked = pmap_di_locked();
587         return (sysctl_handle_int(oidp, &locked, 0, req));
588 }
589 SYSCTL_PROC(_vm_pmap, OID_AUTO, di_locked, CTLTYPE_INT | CTLFLAG_RDTUN |
590     CTLFLAG_MPSAFE, 0, 0, sysctl_pmap_di_locked, "",
591     "Locked delayed invalidation");
592
593 static bool pmap_not_in_di_l(void);
594 static bool pmap_not_in_di_u(void);
595 DEFINE_IFUNC(, bool, pmap_not_in_di, (void))
596 {
597
598         return (pmap_di_locked() ? pmap_not_in_di_l : pmap_not_in_di_u);
599 }
600
601 static bool
602 pmap_not_in_di_l(void)
603 {
604         struct pmap_invl_gen *invl_gen;
605
606         invl_gen = &curthread->td_md.md_invl_gen;
607         return (invl_gen->gen == 0);
608 }
609
610 static void
611 pmap_thread_init_invl_gen_l(struct thread *td)
612 {
613         struct pmap_invl_gen *invl_gen;
614
615         invl_gen = &td->td_md.md_invl_gen;
616         invl_gen->gen = 0;
617 }
618
619 static void
620 pmap_delayed_invl_wait_block(u_long *m_gen, u_long *invl_gen)
621 {
622         struct turnstile *ts;
623
624         ts = turnstile_trywait(&invl_gen_ts);
625         if (*m_gen > atomic_load_long(invl_gen))
626                 turnstile_wait(ts, NULL, TS_SHARED_QUEUE);
627         else
628                 turnstile_cancel(ts);
629 }
630
631 static void
632 pmap_delayed_invl_finish_unblock(u_long new_gen)
633 {
634         struct turnstile *ts;
635
636         turnstile_chain_lock(&invl_gen_ts);
637         ts = turnstile_lookup(&invl_gen_ts);
638         if (new_gen != 0)
639                 pmap_invl_gen = new_gen;
640         if (ts != NULL) {
641                 turnstile_broadcast(ts, TS_SHARED_QUEUE);
642                 turnstile_unpend(ts);
643         }
644         turnstile_chain_unlock(&invl_gen_ts);
645 }
646
647 /*
648  * Start a new Delayed Invalidation (DI) block of code, executed by
649  * the current thread.  Within a DI block, the current thread may
650  * destroy both the page table and PV list entries for a mapping and
651  * then release the corresponding PV list lock before ensuring that
652  * the mapping is flushed from the TLBs of any processors with the
653  * pmap active.
654  */
655 static void
656 pmap_delayed_invl_start_l(void)
657 {
658         struct pmap_invl_gen *invl_gen;
659         u_long currgen;
660
661         invl_gen = &curthread->td_md.md_invl_gen;
662         PMAP_ASSERT_NOT_IN_DI();
663         mtx_lock(&invl_gen_mtx);
664         if (LIST_EMPTY(&pmap_invl_gen_tracker))
665                 currgen = pmap_invl_gen;
666         else
667                 currgen = LIST_FIRST(&pmap_invl_gen_tracker)->gen;
668         invl_gen->gen = currgen + 1;
669         LIST_INSERT_HEAD(&pmap_invl_gen_tracker, invl_gen, link);
670         mtx_unlock(&invl_gen_mtx);
671 }
672
673 /*
674  * Finish the DI block, previously started by the current thread.  All
675  * required TLB flushes for the pages marked by
676  * pmap_delayed_invl_page() must be finished before this function is
677  * called.
678  *
679  * This function works by bumping the global DI generation number to
680  * the generation number of the current thread's DI, unless there is a
681  * pending DI that started earlier.  In the latter case, bumping the
682  * global DI generation number would incorrectly signal that the
683  * earlier DI had finished.  Instead, this function bumps the earlier
684  * DI's generation number to match the generation number of the
685  * current thread's DI.
686  */
687 static void
688 pmap_delayed_invl_finish_l(void)
689 {
690         struct pmap_invl_gen *invl_gen, *next;
691
692         invl_gen = &curthread->td_md.md_invl_gen;
693         KASSERT(invl_gen->gen != 0, ("missed invl_start"));
694         mtx_lock(&invl_gen_mtx);
695         next = LIST_NEXT(invl_gen, link);
696         if (next == NULL)
697                 pmap_delayed_invl_finish_unblock(invl_gen->gen);
698         else
699                 next->gen = invl_gen->gen;
700         LIST_REMOVE(invl_gen, link);
701         mtx_unlock(&invl_gen_mtx);
702         invl_gen->gen = 0;
703 }
704
705 static bool
706 pmap_not_in_di_u(void)
707 {
708         struct pmap_invl_gen *invl_gen;
709
710         invl_gen = &curthread->td_md.md_invl_gen;
711         return (((uintptr_t)invl_gen->next & PMAP_INVL_GEN_NEXT_INVALID) != 0);
712 }
713
714 static void
715 pmap_thread_init_invl_gen_u(struct thread *td)
716 {
717         struct pmap_invl_gen *invl_gen;
718
719         invl_gen = &td->td_md.md_invl_gen;
720         invl_gen->gen = 0;
721         invl_gen->next = (void *)PMAP_INVL_GEN_NEXT_INVALID;
722 }
723
724 static bool
725 pmap_di_load_invl(struct pmap_invl_gen *ptr, struct pmap_invl_gen *out)
726 {
727         uint64_t new_high, new_low, old_high, old_low;
728         char res;
729
730         old_low = new_low = 0;
731         old_high = new_high = (uintptr_t)0;
732
733         __asm volatile("lock;cmpxchg16b\t%1"
734             : "=@cce" (res), "+m" (*ptr), "+a" (old_low), "+d" (old_high)
735             : "b"(new_low), "c" (new_high)
736             : "memory", "cc");
737         if (res == 0) {
738                 if ((old_high & PMAP_INVL_GEN_NEXT_INVALID) != 0)
739                         return (false);
740                 out->gen = old_low;
741                 out->next = (void *)old_high;
742         } else {
743                 out->gen = new_low;
744                 out->next = (void *)new_high;
745         }
746         return (true);
747 }
748
749 static bool
750 pmap_di_store_invl(struct pmap_invl_gen *ptr, struct pmap_invl_gen *old_val,
751     struct pmap_invl_gen *new_val)
752 {
753         uint64_t new_high, new_low, old_high, old_low;
754         char res;
755
756         new_low = new_val->gen;
757         new_high = (uintptr_t)new_val->next;
758         old_low = old_val->gen;
759         old_high = (uintptr_t)old_val->next;
760
761         __asm volatile("lock;cmpxchg16b\t%1"
762             : "=@cce" (res), "+m" (*ptr), "+a" (old_low), "+d" (old_high)
763             : "b"(new_low), "c" (new_high)
764             : "memory", "cc");
765         return (res);
766 }
767
768 static COUNTER_U64_DEFINE_EARLY(pv_page_count);
769 SYSCTL_COUNTER_U64(_vm_pmap, OID_AUTO, pv_page_count, CTLFLAG_RD,
770     &pv_page_count, "Current number of allocated pv pages");
771
772 static COUNTER_U64_DEFINE_EARLY(user_pt_page_count);
773 SYSCTL_COUNTER_U64(_vm_pmap, OID_AUTO, user_pt_page_count, CTLFLAG_RD,
774     &user_pt_page_count,
775     "Current number of allocated page table pages for userspace");
776
777 static COUNTER_U64_DEFINE_EARLY(kernel_pt_page_count);
778 SYSCTL_COUNTER_U64(_vm_pmap, OID_AUTO, kernel_pt_page_count, CTLFLAG_RD,
779     &kernel_pt_page_count,
780     "Current number of allocated page table pages for the kernel");
781
782 #ifdef PV_STATS
783
784 static COUNTER_U64_DEFINE_EARLY(invl_start_restart);
785 SYSCTL_COUNTER_U64(_vm_pmap, OID_AUTO, invl_start_restart,
786     CTLFLAG_RD, &invl_start_restart,
787     "Number of delayed TLB invalidation request restarts");
788
789 static COUNTER_U64_DEFINE_EARLY(invl_finish_restart);
790 SYSCTL_COUNTER_U64(_vm_pmap, OID_AUTO, invl_finish_restart, CTLFLAG_RD,
791     &invl_finish_restart,
792     "Number of delayed TLB invalidation completion restarts");
793
794 static int invl_max_qlen;
795 SYSCTL_INT(_vm_pmap, OID_AUTO, invl_max_qlen, CTLFLAG_RD,
796     &invl_max_qlen, 0,
797     "Maximum delayed TLB invalidation request queue length");
798 #endif
799
800 #define di_delay        locks_delay
801
802 static void
803 pmap_delayed_invl_start_u(void)
804 {
805         struct pmap_invl_gen *invl_gen, *p, prev, new_prev;
806         struct thread *td;
807         struct lock_delay_arg lda;
808         uintptr_t prevl;
809         u_char pri;
810 #ifdef PV_STATS
811         int i, ii;
812 #endif
813
814         td = curthread;
815         invl_gen = &td->td_md.md_invl_gen;
816         PMAP_ASSERT_NOT_IN_DI();
817         lock_delay_arg_init(&lda, &di_delay);
818         invl_gen->saved_pri = 0;
819         pri = td->td_base_pri;
820         if (pri > PVM) {
821                 thread_lock(td);
822                 pri = td->td_base_pri;
823                 if (pri > PVM) {
824                         invl_gen->saved_pri = pri;
825                         sched_prio(td, PVM);
826                 }
827                 thread_unlock(td);
828         }
829 again:
830         PV_STAT(i = 0);
831         for (p = &pmap_invl_gen_head;; p = prev.next) {
832                 PV_STAT(i++);
833                 prevl = (uintptr_t)atomic_load_ptr(&p->next);
834                 if ((prevl & PMAP_INVL_GEN_NEXT_INVALID) != 0) {
835                         PV_STAT(counter_u64_add(invl_start_restart, 1));
836                         lock_delay(&lda);
837                         goto again;
838                 }
839                 if (prevl == 0)
840                         break;
841                 prev.next = (void *)prevl;
842         }
843 #ifdef PV_STATS
844         if ((ii = invl_max_qlen) < i)
845                 atomic_cmpset_int(&invl_max_qlen, ii, i);
846 #endif
847
848         if (!pmap_di_load_invl(p, &prev) || prev.next != NULL) {
849                 PV_STAT(counter_u64_add(invl_start_restart, 1));
850                 lock_delay(&lda);
851                 goto again;
852         }
853
854         new_prev.gen = prev.gen;
855         new_prev.next = invl_gen;
856         invl_gen->gen = prev.gen + 1;
857
858         /* Formal fence between store to invl->gen and updating *p. */
859         atomic_thread_fence_rel();
860
861         /*
862          * After inserting an invl_gen element with invalid bit set,
863          * this thread blocks any other thread trying to enter the
864          * delayed invalidation block.  Do not allow to remove us from
865          * the CPU, because it causes starvation for other threads.
866          */
867         critical_enter();
868
869         /*
870          * ABA for *p is not possible there, since p->gen can only
871          * increase.  So if the *p thread finished its di, then
872          * started a new one and got inserted into the list at the
873          * same place, its gen will appear greater than the previously
874          * read gen.
875          */
876         if (!pmap_di_store_invl(p, &prev, &new_prev)) {
877                 critical_exit();
878                 PV_STAT(counter_u64_add(invl_start_restart, 1));
879                 lock_delay(&lda);
880                 goto again;
881         }
882
883         /*
884          * There we clear PMAP_INVL_GEN_NEXT_INVALID in
885          * invl_gen->next, allowing other threads to iterate past us.
886          * pmap_di_store_invl() provides fence between the generation
887          * write and the update of next.
888          */
889         invl_gen->next = NULL;
890         critical_exit();
891 }
892
893 static bool
894 pmap_delayed_invl_finish_u_crit(struct pmap_invl_gen *invl_gen,
895     struct pmap_invl_gen *p)
896 {
897         struct pmap_invl_gen prev, new_prev;
898         u_long mygen;
899
900         /*
901          * Load invl_gen->gen after setting invl_gen->next
902          * PMAP_INVL_GEN_NEXT_INVALID.  This prevents larger
903          * generations to propagate to our invl_gen->gen.  Lock prefix
904          * in atomic_set_ptr() worked as seq_cst fence.
905          */
906         mygen = atomic_load_long(&invl_gen->gen);
907
908         if (!pmap_di_load_invl(p, &prev) || prev.next != invl_gen)
909                 return (false);
910
911         KASSERT(prev.gen < mygen,
912             ("invalid di gen sequence %lu %lu", prev.gen, mygen));
913         new_prev.gen = mygen;
914         new_prev.next = (void *)((uintptr_t)invl_gen->next &
915             ~PMAP_INVL_GEN_NEXT_INVALID);
916
917         /* Formal fence between load of prev and storing update to it. */
918         atomic_thread_fence_rel();
919
920         return (pmap_di_store_invl(p, &prev, &new_prev));
921 }
922
923 static void
924 pmap_delayed_invl_finish_u(void)
925 {
926         struct pmap_invl_gen *invl_gen, *p;
927         struct thread *td;
928         struct lock_delay_arg lda;
929         uintptr_t prevl;
930
931         td = curthread;
932         invl_gen = &td->td_md.md_invl_gen;
933         KASSERT(invl_gen->gen != 0, ("missed invl_start: gen 0"));
934         KASSERT(((uintptr_t)invl_gen->next & PMAP_INVL_GEN_NEXT_INVALID) == 0,
935             ("missed invl_start: INVALID"));
936         lock_delay_arg_init(&lda, &di_delay);
937
938 again:
939         for (p = &pmap_invl_gen_head; p != NULL; p = (void *)prevl) {
940                 prevl = (uintptr_t)atomic_load_ptr(&p->next);
941                 if ((prevl & PMAP_INVL_GEN_NEXT_INVALID) != 0) {
942                         PV_STAT(counter_u64_add(invl_finish_restart, 1));
943                         lock_delay(&lda);
944                         goto again;
945                 }
946                 if ((void *)prevl == invl_gen)
947                         break;
948         }
949
950         /*
951          * It is legitimate to not find ourself on the list if a
952          * thread before us finished its DI and started it again.
953          */
954         if (__predict_false(p == NULL)) {
955                 PV_STAT(counter_u64_add(invl_finish_restart, 1));
956                 lock_delay(&lda);
957                 goto again;
958         }
959
960         critical_enter();
961         atomic_set_ptr((uintptr_t *)&invl_gen->next,
962             PMAP_INVL_GEN_NEXT_INVALID);
963         if (!pmap_delayed_invl_finish_u_crit(invl_gen, p)) {
964                 atomic_clear_ptr((uintptr_t *)&invl_gen->next,
965                     PMAP_INVL_GEN_NEXT_INVALID);
966                 critical_exit();
967                 PV_STAT(counter_u64_add(invl_finish_restart, 1));
968                 lock_delay(&lda);
969                 goto again;
970         }
971         critical_exit();
972         if (atomic_load_int(&pmap_invl_waiters) > 0)
973                 pmap_delayed_invl_finish_unblock(0);
974         if (invl_gen->saved_pri != 0) {
975                 thread_lock(td);
976                 sched_prio(td, invl_gen->saved_pri);
977                 thread_unlock(td);
978         }
979 }
980
981 #ifdef DDB
982 DB_SHOW_COMMAND(di_queue, pmap_di_queue)
983 {
984         struct pmap_invl_gen *p, *pn;
985         struct thread *td;
986         uintptr_t nextl;
987         bool first;
988
989         for (p = &pmap_invl_gen_head, first = true; p != NULL; p = pn,
990             first = false) {
991                 nextl = (uintptr_t)atomic_load_ptr(&p->next);
992                 pn = (void *)(nextl & ~PMAP_INVL_GEN_NEXT_INVALID);
993                 td = first ? NULL : __containerof(p, struct thread,
994                     td_md.md_invl_gen);
995                 db_printf("gen %lu inv %d td %p tid %d\n", p->gen,
996                     (nextl & PMAP_INVL_GEN_NEXT_INVALID) != 0, td,
997                     td != NULL ? td->td_tid : -1);
998         }
999 }
1000 #endif
1001
1002 #ifdef PV_STATS
1003 static COUNTER_U64_DEFINE_EARLY(invl_wait);
1004 SYSCTL_COUNTER_U64(_vm_pmap, OID_AUTO, invl_wait,
1005     CTLFLAG_RD, &invl_wait,
1006     "Number of times DI invalidation blocked pmap_remove_all/write");
1007
1008 static COUNTER_U64_DEFINE_EARLY(invl_wait_slow);
1009 SYSCTL_COUNTER_U64(_vm_pmap, OID_AUTO, invl_wait_slow, CTLFLAG_RD,
1010      &invl_wait_slow, "Number of slow invalidation waits for lockless DI");
1011
1012 #endif
1013
1014 #ifdef NUMA
1015 static u_long *
1016 pmap_delayed_invl_genp(vm_page_t m)
1017 {
1018         vm_paddr_t pa;
1019         u_long *gen;
1020
1021         pa = VM_PAGE_TO_PHYS(m);
1022         if (__predict_false((pa) > pmap_last_pa))
1023                 gen = &pv_dummy_large.pv_invl_gen;
1024         else
1025                 gen = &(pa_to_pmdp(pa)->pv_invl_gen);
1026
1027         return (gen);
1028 }
1029 #else
1030 static u_long *
1031 pmap_delayed_invl_genp(vm_page_t m)
1032 {
1033
1034         return (&pv_invl_gen[pa_index(VM_PAGE_TO_PHYS(m)) % NPV_LIST_LOCKS]);
1035 }
1036 #endif
1037
1038 static void
1039 pmap_delayed_invl_callout_func(void *arg __unused)
1040 {
1041
1042         if (atomic_load_int(&pmap_invl_waiters) == 0)
1043                 return;
1044         pmap_delayed_invl_finish_unblock(0);
1045 }
1046
1047 static void
1048 pmap_delayed_invl_callout_init(void *arg __unused)
1049 {
1050
1051         if (pmap_di_locked())
1052                 return;
1053         callout_init(&pmap_invl_callout, 1);
1054         pmap_invl_callout_inited = true;
1055 }
1056 SYSINIT(pmap_di_callout, SI_SUB_CPU + 1, SI_ORDER_ANY,
1057     pmap_delayed_invl_callout_init, NULL);
1058
1059 /*
1060  * Ensure that all currently executing DI blocks, that need to flush
1061  * TLB for the given page m, actually flushed the TLB at the time the
1062  * function returned.  If the page m has an empty PV list and we call
1063  * pmap_delayed_invl_wait(), upon its return we know that no CPU has a
1064  * valid mapping for the page m in either its page table or TLB.
1065  *
1066  * This function works by blocking until the global DI generation
1067  * number catches up with the generation number associated with the
1068  * given page m and its PV list.  Since this function's callers
1069  * typically own an object lock and sometimes own a page lock, it
1070  * cannot sleep.  Instead, it blocks on a turnstile to relinquish the
1071  * processor.
1072  */
1073 static void
1074 pmap_delayed_invl_wait_l(vm_page_t m)
1075 {
1076         u_long *m_gen;
1077 #ifdef PV_STATS
1078         bool accounted = false;
1079 #endif
1080
1081         m_gen = pmap_delayed_invl_genp(m);
1082         while (*m_gen > pmap_invl_gen) {
1083 #ifdef PV_STATS
1084                 if (!accounted) {
1085                         counter_u64_add(invl_wait, 1);
1086                         accounted = true;
1087                 }
1088 #endif
1089                 pmap_delayed_invl_wait_block(m_gen, &pmap_invl_gen);
1090         }
1091 }
1092
1093 static void
1094 pmap_delayed_invl_wait_u(vm_page_t m)
1095 {
1096         u_long *m_gen;
1097         struct lock_delay_arg lda;
1098         bool fast;
1099
1100         fast = true;
1101         m_gen = pmap_delayed_invl_genp(m);
1102         lock_delay_arg_init(&lda, &di_delay);
1103         while (*m_gen > atomic_load_long(&pmap_invl_gen_head.gen)) {
1104                 if (fast || !pmap_invl_callout_inited) {
1105                         PV_STAT(counter_u64_add(invl_wait, 1));
1106                         lock_delay(&lda);
1107                         fast = false;
1108                 } else {
1109                         /*
1110                          * The page's invalidation generation number
1111                          * is still below the current thread's number.
1112                          * Prepare to block so that we do not waste
1113                          * CPU cycles or worse, suffer livelock.
1114                          *
1115                          * Since it is impossible to block without
1116                          * racing with pmap_delayed_invl_finish_u(),
1117                          * prepare for the race by incrementing
1118                          * pmap_invl_waiters and arming a 1-tick
1119                          * callout which will unblock us if we lose
1120                          * the race.
1121                          */
1122                         atomic_add_int(&pmap_invl_waiters, 1);
1123
1124                         /*
1125                          * Re-check the current thread's invalidation
1126                          * generation after incrementing
1127                          * pmap_invl_waiters, so that there is no race
1128                          * with pmap_delayed_invl_finish_u() setting
1129                          * the page generation and checking
1130                          * pmap_invl_waiters.  The only race allowed
1131                          * is for a missed unblock, which is handled
1132                          * by the callout.
1133                          */
1134                         if (*m_gen >
1135                             atomic_load_long(&pmap_invl_gen_head.gen)) {
1136                                 callout_reset(&pmap_invl_callout, 1,
1137                                     pmap_delayed_invl_callout_func, NULL);
1138                                 PV_STAT(counter_u64_add(invl_wait_slow, 1));
1139                                 pmap_delayed_invl_wait_block(m_gen,
1140                                     &pmap_invl_gen_head.gen);
1141                         }
1142                         atomic_add_int(&pmap_invl_waiters, -1);
1143                 }
1144         }
1145 }
1146
1147 DEFINE_IFUNC(, void, pmap_thread_init_invl_gen, (struct thread *))
1148 {
1149
1150         return (pmap_di_locked() ? pmap_thread_init_invl_gen_l :
1151             pmap_thread_init_invl_gen_u);
1152 }
1153
1154 DEFINE_IFUNC(static, void, pmap_delayed_invl_start, (void))
1155 {
1156
1157         return (pmap_di_locked() ? pmap_delayed_invl_start_l :
1158             pmap_delayed_invl_start_u);
1159 }
1160
1161 DEFINE_IFUNC(static, void, pmap_delayed_invl_finish, (void))
1162 {
1163
1164         return (pmap_di_locked() ? pmap_delayed_invl_finish_l :
1165             pmap_delayed_invl_finish_u);
1166 }
1167
1168 DEFINE_IFUNC(static, void, pmap_delayed_invl_wait, (vm_page_t))
1169 {
1170
1171         return (pmap_di_locked() ? pmap_delayed_invl_wait_l :
1172             pmap_delayed_invl_wait_u);
1173 }
1174
1175 /*
1176  * Mark the page m's PV list as participating in the current thread's
1177  * DI block.  Any threads concurrently using m's PV list to remove or
1178  * restrict all mappings to m will wait for the current thread's DI
1179  * block to complete before proceeding.
1180  *
1181  * The function works by setting the DI generation number for m's PV
1182  * list to at least the DI generation number of the current thread.
1183  * This forces a caller of pmap_delayed_invl_wait() to block until
1184  * current thread calls pmap_delayed_invl_finish().
1185  */
1186 static void
1187 pmap_delayed_invl_page(vm_page_t m)
1188 {
1189         u_long gen, *m_gen;
1190
1191         rw_assert(VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m), RA_WLOCKED);
1192         gen = curthread->td_md.md_invl_gen.gen;
1193         if (gen == 0)
1194                 return;
1195         m_gen = pmap_delayed_invl_genp(m);
1196         if (*m_gen < gen)
1197                 *m_gen = gen;
1198 }
1199
1200 /*
1201  * Crashdump maps.
1202  */
1203 static caddr_t crashdumpmap;
1204
1205 /*
1206  * Internal flags for pmap_enter()'s helper functions.
1207  */
1208 #define PMAP_ENTER_NORECLAIM    0x1000000       /* Don't reclaim PV entries. */
1209 #define PMAP_ENTER_NOREPLACE    0x2000000       /* Don't replace mappings. */
1210
1211 /*
1212  * Internal flags for pmap_mapdev_internal() and
1213  * pmap_change_props_locked().
1214  */
1215 #define MAPDEV_FLUSHCACHE       0x00000001      /* Flush cache after mapping. */
1216 #define MAPDEV_SETATTR          0x00000002      /* Modify existing attrs. */
1217 #define MAPDEV_ASSERTVALID      0x00000004      /* Assert mapping validity. */
1218
1219 TAILQ_HEAD(pv_chunklist, pv_chunk);
1220
1221 static void     free_pv_chunk(struct pv_chunk *pc);
1222 static void     free_pv_chunk_batch(struct pv_chunklist *batch);
1223 static void     free_pv_entry(pmap_t pmap, pv_entry_t pv);
1224 static pv_entry_t get_pv_entry(pmap_t pmap, struct rwlock **lockp);
1225 static int      popcnt_pc_map_pq(uint64_t *map);
1226 static vm_page_t reclaim_pv_chunk(pmap_t locked_pmap, struct rwlock **lockp);
1227 static void     reserve_pv_entries(pmap_t pmap, int needed,
1228                     struct rwlock **lockp);
1229 static void     pmap_pv_demote_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_paddr_t pa,
1230                     struct rwlock **lockp);
1231 static bool     pmap_pv_insert_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t pde,
1232                     u_int flags, struct rwlock **lockp);
1233 #if VM_NRESERVLEVEL > 0
1234 static void     pmap_pv_promote_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_paddr_t pa,
1235                     struct rwlock **lockp);
1236 #endif
1237 static void     pmap_pvh_free(struct md_page *pvh, pmap_t pmap, vm_offset_t va);
1238 static pv_entry_t pmap_pvh_remove(struct md_page *pvh, pmap_t pmap,
1239                     vm_offset_t va);
1240
1241 static void     pmap_abort_ptp(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t mpte);
1242 static int pmap_change_props_locked(vm_offset_t va, vm_size_t size,
1243     vm_prot_t prot, int mode, int flags);
1244 static boolean_t pmap_demote_pde(pmap_t pmap, pd_entry_t *pde, vm_offset_t va);
1245 static boolean_t pmap_demote_pde_locked(pmap_t pmap, pd_entry_t *pde,
1246     vm_offset_t va, struct rwlock **lockp);
1247 static boolean_t pmap_demote_pdpe(pmap_t pmap, pdp_entry_t *pdpe,
1248     vm_offset_t va);
1249 static bool     pmap_enter_2mpage(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m,
1250                     vm_prot_t prot, struct rwlock **lockp);
1251 static int      pmap_enter_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t newpde,
1252                     u_int flags, vm_page_t m, struct rwlock **lockp);
1253 static vm_page_t pmap_enter_quick_locked(pmap_t pmap, vm_offset_t va,
1254     vm_page_t m, vm_prot_t prot, vm_page_t mpte, struct rwlock **lockp);
1255 static void pmap_fill_ptp(pt_entry_t *firstpte, pt_entry_t newpte);
1256 static int pmap_insert_pt_page(pmap_t pmap, vm_page_t mpte, bool promoted);
1257 static void pmap_invalidate_cache_range_selfsnoop(vm_offset_t sva,
1258     vm_offset_t eva);
1259 static void pmap_invalidate_cache_range_all(vm_offset_t sva,
1260     vm_offset_t eva);
1261 static void pmap_invalidate_pde_page(pmap_t pmap, vm_offset_t va,
1262                     pd_entry_t pde);
1263 static void pmap_kenter_attr(vm_offset_t va, vm_paddr_t pa, int mode);
1264 static vm_page_t pmap_large_map_getptp_unlocked(void);
1265 static vm_paddr_t pmap_large_map_kextract(vm_offset_t va);
1266 #if VM_NRESERVLEVEL > 0
1267 static void pmap_promote_pde(pmap_t pmap, pd_entry_t *pde, vm_offset_t va,
1268     struct rwlock **lockp);
1269 #endif
1270 static boolean_t pmap_protect_pde(pmap_t pmap, pd_entry_t *pde, vm_offset_t sva,
1271     vm_prot_t prot);
1272 static void pmap_pte_props(pt_entry_t *pte, u_long bits, u_long mask);
1273 static void pmap_pti_add_kva_locked(vm_offset_t sva, vm_offset_t eva,
1274     bool exec);
1275 static pdp_entry_t *pmap_pti_pdpe(vm_offset_t va);
1276 static pd_entry_t *pmap_pti_pde(vm_offset_t va);
1277 static void pmap_pti_wire_pte(void *pte);
1278 static int pmap_remove_pde(pmap_t pmap, pd_entry_t *pdq, vm_offset_t sva,
1279     struct spglist *free, struct rwlock **lockp);
1280 static int pmap_remove_pte(pmap_t pmap, pt_entry_t *ptq, vm_offset_t sva,
1281     pd_entry_t ptepde, struct spglist *free, struct rwlock **lockp);
1282 static vm_page_t pmap_remove_pt_page(pmap_t pmap, vm_offset_t va);
1283 static void pmap_remove_page(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t *pde,
1284     struct spglist *free);
1285 static bool     pmap_remove_ptes(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva,
1286                     pd_entry_t *pde, struct spglist *free,
1287                     struct rwlock **lockp);
1288 static boolean_t pmap_try_insert_pv_entry(pmap_t pmap, vm_offset_t va,
1289     vm_page_t m, struct rwlock **lockp);
1290 static void pmap_update_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t *pde,
1291     pd_entry_t newpde);
1292 static void pmap_update_pde_invalidate(pmap_t, vm_offset_t va, pd_entry_t pde);
1293
1294 static pd_entry_t *pmap_alloc_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t *pdpgp,
1295                 struct rwlock **lockp);
1296 static vm_page_t pmap_allocpte_alloc(pmap_t pmap, vm_pindex_t ptepindex,
1297                 struct rwlock **lockp, vm_offset_t va);
1298 static vm_page_t pmap_allocpte_nosleep(pmap_t pmap, vm_pindex_t ptepindex,
1299                 struct rwlock **lockp, vm_offset_t va);
1300 static vm_page_t pmap_allocpte(pmap_t pmap, vm_offset_t va,
1301                 struct rwlock **lockp);
1302
1303 static void _pmap_unwire_ptp(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m,
1304     struct spglist *free);
1305 static int pmap_unuse_pt(pmap_t, vm_offset_t, pd_entry_t, struct spglist *);
1306
1307 static vm_page_t pmap_alloc_pt_page(pmap_t, vm_pindex_t, int);
1308 static void pmap_free_pt_page(pmap_t, vm_page_t, bool);
1309
1310 /********************/
1311 /* Inline functions */
1312 /********************/
1313
1314 /*
1315  * Return a non-clipped indexes for a given VA, which are page table
1316  * pages indexes at the corresponding level.
1317  */
1318 static __inline vm_pindex_t
1319 pmap_pde_pindex(vm_offset_t va)
1320 {
1321         return (va >> PDRSHIFT);
1322 }
1323
1324 static __inline vm_pindex_t
1325 pmap_pdpe_pindex(vm_offset_t va)
1326 {
1327         return (NUPDE + (va >> PDPSHIFT));
1328 }
1329
1330 static __inline vm_pindex_t
1331 pmap_pml4e_pindex(vm_offset_t va)
1332 {
1333         return (NUPDE + NUPDPE + (va >> PML4SHIFT));
1334 }
1335
1336 static __inline vm_pindex_t
1337 pmap_pml5e_pindex(vm_offset_t va)
1338 {
1339         return (NUPDE + NUPDPE + NUPML4E + (va >> PML5SHIFT));
1340 }
1341
1342 static __inline pml4_entry_t *
1343 pmap_pml5e(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
1344 {
1345
1346         MPASS(pmap_is_la57(pmap));
1347         return (&pmap->pm_pmltop[pmap_pml5e_index(va)]);
1348 }
1349
1350 static __inline pml4_entry_t *
1351 pmap_pml5e_u(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
1352 {
1353
1354         MPASS(pmap_is_la57(pmap));
1355         return (&pmap->pm_pmltopu[pmap_pml5e_index(va)]);
1356 }
1357
1358 static __inline pml4_entry_t *
1359 pmap_pml5e_to_pml4e(pml5_entry_t *pml5e, vm_offset_t va)
1360 {
1361         pml4_entry_t *pml4e;
1362
1363         /* XXX MPASS(pmap_is_la57(pmap); */
1364         pml4e = (pml4_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(*pml5e & PG_FRAME);
1365         return (&pml4e[pmap_pml4e_index(va)]);
1366 }
1367
1368 /* Return a pointer to the PML4 slot that corresponds to a VA */
1369 static __inline pml4_entry_t *
1370 pmap_pml4e(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
1371 {
1372         pml5_entry_t *pml5e;
1373         pml4_entry_t *pml4e;
1374         pt_entry_t PG_V;
1375
1376         if (pmap_is_la57(pmap)) {
1377                 pml5e = pmap_pml5e(pmap, va);
1378                 PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
1379                 if ((*pml5e & PG_V) == 0)
1380                         return (NULL);
1381                 pml4e = (pml4_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(*pml5e & PG_FRAME);
1382         } else {
1383                 pml4e = pmap->pm_pmltop;
1384         }
1385         return (&pml4e[pmap_pml4e_index(va)]);
1386 }
1387
1388 static __inline pml4_entry_t *
1389 pmap_pml4e_u(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
1390 {
1391         MPASS(!pmap_is_la57(pmap));
1392         return (&pmap->pm_pmltopu[pmap_pml4e_index(va)]);
1393 }
1394
1395 /* Return a pointer to the PDP slot that corresponds to a VA */
1396 static __inline pdp_entry_t *
1397 pmap_pml4e_to_pdpe(pml4_entry_t *pml4e, vm_offset_t va)
1398 {
1399         pdp_entry_t *pdpe;
1400
1401         pdpe = (pdp_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(*pml4e & PG_FRAME);
1402         return (&pdpe[pmap_pdpe_index(va)]);
1403 }
1404
1405 /* Return a pointer to the PDP slot that corresponds to a VA */
1406 static __inline pdp_entry_t *
1407 pmap_pdpe(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
1408 {
1409         pml4_entry_t *pml4e;
1410         pt_entry_t PG_V;
1411
1412         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
1413         pml4e = pmap_pml4e(pmap, va);
1414         if (pml4e == NULL || (*pml4e & PG_V) == 0)
1415                 return (NULL);
1416         return (pmap_pml4e_to_pdpe(pml4e, va));
1417 }
1418
1419 /* Return a pointer to the PD slot that corresponds to a VA */
1420 static __inline pd_entry_t *
1421 pmap_pdpe_to_pde(pdp_entry_t *pdpe, vm_offset_t va)
1422 {
1423         pd_entry_t *pde;
1424
1425         KASSERT((*pdpe & PG_PS) == 0,
1426             ("%s: pdpe %#lx is a leaf", __func__, *pdpe));
1427         pde = (pd_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(*pdpe & PG_FRAME);
1428         return (&pde[pmap_pde_index(va)]);
1429 }
1430
1431 /* Return a pointer to the PD slot that corresponds to a VA */
1432 static __inline pd_entry_t *
1433 pmap_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
1434 {
1435         pdp_entry_t *pdpe;
1436         pt_entry_t PG_V;
1437
1438         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
1439         pdpe = pmap_pdpe(pmap, va);
1440         if (pdpe == NULL || (*pdpe & PG_V) == 0)
1441                 return (NULL);
1442         KASSERT((*pdpe & PG_PS) == 0,
1443             ("pmap_pde for 1G page, pmap %p va %#lx", pmap, va));
1444         return (pmap_pdpe_to_pde(pdpe, va));
1445 }
1446
1447 /* Return a pointer to the PT slot that corresponds to a VA */
1448 static __inline pt_entry_t *
1449 pmap_pde_to_pte(pd_entry_t *pde, vm_offset_t va)
1450 {
1451         pt_entry_t *pte;
1452
1453         KASSERT((*pde & PG_PS) == 0,
1454             ("%s: pde %#lx is a leaf", __func__, *pde));
1455         pte = (pt_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(*pde & PG_FRAME);
1456         return (&pte[pmap_pte_index(va)]);
1457 }
1458
1459 /* Return a pointer to the PT slot that corresponds to a VA */
1460 static __inline pt_entry_t *
1461 pmap_pte(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
1462 {
1463         pd_entry_t *pde;
1464         pt_entry_t PG_V;
1465
1466         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
1467         pde = pmap_pde(pmap, va);
1468         if (pde == NULL || (*pde & PG_V) == 0)
1469                 return (NULL);
1470         if ((*pde & PG_PS) != 0)        /* compat with i386 pmap_pte() */
1471                 return ((pt_entry_t *)pde);
1472         return (pmap_pde_to_pte(pde, va));
1473 }
1474
1475 static __inline void
1476 pmap_resident_count_adj(pmap_t pmap, int count)
1477 {
1478
1479         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
1480         KASSERT(pmap->pm_stats.resident_count + count >= 0,
1481             ("pmap %p resident count underflow %ld %d", pmap,
1482             pmap->pm_stats.resident_count, count));
1483         pmap->pm_stats.resident_count += count;
1484 }
1485
1486 static __inline void
1487 pmap_pt_page_count_pinit(pmap_t pmap, int count)
1488 {
1489         KASSERT(pmap->pm_stats.resident_count + count >= 0,
1490             ("pmap %p resident count underflow %ld %d", pmap,
1491             pmap->pm_stats.resident_count, count));
1492         pmap->pm_stats.resident_count += count;
1493 }
1494
1495 static __inline void
1496 pmap_pt_page_count_adj(pmap_t pmap, int count)
1497 {
1498         if (pmap == kernel_pmap)
1499                 counter_u64_add(kernel_pt_page_count, count);
1500         else {
1501                 if (pmap != NULL)
1502                         pmap_resident_count_adj(pmap, count);
1503                 counter_u64_add(user_pt_page_count, count);
1504         }
1505 }
1506
1507 pt_entry_t vtoptem __read_mostly = ((1ul << (NPTEPGSHIFT + NPDEPGSHIFT +
1508     NPDPEPGSHIFT + NPML4EPGSHIFT)) - 1) << 3;
1509 vm_offset_t PTmap __read_mostly = (vm_offset_t)P4Tmap;
1510
1511 PMAP_INLINE pt_entry_t *
1512 vtopte(vm_offset_t va)
1513 {
1514         KASSERT(va >= VM_MAXUSER_ADDRESS, ("vtopte on a uva/gpa 0x%0lx", va));
1515
1516         return ((pt_entry_t *)(PTmap + ((va >> (PAGE_SHIFT - 3)) & vtoptem)));
1517 }
1518
1519 pd_entry_t vtopdem __read_mostly = ((1ul << (NPDEPGSHIFT + NPDPEPGSHIFT +
1520     NPML4EPGSHIFT)) - 1) << 3;
1521 vm_offset_t PDmap __read_mostly = (vm_offset_t)P4Dmap;
1522
1523 static __inline pd_entry_t *
1524 vtopde(vm_offset_t va)
1525 {
1526         KASSERT(va >= VM_MAXUSER_ADDRESS, ("vtopde on a uva/gpa 0x%0lx", va));
1527
1528         return ((pt_entry_t *)(PDmap + ((va >> (PDRSHIFT - 3)) & vtopdem)));
1529 }
1530
1531 static u_int64_t
1532 allocpages(vm_paddr_t *firstaddr, int n)
1533 {
1534         u_int64_t ret;
1535
1536         ret = *firstaddr;
1537         bzero((void *)ret, n * PAGE_SIZE);
1538         *firstaddr += n * PAGE_SIZE;
1539         return (ret);
1540 }
1541
1542 CTASSERT(powerof2(NDMPML4E));
1543
1544 /* number of kernel PDP slots */
1545 #define NKPDPE(ptpgs)           howmany(ptpgs, NPDEPG)
1546
1547 static void
1548 nkpt_init(vm_paddr_t addr)
1549 {
1550         int pt_pages;
1551
1552 #ifdef NKPT
1553         pt_pages = NKPT;
1554 #else
1555         pt_pages = howmany(addr - kernphys, NBPDR) + 1; /* +1 for 2M hole @0 */
1556         pt_pages += NKPDPE(pt_pages);
1557
1558         /*
1559          * Add some slop beyond the bare minimum required for bootstrapping
1560          * the kernel.
1561          *
1562          * This is quite important when allocating KVA for kernel modules.
1563          * The modules are required to be linked in the negative 2GB of
1564          * the address space.  If we run out of KVA in this region then
1565          * pmap_growkernel() will need to allocate page table pages to map
1566          * the entire 512GB of KVA space which is an unnecessary tax on
1567          * physical memory.
1568          *
1569          * Secondly, device memory mapped as part of setting up the low-
1570          * level console(s) is taken from KVA, starting at virtual_avail.
1571          * This is because cninit() is called after pmap_bootstrap() but
1572          * before vm_init() and pmap_init(). 20MB for a frame buffer is
1573          * not uncommon.
1574          */
1575         pt_pages += 32;         /* 64MB additional slop. */
1576 #endif
1577         nkpt = pt_pages;
1578 }
1579
1580 /*
1581  * Returns the proper write/execute permission for a physical page that is
1582  * part of the initial boot allocations.
1583  *
1584  * If the page has kernel text, it is marked as read-only. If the page has
1585  * kernel read-only data, it is marked as read-only/not-executable. If the
1586  * page has only read-write data, it is marked as read-write/not-executable.
1587  * If the page is below/above the kernel range, it is marked as read-write.
1588  *
1589  * This function operates on 2M pages, since we map the kernel space that
1590  * way.
1591  */
1592 static inline pt_entry_t
1593 bootaddr_rwx(vm_paddr_t pa)
1594 {
1595         /*
1596          * The kernel is loaded at a 2MB-aligned address, and memory below that
1597          * need not be executable.  The .bss section is padded to a 2MB
1598          * boundary, so memory following the kernel need not be executable
1599          * either.  Preloaded kernel modules have their mapping permissions
1600          * fixed up by the linker.
1601          */
1602         if (pa < trunc_2mpage(kernphys + btext - KERNSTART) ||
1603             pa >= trunc_2mpage(kernphys + _end - KERNSTART))
1604                 return (X86_PG_RW | pg_nx);
1605
1606         /*
1607          * The linker should ensure that the read-only and read-write
1608          * portions don't share the same 2M page, so this shouldn't
1609          * impact read-only data. However, in any case, any page with
1610          * read-write data needs to be read-write.
1611          */
1612         if (pa >= trunc_2mpage(kernphys + brwsection - KERNSTART))
1613                 return (X86_PG_RW | pg_nx);
1614
1615         /*
1616          * Mark any 2M page containing kernel text as read-only. Mark
1617          * other pages with read-only data as read-only and not executable.
1618          * (It is likely a small portion of the read-only data section will
1619          * be marked as read-only, but executable. This should be acceptable
1620          * since the read-only protection will keep the data from changing.)
1621          * Note that fixups to the .text section will still work until we
1622          * set CR0.WP.
1623          */
1624         if (pa < round_2mpage(kernphys + etext - KERNSTART))
1625                 return (0);
1626         return (pg_nx);
1627 }
1628
1629 static void
1630 create_pagetables(vm_paddr_t *firstaddr)
1631 {
1632         pd_entry_t *pd_p;
1633         pdp_entry_t *pdp_p;
1634         pml4_entry_t *p4_p;
1635         uint64_t DMPDkernphys;
1636         vm_paddr_t pax;
1637 #ifdef KASAN
1638         pt_entry_t *pt_p;
1639         uint64_t KASANPDphys, KASANPTphys, KASANphys;
1640         vm_offset_t kasankernbase;
1641         int kasankpdpi, kasankpdi, nkasanpte;
1642 #endif
1643         int i, j, ndm1g, nkpdpe, nkdmpde;
1644
1645         /* Allocate page table pages for the direct map */
1646         ndmpdp = howmany(ptoa(Maxmem), NBPDP);
1647         if (ndmpdp < 4)         /* Minimum 4GB of dirmap */
1648                 ndmpdp = 4;
1649         ndmpdpphys = howmany(ndmpdp, NPDPEPG);
1650         if (ndmpdpphys > NDMPML4E) {
1651                 /*
1652                  * Each NDMPML4E allows 512 GB, so limit to that,
1653                  * and then readjust ndmpdp and ndmpdpphys.
1654                  */
1655                 printf("NDMPML4E limits system to %d GB\n", NDMPML4E * 512);
1656                 Maxmem = atop(NDMPML4E * NBPML4);
1657                 ndmpdpphys = NDMPML4E;
1658                 ndmpdp = NDMPML4E * NPDEPG;
1659         }
1660         DMPDPphys = allocpages(firstaddr, ndmpdpphys);
1661         ndm1g = 0;
1662         if ((amd_feature & AMDID_PAGE1GB) != 0) {
1663                 /*
1664                  * Calculate the number of 1G pages that will fully fit in
1665                  * Maxmem.
1666                  */
1667                 ndm1g = ptoa(Maxmem) >> PDPSHIFT;
1668
1669                 /*
1670                  * Allocate 2M pages for the kernel. These will be used in
1671                  * place of the one or more 1G pages from ndm1g that maps
1672                  * kernel memory into DMAP.
1673                  */
1674                 nkdmpde = howmany((vm_offset_t)brwsection - KERNSTART +
1675                     kernphys - rounddown2(kernphys, NBPDP), NBPDP);
1676                 DMPDkernphys = allocpages(firstaddr, nkdmpde);
1677         }
1678         if (ndm1g < ndmpdp)
1679                 DMPDphys = allocpages(firstaddr, ndmpdp - ndm1g);
1680         dmaplimit = (vm_paddr_t)ndmpdp << PDPSHIFT;
1681
1682         /* Allocate pages */
1683         KPML4phys = allocpages(firstaddr, 1);
1684         KPDPphys = allocpages(firstaddr, NKPML4E);
1685 #ifdef KASAN
1686         KASANPDPphys = allocpages(firstaddr, NKASANPML4E);
1687         KASANPDphys = allocpages(firstaddr, 1);
1688 #endif
1689
1690         /*
1691          * Allocate the initial number of kernel page table pages required to
1692          * bootstrap.  We defer this until after all memory-size dependent
1693          * allocations are done (e.g. direct map), so that we don't have to
1694          * build in too much slop in our estimate.
1695          *
1696          * Note that when NKPML4E > 1, we have an empty page underneath
1697          * all but the KPML4I'th one, so we need NKPML4E-1 extra (zeroed)
1698          * pages.  (pmap_enter requires a PD page to exist for each KPML4E.)
1699          */
1700         nkpt_init(*firstaddr);
1701         nkpdpe = NKPDPE(nkpt);
1702
1703         KPTphys = allocpages(firstaddr, nkpt);
1704         KPDphys = allocpages(firstaddr, nkpdpe);
1705
1706 #ifdef KASAN
1707         nkasanpte = howmany(nkpt, KASAN_SHADOW_SCALE);
1708         KASANPTphys = allocpages(firstaddr, nkasanpte);
1709         KASANphys = allocpages(firstaddr, nkasanpte * NPTEPG);
1710 #endif
1711
1712         /*
1713          * Connect the zero-filled PT pages to their PD entries.  This
1714          * implicitly maps the PT pages at their correct locations within
1715          * the PTmap.
1716          */
1717         pd_p = (pd_entry_t *)KPDphys;
1718         for (i = 0; i < nkpt; i++)
1719                 pd_p[i] = (KPTphys + ptoa(i)) | X86_PG_RW | X86_PG_V;
1720
1721         /*
1722          * Map from start of the kernel in physical memory (staging
1723          * area) to the end of loader preallocated memory using 2MB
1724          * pages.  This replaces some of the PD entries created above.
1725          * For compatibility, identity map 2M at the start.
1726          */
1727         pd_p[0] = X86_PG_V | PG_PS | pg_g | X86_PG_M | X86_PG_A |
1728             X86_PG_RW | pg_nx;
1729         for (i = 1, pax = kernphys; pax < KERNend; i++, pax += NBPDR) {
1730                 /* Preset PG_M and PG_A because demotion expects it. */
1731                 pd_p[i] = pax | X86_PG_V | PG_PS | pg_g | X86_PG_M |
1732                     X86_PG_A | bootaddr_rwx(pax);
1733         }
1734
1735         /*
1736          * Because we map the physical blocks in 2M pages, adjust firstaddr
1737          * to record the physical blocks we've actually mapped into kernel
1738          * virtual address space.
1739          */
1740         if (*firstaddr < round_2mpage(KERNend))
1741                 *firstaddr = round_2mpage(KERNend);
1742
1743         /* And connect up the PD to the PDP (leaving room for L4 pages) */
1744         pdp_p = (pdp_entry_t *)(KPDPphys + ptoa(KPML4I - KPML4BASE));
1745         for (i = 0; i < nkpdpe; i++)
1746                 pdp_p[i + KPDPI] = (KPDphys + ptoa(i)) | X86_PG_RW | X86_PG_V;
1747
1748 #ifdef KASAN
1749         kasankernbase = kasan_md_addr_to_shad(KERNBASE);
1750         kasankpdpi = pmap_pdpe_index(kasankernbase);
1751         kasankpdi = pmap_pde_index(kasankernbase);
1752
1753         pdp_p = (pdp_entry_t *)KASANPDPphys;
1754         pdp_p[kasankpdpi] = (KASANPDphys | X86_PG_RW | X86_PG_V | pg_nx);
1755
1756         pd_p = (pd_entry_t *)KASANPDphys;
1757         for (i = 0; i < nkasanpte; i++)
1758                 pd_p[i + kasankpdi] = (KASANPTphys + ptoa(i)) | X86_PG_RW |
1759                     X86_PG_V | pg_nx;
1760
1761         pt_p = (pt_entry_t *)KASANPTphys;
1762         for (i = 0; i < nkasanpte * NPTEPG; i++)
1763                 pt_p[i] = (KASANphys + ptoa(i)) | X86_PG_RW | X86_PG_V |
1764                     X86_PG_M | X86_PG_A | pg_nx;
1765 #endif
1766
1767         /*
1768          * Now, set up the direct map region using 2MB and/or 1GB pages.  If
1769          * the end of physical memory is not aligned to a 1GB page boundary,
1770          * then the residual physical memory is mapped with 2MB pages.  Later,
1771          * if pmap_mapdev{_attr}() uses the direct map for non-write-back
1772          * memory, pmap_change_attr() will demote any 2MB or 1GB page mappings
1773          * that are partially used. 
1774          */
1775         pd_p = (pd_entry_t *)DMPDphys;
1776         for (i = NPDEPG * ndm1g, j = 0; i < NPDEPG * ndmpdp; i++, j++) {
1777                 pd_p[j] = (vm_paddr_t)i << PDRSHIFT;
1778                 /* Preset PG_M and PG_A because demotion expects it. */
1779                 pd_p[j] |= X86_PG_RW | X86_PG_V | PG_PS | pg_g |
1780                     X86_PG_M | X86_PG_A | pg_nx;
1781         }
1782         pdp_p = (pdp_entry_t *)DMPDPphys;
1783         for (i = 0; i < ndm1g; i++) {
1784                 pdp_p[i] = (vm_paddr_t)i << PDPSHIFT;
1785                 /* Preset PG_M and PG_A because demotion expects it. */
1786                 pdp_p[i] |= X86_PG_RW | X86_PG_V | PG_PS | pg_g |
1787                     X86_PG_M | X86_PG_A | pg_nx;
1788         }
1789         for (j = 0; i < ndmpdp; i++, j++) {
1790                 pdp_p[i] = DMPDphys + ptoa(j);
1791                 pdp_p[i] |= X86_PG_RW | X86_PG_V | pg_nx;
1792         }
1793
1794         /*
1795          * Instead of using a 1G page for the memory containing the kernel,
1796          * use 2M pages with read-only and no-execute permissions.  (If using 1G
1797          * pages, this will partially overwrite the PDPEs above.)
1798          */
1799         if (ndm1g > 0) {
1800                 pd_p = (pd_entry_t *)DMPDkernphys;
1801                 for (i = 0, pax = rounddown2(kernphys, NBPDP);
1802                     i < NPDEPG * nkdmpde; i++, pax += NBPDR) {
1803                         pd_p[i] = pax | X86_PG_V | PG_PS | pg_g | X86_PG_M |
1804                             X86_PG_A | pg_nx | bootaddr_rwx(pax);
1805                 }
1806                 j = rounddown2(kernphys, NBPDP) >> PDPSHIFT;
1807                 for (i = 0; i < nkdmpde; i++) {
1808                         pdp_p[i + j] = (DMPDkernphys + ptoa(i)) |
1809                             X86_PG_RW | X86_PG_V | pg_nx;
1810                 }
1811         }
1812
1813         /* And recursively map PML4 to itself in order to get PTmap */
1814         p4_p = (pml4_entry_t *)KPML4phys;
1815         p4_p[PML4PML4I] = KPML4phys;
1816         p4_p[PML4PML4I] |= X86_PG_RW | X86_PG_V | pg_nx;
1817
1818 #ifdef KASAN
1819         /* Connect the KASAN shadow map slots up to the PML4. */
1820         for (i = 0; i < NKASANPML4E; i++) {
1821                 p4_p[KASANPML4I + i] = KASANPDPphys + ptoa(i);
1822                 p4_p[KASANPML4I + i] |= X86_PG_RW | X86_PG_V | pg_nx;
1823         }
1824 #endif
1825
1826         /* Connect the Direct Map slots up to the PML4. */
1827         for (i = 0; i < ndmpdpphys; i++) {
1828                 p4_p[DMPML4I + i] = DMPDPphys + ptoa(i);
1829                 p4_p[DMPML4I + i] |= X86_PG_RW | X86_PG_V | pg_nx;
1830         }
1831
1832         /* Connect the KVA slots up to the PML4 */
1833         for (i = 0; i < NKPML4E; i++) {
1834                 p4_p[KPML4BASE + i] = KPDPphys + ptoa(i);
1835                 p4_p[KPML4BASE + i] |= X86_PG_RW | X86_PG_V;
1836         }
1837
1838         kernel_pml4 = (pml4_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(KPML4phys);
1839 }
1840
1841 /*
1842  *      Bootstrap the system enough to run with virtual memory.
1843  *
1844  *      On amd64 this is called after mapping has already been enabled
1845  *      and just syncs the pmap module with what has already been done.
1846  *      [We can't call it easily with mapping off since the kernel is not
1847  *      mapped with PA == VA, hence we would have to relocate every address
1848  *      from the linked base (virtual) address "KERNBASE" to the actual
1849  *      (physical) address starting relative to 0]
1850  */
1851 void
1852 pmap_bootstrap(vm_paddr_t *firstaddr)
1853 {
1854         vm_offset_t va;
1855         pt_entry_t *pte, *pcpu_pte;
1856         struct region_descriptor r_gdt;
1857         uint64_t cr4, pcpu_phys;
1858         u_long res;
1859         int i;
1860
1861         KERNend = *firstaddr;
1862         res = atop(KERNend - (vm_paddr_t)kernphys);
1863
1864         if (!pti)
1865                 pg_g = X86_PG_G;
1866
1867         /*
1868          * Create an initial set of page tables to run the kernel in.
1869          */
1870         create_pagetables(firstaddr);
1871
1872         pcpu_phys = allocpages(firstaddr, MAXCPU);
1873
1874         /*
1875          * Add a physical memory segment (vm_phys_seg) corresponding to the
1876          * preallocated kernel page table pages so that vm_page structures
1877          * representing these pages will be created.  The vm_page structures
1878          * are required for promotion of the corresponding kernel virtual
1879          * addresses to superpage mappings.
1880          */
1881         vm_phys_early_add_seg(KPTphys, KPTphys + ptoa(nkpt));
1882
1883         /*
1884          * Account for the virtual addresses mapped by create_pagetables().
1885          */
1886         virtual_avail = (vm_offset_t)KERNSTART + round_2mpage(KERNend -
1887             (vm_paddr_t)kernphys);
1888         virtual_end = VM_MAX_KERNEL_ADDRESS;
1889
1890         /*
1891          * Enable PG_G global pages, then switch to the kernel page
1892          * table from the bootstrap page table.  After the switch, it
1893          * is possible to enable SMEP and SMAP since PG_U bits are
1894          * correct now.
1895          */
1896         cr4 = rcr4();
1897         cr4 |= CR4_PGE;
1898         load_cr4(cr4);
1899         load_cr3(KPML4phys);
1900         if (cpu_stdext_feature & CPUID_STDEXT_SMEP)
1901                 cr4 |= CR4_SMEP;
1902         if (cpu_stdext_feature & CPUID_STDEXT_SMAP)
1903                 cr4 |= CR4_SMAP;
1904         load_cr4(cr4);
1905
1906         /*
1907          * Initialize the kernel pmap (which is statically allocated).
1908          * Count bootstrap data as being resident in case any of this data is
1909          * later unmapped (using pmap_remove()) and freed.
1910          */
1911         PMAP_LOCK_INIT(kernel_pmap);
1912         kernel_pmap->pm_pmltop = kernel_pml4;
1913         kernel_pmap->pm_cr3 = KPML4phys;
1914         kernel_pmap->pm_ucr3 = PMAP_NO_CR3;
1915         TAILQ_INIT(&kernel_pmap->pm_pvchunk);
1916         kernel_pmap->pm_stats.resident_count = res;
1917         kernel_pmap->pm_flags = pmap_flags;
1918
1919         /*
1920          * The kernel pmap is always active on all CPUs.  Once CPUs are
1921          * enumerated, the mask will be set equal to all_cpus.
1922          */
1923         CPU_FILL(&kernel_pmap->pm_active);
1924
1925         /*
1926          * Initialize the TLB invalidations generation number lock.
1927          */
1928         mtx_init(&invl_gen_mtx, "invlgn", NULL, MTX_DEF);
1929
1930         /*
1931          * Reserve some special page table entries/VA space for temporary
1932          * mapping of pages.
1933          */
1934 #define SYSMAP(c, p, v, n)      \
1935         v = (c)va; va += ((n)*PAGE_SIZE); p = pte; pte += (n);
1936
1937         va = virtual_avail;
1938         pte = vtopte(va);
1939
1940         /*
1941          * Crashdump maps.  The first page is reused as CMAP1 for the
1942          * memory test.
1943          */
1944         SYSMAP(caddr_t, CMAP1, crashdumpmap, MAXDUMPPGS)
1945         CADDR1 = crashdumpmap;
1946
1947         SYSMAP(struct pcpu *, pcpu_pte, __pcpu, MAXCPU);
1948         virtual_avail = va;
1949
1950         for (i = 0; i < MAXCPU; i++) {
1951                 pcpu_pte[i] = (pcpu_phys + ptoa(i)) | X86_PG_V | X86_PG_RW |
1952                     pg_g | pg_nx | X86_PG_M | X86_PG_A;
1953         }
1954
1955         /*
1956          * Re-initialize PCPU area for BSP after switching.
1957          * Make hardware use gdt and common_tss from the new PCPU.
1958          */
1959         STAILQ_INIT(&cpuhead);
1960         wrmsr(MSR_GSBASE, (uint64_t)&__pcpu[0]);
1961         pcpu_init(&__pcpu[0], 0, sizeof(struct pcpu));
1962         amd64_bsp_pcpu_init1(&__pcpu[0]);
1963         amd64_bsp_ist_init(&__pcpu[0]);
1964         __pcpu[0].pc_common_tss.tss_iobase = sizeof(struct amd64tss) +
1965             IOPERM_BITMAP_SIZE;
1966         memcpy(__pcpu[0].pc_gdt, temp_bsp_pcpu.pc_gdt, NGDT *
1967             sizeof(struct user_segment_descriptor));
1968         gdt_segs[GPROC0_SEL].ssd_base = (uintptr_t)&__pcpu[0].pc_common_tss;
1969         ssdtosyssd(&gdt_segs[GPROC0_SEL],
1970             (struct system_segment_descriptor *)&__pcpu[0].pc_gdt[GPROC0_SEL]);
1971         r_gdt.rd_limit = NGDT * sizeof(struct user_segment_descriptor) - 1;
1972         r_gdt.rd_base = (long)__pcpu[0].pc_gdt;
1973         lgdt(&r_gdt);
1974         wrmsr(MSR_GSBASE, (uint64_t)&__pcpu[0]);
1975         ltr(GSEL(GPROC0_SEL, SEL_KPL));
1976         __pcpu[0].pc_dynamic = temp_bsp_pcpu.pc_dynamic;
1977         __pcpu[0].pc_acpi_id = temp_bsp_pcpu.pc_acpi_id;
1978
1979         /*
1980          * Initialize the PAT MSR.
1981          * pmap_init_pat() clears and sets CR4_PGE, which, as a
1982          * side-effect, invalidates stale PG_G TLB entries that might
1983          * have been created in our pre-boot environment.
1984          */
1985         pmap_init_pat();
1986
1987         /* Initialize TLB Context Id. */
1988         if (pmap_pcid_enabled) {
1989                 for (i = 0; i < MAXCPU; i++) {
1990                         kernel_pmap->pm_pcids[i].pm_pcid = PMAP_PCID_KERN;
1991                         kernel_pmap->pm_pcids[i].pm_gen = 1;
1992                 }
1993
1994                 /*
1995                  * PMAP_PCID_KERN + 1 is used for initialization of
1996                  * proc0 pmap.  The pmap' pcid state might be used by
1997                  * EFIRT entry before first context switch, so it
1998                  * needs to be valid.
1999                  */
2000                 PCPU_SET(pcid_next, PMAP_PCID_KERN + 2);
2001                 PCPU_SET(pcid_gen, 1);
2002
2003                 /*
2004                  * pcpu area for APs is zeroed during AP startup.
2005                  * pc_pcid_next and pc_pcid_gen are initialized by AP
2006                  * during pcpu setup.
2007                  */
2008                 load_cr4(rcr4() | CR4_PCIDE);
2009         }
2010 }
2011
2012 /*
2013  * Setup the PAT MSR.
2014  */
2015 void
2016 pmap_init_pat(void)
2017 {
2018         uint64_t pat_msr;
2019         u_long cr0, cr4;
2020         int i;
2021
2022         /* Bail if this CPU doesn't implement PAT. */
2023         if ((cpu_feature & CPUID_PAT) == 0)
2024                 panic("no PAT??");
2025
2026         /* Set default PAT index table. */
2027         for (i = 0; i < PAT_INDEX_SIZE; i++)
2028                 pat_index[i] = -1;
2029         pat_index[PAT_WRITE_BACK] = 0;
2030         pat_index[PAT_WRITE_THROUGH] = 1;
2031         pat_index[PAT_UNCACHEABLE] = 3;
2032         pat_index[PAT_WRITE_COMBINING] = 6;
2033         pat_index[PAT_WRITE_PROTECTED] = 5;
2034         pat_index[PAT_UNCACHED] = 2;
2035
2036         /*
2037          * Initialize default PAT entries.
2038          * Leave the indices 0-3 at the default of WB, WT, UC-, and UC.
2039          * Program 5 and 6 as WP and WC.
2040          *
2041          * Leave 4 and 7 as WB and UC.  Note that a recursive page table
2042          * mapping for a 2M page uses a PAT value with the bit 3 set due
2043          * to its overload with PG_PS.
2044          */
2045         pat_msr = PAT_VALUE(0, PAT_WRITE_BACK) |
2046             PAT_VALUE(1, PAT_WRITE_THROUGH) |
2047             PAT_VALUE(2, PAT_UNCACHED) |
2048             PAT_VALUE(3, PAT_UNCACHEABLE) |
2049             PAT_VALUE(4, PAT_WRITE_BACK) |
2050             PAT_VALUE(5, PAT_WRITE_PROTECTED) |
2051             PAT_VALUE(6, PAT_WRITE_COMBINING) |
2052             PAT_VALUE(7, PAT_UNCACHEABLE);
2053
2054         /* Disable PGE. */
2055         cr4 = rcr4();
2056         load_cr4(cr4 & ~CR4_PGE);
2057
2058         /* Disable caches (CD = 1, NW = 0). */
2059         cr0 = rcr0();
2060         load_cr0((cr0 & ~CR0_NW) | CR0_CD);
2061
2062         /* Flushes caches and TLBs. */
2063         wbinvd();
2064         invltlb();
2065
2066         /* Update PAT and index table. */
2067         wrmsr(MSR_PAT, pat_msr);
2068
2069         /* Flush caches and TLBs again. */
2070         wbinvd();
2071         invltlb();
2072
2073         /* Restore caches and PGE. */
2074         load_cr0(cr0);
2075         load_cr4(cr4);
2076 }
2077
2078 vm_page_t
2079 pmap_page_alloc_below_4g(bool zeroed)
2080 {
2081         return (vm_page_alloc_noobj_contig((zeroed ? VM_ALLOC_ZERO : 0),
2082             1, 0, (1ULL << 32), PAGE_SIZE, 0, VM_MEMATTR_DEFAULT));
2083 }
2084
2085 extern const char la57_trampoline[], la57_trampoline_gdt_desc[],
2086     la57_trampoline_gdt[], la57_trampoline_end[];
2087
2088 static void
2089 pmap_bootstrap_la57(void *arg __unused)
2090 {
2091         char *v_code;
2092         pml5_entry_t *v_pml5;
2093         pml4_entry_t *v_pml4;
2094         pdp_entry_t *v_pdp;
2095         pd_entry_t *v_pd;
2096         pt_entry_t *v_pt;
2097         vm_page_t m_code, m_pml4, m_pdp, m_pd, m_pt, m_pml5;
2098         void (*la57_tramp)(uint64_t pml5);
2099         struct region_descriptor r_gdt;
2100
2101         if ((cpu_stdext_feature2 & CPUID_STDEXT2_LA57) == 0)
2102                 return;
2103         TUNABLE_INT_FETCH("vm.pmap.la57", &la57);
2104         if (!la57)
2105                 return;
2106
2107         r_gdt.rd_limit = NGDT * sizeof(struct user_segment_descriptor) - 1;
2108         r_gdt.rd_base = (long)__pcpu[0].pc_gdt;
2109
2110         m_code = pmap_page_alloc_below_4g(true);
2111         v_code = (char *)PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(m_code));
2112         m_pml5 = pmap_page_alloc_below_4g(true);
2113         KPML5phys = VM_PAGE_TO_PHYS(m_pml5);
2114         v_pml5 = (pml5_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(KPML5phys);
2115         m_pml4 = pmap_page_alloc_below_4g(true);
2116         v_pml4 = (pdp_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(m_pml4));
2117         m_pdp = pmap_page_alloc_below_4g(true);
2118         v_pdp = (pdp_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(m_pdp));
2119         m_pd = pmap_page_alloc_below_4g(true);
2120         v_pd = (pdp_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(m_pd));
2121         m_pt = pmap_page_alloc_below_4g(true);
2122         v_pt = (pt_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(m_pt));
2123
2124         /*
2125          * Map m_code 1:1, it appears below 4G in KVA due to physical
2126          * address being below 4G.  Since kernel KVA is in upper half,
2127          * the pml4e should be zero and free for temporary use.
2128          */
2129         kernel_pmap->pm_pmltop[pmap_pml4e_index(VM_PAGE_TO_PHYS(m_code))] =
2130             VM_PAGE_TO_PHYS(m_pdp) | X86_PG_V | X86_PG_RW | X86_PG_A |
2131             X86_PG_M;
2132         v_pdp[pmap_pdpe_index(VM_PAGE_TO_PHYS(m_code))] =
2133             VM_PAGE_TO_PHYS(m_pd) | X86_PG_V | X86_PG_RW | X86_PG_A |
2134             X86_PG_M;
2135         v_pd[pmap_pde_index(VM_PAGE_TO_PHYS(m_code))] =
2136             VM_PAGE_TO_PHYS(m_pt) | X86_PG_V | X86_PG_RW | X86_PG_A |
2137             X86_PG_M;
2138         v_pt[pmap_pte_index(VM_PAGE_TO_PHYS(m_code))] =
2139             VM_PAGE_TO_PHYS(m_code) | X86_PG_V | X86_PG_RW | X86_PG_A |
2140             X86_PG_M;
2141
2142         /*
2143          * Add pml5 entry at top of KVA pointing to existing pml4 table,
2144          * entering all existing kernel mappings into level 5 table.
2145          */
2146         v_pml5[pmap_pml5e_index(UPT_MAX_ADDRESS)] = KPML4phys | X86_PG_V |
2147             X86_PG_RW | X86_PG_A | X86_PG_M | pg_g;
2148
2149         /*
2150          * Add pml5 entry for 1:1 trampoline mapping after LA57 is turned on.
2151          */
2152         v_pml5[pmap_pml5e_index(VM_PAGE_TO_PHYS(m_code))] =
2153             VM_PAGE_TO_PHYS(m_pml4) | X86_PG_V | X86_PG_RW | X86_PG_A |
2154             X86_PG_M;
2155         v_pml4[pmap_pml4e_index(VM_PAGE_TO_PHYS(m_code))] =
2156             VM_PAGE_TO_PHYS(m_pdp) | X86_PG_V | X86_PG_RW | X86_PG_A |
2157             X86_PG_M;
2158
2159         /*
2160          * Copy and call the 48->57 trampoline, hope we return there, alive.
2161          */
2162         bcopy(la57_trampoline, v_code, la57_trampoline_end - la57_trampoline);
2163         *(u_long *)(v_code + 2 + (la57_trampoline_gdt_desc - la57_trampoline)) =
2164             la57_trampoline_gdt - la57_trampoline + VM_PAGE_TO_PHYS(m_code);
2165         la57_tramp = (void (*)(uint64_t))VM_PAGE_TO_PHYS(m_code);
2166         invlpg((vm_offset_t)la57_tramp);
2167         la57_tramp(KPML5phys);
2168
2169         /*
2170          * gdt was necessary reset, switch back to our gdt.
2171          */
2172         lgdt(&r_gdt);
2173         wrmsr(MSR_GSBASE, (uint64_t)&__pcpu[0]);
2174         load_ds(_udatasel);
2175         load_es(_udatasel);
2176         load_fs(_ufssel);
2177         ssdtosyssd(&gdt_segs[GPROC0_SEL],
2178             (struct system_segment_descriptor *)&__pcpu[0].pc_gdt[GPROC0_SEL]);
2179         ltr(GSEL(GPROC0_SEL, SEL_KPL));
2180
2181         /*
2182          * Now unmap the trampoline, and free the pages.
2183          * Clear pml5 entry used for 1:1 trampoline mapping.
2184          */
2185         pte_clear(&v_pml5[pmap_pml5e_index(VM_PAGE_TO_PHYS(m_code))]);
2186         invlpg((vm_offset_t)v_code);
2187         vm_page_free(m_code);
2188         vm_page_free(m_pdp);
2189         vm_page_free(m_pd);
2190         vm_page_free(m_pt);
2191
2192         /* 
2193          * Recursively map PML5 to itself in order to get PTmap and
2194          * PDmap.
2195          */
2196         v_pml5[PML5PML5I] = KPML5phys | X86_PG_RW | X86_PG_V | pg_nx;
2197
2198         vtoptem = ((1ul << (NPTEPGSHIFT + NPDEPGSHIFT + NPDPEPGSHIFT +
2199             NPML4EPGSHIFT + NPML5EPGSHIFT)) - 1) << 3;
2200         PTmap = (vm_offset_t)P5Tmap;
2201         vtopdem = ((1ul << (NPDEPGSHIFT + NPDPEPGSHIFT +
2202             NPML4EPGSHIFT + NPML5EPGSHIFT)) - 1) << 3;
2203         PDmap = (vm_offset_t)P5Dmap;
2204
2205         kernel_pmap->pm_cr3 = KPML5phys;
2206         kernel_pmap->pm_pmltop = v_pml5;
2207         pmap_pt_page_count_adj(kernel_pmap, 1);
2208 }
2209 SYSINIT(la57, SI_SUB_KMEM, SI_ORDER_ANY, pmap_bootstrap_la57, NULL);
2210
2211 /*
2212  *      Initialize a vm_page's machine-dependent fields.
2213  */
2214 void
2215 pmap_page_init(vm_page_t m)
2216 {
2217
2218         TAILQ_INIT(&m->md.pv_list);
2219         m->md.pat_mode = PAT_WRITE_BACK;
2220 }
2221
2222 static int pmap_allow_2m_x_ept;
2223 SYSCTL_INT(_vm_pmap, OID_AUTO, allow_2m_x_ept, CTLFLAG_RWTUN | CTLFLAG_NOFETCH,
2224     &pmap_allow_2m_x_ept, 0,
2225     "Allow executable superpage mappings in EPT");
2226
2227 void
2228 pmap_allow_2m_x_ept_recalculate(void)
2229 {
2230         /*
2231          * SKL002, SKL012S.  Since the EPT format is only used by
2232          * Intel CPUs, the vendor check is merely a formality.
2233          */
2234         if (!(cpu_vendor_id != CPU_VENDOR_INTEL ||
2235             (cpu_ia32_arch_caps & IA32_ARCH_CAP_IF_PSCHANGE_MC_NO) != 0 ||
2236             (CPUID_TO_FAMILY(cpu_id) == 0x6 &&
2237             (CPUID_TO_MODEL(cpu_id) == 0x26 ||  /* Atoms */
2238             CPUID_TO_MODEL(cpu_id) == 0x27 ||
2239             CPUID_TO_MODEL(cpu_id) == 0x35 ||
2240             CPUID_TO_MODEL(cpu_id) == 0x36 ||
2241             CPUID_TO_MODEL(cpu_id) == 0x37 ||
2242             CPUID_TO_MODEL(cpu_id) == 0x86 ||
2243             CPUID_TO_MODEL(cpu_id) == 0x1c ||
2244             CPUID_TO_MODEL(cpu_id) == 0x4a ||
2245             CPUID_TO_MODEL(cpu_id) == 0x4c ||
2246             CPUID_TO_MODEL(cpu_id) == 0x4d ||
2247             CPUID_TO_MODEL(cpu_id) == 0x5a ||
2248             CPUID_TO_MODEL(cpu_id) == 0x5c ||
2249             CPUID_TO_MODEL(cpu_id) == 0x5d ||
2250             CPUID_TO_MODEL(cpu_id) == 0x5f ||
2251             CPUID_TO_MODEL(cpu_id) == 0x6e ||
2252             CPUID_TO_MODEL(cpu_id) == 0x7a ||
2253             CPUID_TO_MODEL(cpu_id) == 0x57 ||   /* Knights */
2254             CPUID_TO_MODEL(cpu_id) == 0x85))))
2255                 pmap_allow_2m_x_ept = 1;
2256         TUNABLE_INT_FETCH("hw.allow_2m_x_ept", &pmap_allow_2m_x_ept);
2257 }
2258
2259 static bool
2260 pmap_allow_2m_x_page(pmap_t pmap, bool executable)
2261 {
2262
2263         return (pmap->pm_type != PT_EPT || !executable ||
2264             !pmap_allow_2m_x_ept);
2265 }
2266
2267 #ifdef NUMA
2268 static void
2269 pmap_init_pv_table(void)
2270 {
2271         struct pmap_large_md_page *pvd;
2272         vm_size_t s;
2273         long start, end, highest, pv_npg;
2274         int domain, i, j, pages;
2275
2276         /*
2277          * We strongly depend on the size being a power of two, so the assert
2278          * is overzealous. However, should the struct be resized to a
2279          * different power of two, the code below needs to be revisited.
2280          */
2281         CTASSERT((sizeof(*pvd) == 64));
2282
2283         /*
2284          * Calculate the size of the array.
2285          */
2286         pmap_last_pa = vm_phys_segs[vm_phys_nsegs - 1].end;
2287         pv_npg = howmany(pmap_last_pa, NBPDR);
2288         s = (vm_size_t)pv_npg * sizeof(struct pmap_large_md_page);
2289         s = round_page(s);
2290         pv_table = (struct pmap_large_md_page *)kva_alloc(s);
2291         if (pv_table == NULL)
2292                 panic("%s: kva_alloc failed\n", __func__);
2293
2294         /*
2295          * Iterate physical segments to allocate space for respective pages.
2296          */
2297         highest = -1;
2298         s = 0;
2299         for (i = 0; i < vm_phys_nsegs; i++) {
2300                 end = vm_phys_segs[i].end / NBPDR;
2301                 domain = vm_phys_segs[i].domain;
2302
2303                 if (highest >= end)
2304                         continue;
2305
2306                 start = highest + 1;
2307                 pvd = &pv_table[start];
2308
2309                 pages = end - start + 1;
2310                 s = round_page(pages * sizeof(*pvd));
2311                 highest = start + (s / sizeof(*pvd)) - 1;
2312
2313                 for (j = 0; j < s; j += PAGE_SIZE) {
2314                         vm_page_t m = vm_page_alloc_noobj_domain(domain, 0);
2315                         if (m == NULL)
2316                                 panic("failed to allocate PV table page");
2317                         pmap_qenter((vm_offset_t)pvd + j, &m, 1);
2318                 }
2319
2320                 for (j = 0; j < s / sizeof(*pvd); j++) {
2321                         rw_init_flags(&pvd->pv_lock, "pmap pv list", RW_NEW);
2322                         TAILQ_INIT(&pvd->pv_page.pv_list);
2323                         pvd->pv_page.pv_gen = 0;
2324                         pvd->pv_page.pat_mode = 0;
2325                         pvd->pv_invl_gen = 0;
2326                         pvd++;
2327                 }
2328         }
2329         pvd = &pv_dummy_large;
2330         rw_init_flags(&pvd->pv_lock, "pmap pv list dummy", RW_NEW);
2331         TAILQ_INIT(&pvd->pv_page.pv_list);
2332         pvd->pv_page.pv_gen = 0;
2333         pvd->pv_page.pat_mode = 0;
2334         pvd->pv_invl_gen = 0;
2335 }
2336 #else
2337 static void
2338 pmap_init_pv_table(void)
2339 {
2340         vm_size_t s;
2341         long i, pv_npg;
2342
2343         /*
2344          * Initialize the pool of pv list locks.
2345          */
2346         for (i = 0; i < NPV_LIST_LOCKS; i++)
2347                 rw_init(&pv_list_locks[i], "pmap pv list");
2348
2349         /*
2350          * Calculate the size of the pv head table for superpages.
2351          */
2352         pv_npg = howmany(vm_phys_segs[vm_phys_nsegs - 1].end, NBPDR);
2353
2354         /*
2355          * Allocate memory for the pv head table for superpages.
2356          */
2357         s = (vm_size_t)pv_npg * sizeof(struct md_page);
2358         s = round_page(s);
2359         pv_table = (struct md_page *)kmem_malloc(s, M_WAITOK | M_ZERO);
2360         for (i = 0; i < pv_npg; i++)
2361                 TAILQ_INIT(&pv_table[i].pv_list);
2362         TAILQ_INIT(&pv_dummy.pv_list);
2363 }
2364 #endif
2365
2366 /*
2367  *      Initialize the pmap module.
2368  *      Called by vm_init, to initialize any structures that the pmap
2369  *      system needs to map virtual memory.
2370  */
2371 void
2372 pmap_init(void)
2373 {
2374         struct pmap_preinit_mapping *ppim;
2375         vm_page_t m, mpte;
2376         int error, i, ret, skz63;
2377
2378         /* L1TF, reserve page @0 unconditionally */
2379         vm_page_blacklist_add(0, bootverbose);
2380
2381         /* Detect bare-metal Skylake Server and Skylake-X. */
2382         if (vm_guest == VM_GUEST_NO && cpu_vendor_id == CPU_VENDOR_INTEL &&
2383             CPUID_TO_FAMILY(cpu_id) == 0x6 && CPUID_TO_MODEL(cpu_id) == 0x55) {
2384                 /*
2385                  * Skylake-X errata SKZ63. Processor May Hang When
2386                  * Executing Code In an HLE Transaction Region between
2387                  * 40000000H and 403FFFFFH.
2388                  *
2389                  * Mark the pages in the range as preallocated.  It
2390                  * seems to be impossible to distinguish between
2391                  * Skylake Server and Skylake X.
2392                  */
2393                 skz63 = 1;
2394                 TUNABLE_INT_FETCH("hw.skz63_enable", &skz63);
2395                 if (skz63 != 0) {
2396                         if (bootverbose)
2397                                 printf("SKZ63: skipping 4M RAM starting "
2398                                     "at physical 1G\n");
2399                         for (i = 0; i < atop(0x400000); i++) {
2400                                 ret = vm_page_blacklist_add(0x40000000 +
2401                                     ptoa(i), FALSE);
2402                                 if (!ret && bootverbose)
2403                                         printf("page at %#lx already used\n",
2404                                             0x40000000 + ptoa(i));
2405                         }
2406                 }
2407         }
2408
2409         /* IFU */
2410         pmap_allow_2m_x_ept_recalculate();
2411
2412         /*
2413          * Initialize the vm page array entries for the kernel pmap's
2414          * page table pages.
2415          */ 
2416         PMAP_LOCK(kernel_pmap);
2417         for (i = 0; i < nkpt; i++) {
2418                 mpte = PHYS_TO_VM_PAGE(KPTphys + (i << PAGE_SHIFT));
2419                 KASSERT(mpte >= vm_page_array &&
2420                     mpte < &vm_page_array[vm_page_array_size],
2421                     ("pmap_init: page table page is out of range"));
2422                 mpte->pindex = pmap_pde_pindex(KERNBASE) + i;
2423                 mpte->phys_addr = KPTphys + (i << PAGE_SHIFT);
2424                 mpte->ref_count = 1;
2425
2426                 /*
2427                  * Collect the page table pages that were replaced by a 2MB
2428                  * page in create_pagetables().  They are zero filled.
2429                  */
2430                 if ((i == 0 ||
2431                     kernphys + ((vm_paddr_t)(i - 1) << PDRSHIFT) < KERNend) &&
2432                     pmap_insert_pt_page(kernel_pmap, mpte, false))
2433                         panic("pmap_init: pmap_insert_pt_page failed");
2434         }
2435         PMAP_UNLOCK(kernel_pmap);
2436         vm_wire_add(nkpt);
2437
2438         /*
2439          * If the kernel is running on a virtual machine, then it must assume
2440          * that MCA is enabled by the hypervisor.  Moreover, the kernel must
2441          * be prepared for the hypervisor changing the vendor and family that
2442          * are reported by CPUID.  Consequently, the workaround for AMD Family
2443          * 10h Erratum 383 is enabled if the processor's feature set does not
2444          * include at least one feature that is only supported by older Intel
2445          * or newer AMD processors.
2446          */
2447         if (vm_guest != VM_GUEST_NO && (cpu_feature & CPUID_SS) == 0 &&
2448             (cpu_feature2 & (CPUID2_SSSE3 | CPUID2_SSE41 | CPUID2_AESNI |
2449             CPUID2_AVX | CPUID2_XSAVE)) == 0 && (amd_feature2 & (AMDID2_XOP |
2450             AMDID2_FMA4)) == 0)
2451                 workaround_erratum383 = 1;
2452
2453         /*
2454          * Are large page mappings enabled?
2455          */
2456         TUNABLE_INT_FETCH("vm.pmap.pg_ps_enabled", &pg_ps_enabled);
2457         if (pg_ps_enabled) {
2458                 KASSERT(MAXPAGESIZES > 1 && pagesizes[1] == 0,
2459                     ("pmap_init: can't assign to pagesizes[1]"));
2460                 pagesizes[1] = NBPDR;
2461                 if ((amd_feature & AMDID_PAGE1GB) != 0) {
2462                         KASSERT(MAXPAGESIZES > 2 && pagesizes[2] == 0,
2463                             ("pmap_init: can't assign to pagesizes[2]"));
2464                         pagesizes[2] = NBPDP;
2465                 }
2466         }
2467
2468         /*
2469          * Initialize pv chunk lists.
2470          */
2471         for (i = 0; i < PMAP_MEMDOM; i++) {
2472                 mtx_init(&pv_chunks[i].pvc_lock, "pmap pv chunk list", NULL, MTX_DEF);
2473                 TAILQ_INIT(&pv_chunks[i].pvc_list);
2474         }
2475         pmap_init_pv_table();
2476
2477         pmap_initialized = 1;
2478         for (i = 0; i < PMAP_PREINIT_MAPPING_COUNT; i++) {
2479                 ppim = pmap_preinit_mapping + i;
2480                 if (ppim->va == 0)
2481                         continue;
2482                 /* Make the direct map consistent */
2483                 if (ppim->pa < dmaplimit && ppim->pa + ppim->sz <= dmaplimit) {
2484                         (void)pmap_change_attr(PHYS_TO_DMAP(ppim->pa),
2485                             ppim->sz, ppim->mode);
2486                 }
2487                 if (!bootverbose)
2488                         continue;
2489                 printf("PPIM %u: PA=%#lx, VA=%#lx, size=%#lx, mode=%#x\n", i,
2490                     ppim->pa, ppim->va, ppim->sz, ppim->mode);
2491         }
2492
2493         mtx_init(&qframe_mtx, "qfrmlk", NULL, MTX_SPIN);
2494         error = vmem_alloc(kernel_arena, PAGE_SIZE, M_BESTFIT | M_WAITOK,
2495             (vmem_addr_t *)&qframe);
2496         if (error != 0)
2497                 panic("qframe allocation failed");
2498
2499         lm_ents = 8;
2500         TUNABLE_INT_FETCH("vm.pmap.large_map_pml4_entries", &lm_ents);
2501         if (lm_ents > LMEPML4I - LMSPML4I + 1)
2502                 lm_ents = LMEPML4I - LMSPML4I + 1;
2503         if (bootverbose)
2504                 printf("pmap: large map %u PML4 slots (%lu GB)\n",
2505                     lm_ents, (u_long)lm_ents * (NBPML4 / 1024 / 1024 / 1024));
2506         if (lm_ents != 0) {
2507                 large_vmem = vmem_create("large", LARGEMAP_MIN_ADDRESS,
2508                     (vmem_size_t)lm_ents * NBPML4, PAGE_SIZE, 0, M_WAITOK);
2509                 if (large_vmem == NULL) {
2510                         printf("pmap: cannot create large map\n");
2511                         lm_ents = 0;
2512                 }
2513                 for (i = 0; i < lm_ents; i++) {
2514                         m = pmap_large_map_getptp_unlocked();
2515                         /* XXXKIB la57 */
2516                         kernel_pml4[LMSPML4I + i] = X86_PG_V |
2517                             X86_PG_RW | X86_PG_A | X86_PG_M | pg_nx |
2518                             VM_PAGE_TO_PHYS(m);
2519                 }
2520         }
2521 }
2522
2523 SYSCTL_UINT(_vm_pmap, OID_AUTO, large_map_pml4_entries,
2524     CTLFLAG_RDTUN | CTLFLAG_NOFETCH, &lm_ents, 0,
2525     "Maximum number of PML4 entries for use by large map (tunable).  "
2526     "Each entry corresponds to 512GB of address space.");
2527
2528 static SYSCTL_NODE(_vm_pmap, OID_AUTO, pde, CTLFLAG_RD | CTLFLAG_MPSAFE, 0,
2529     "2MB page mapping counters");
2530
2531 static COUNTER_U64_DEFINE_EARLY(pmap_pde_demotions);
2532 SYSCTL_COUNTER_U64(_vm_pmap_pde, OID_AUTO, demotions,
2533     CTLFLAG_RD, &pmap_pde_demotions, "2MB page demotions");
2534
2535 static COUNTER_U64_DEFINE_EARLY(pmap_pde_mappings);
2536 SYSCTL_COUNTER_U64(_vm_pmap_pde, OID_AUTO, mappings, CTLFLAG_RD,
2537     &pmap_pde_mappings, "2MB page mappings");
2538
2539 static COUNTER_U64_DEFINE_EARLY(pmap_pde_p_failures);
2540 SYSCTL_COUNTER_U64(_vm_pmap_pde, OID_AUTO, p_failures, CTLFLAG_RD,
2541     &pmap_pde_p_failures, "2MB page promotion failures");
2542
2543 static COUNTER_U64_DEFINE_EARLY(pmap_pde_promotions);
2544 SYSCTL_COUNTER_U64(_vm_pmap_pde, OID_AUTO, promotions, CTLFLAG_RD,
2545     &pmap_pde_promotions, "2MB page promotions");
2546
2547 static SYSCTL_NODE(_vm_pmap, OID_AUTO, pdpe, CTLFLAG_RD | CTLFLAG_MPSAFE, 0,
2548     "1GB page mapping counters");
2549
2550 static COUNTER_U64_DEFINE_EARLY(pmap_pdpe_demotions);
2551 SYSCTL_COUNTER_U64(_vm_pmap_pdpe, OID_AUTO, demotions, CTLFLAG_RD,
2552     &pmap_pdpe_demotions, "1GB page demotions");
2553
2554 /***************************************************
2555  * Low level helper routines.....
2556  ***************************************************/
2557
2558 static pt_entry_t
2559 pmap_swap_pat(pmap_t pmap, pt_entry_t entry)
2560 {
2561         int x86_pat_bits = X86_PG_PTE_PAT | X86_PG_PDE_PAT;
2562
2563         switch (pmap->pm_type) {
2564         case PT_X86:
2565         case PT_RVI:
2566                 /* Verify that both PAT bits are not set at the same time */
2567                 KASSERT((entry & x86_pat_bits) != x86_pat_bits,
2568                     ("Invalid PAT bits in entry %#lx", entry));
2569
2570                 /* Swap the PAT bits if one of them is set */
2571                 if ((entry & x86_pat_bits) != 0)
2572                         entry ^= x86_pat_bits;
2573                 break;
2574         case PT_EPT:
2575                 /*
2576                  * Nothing to do - the memory attributes are represented
2577                  * the same way for regular pages and superpages.
2578                  */
2579                 break;
2580         default:
2581                 panic("pmap_switch_pat_bits: bad pm_type %d", pmap->pm_type);
2582         }
2583
2584         return (entry);
2585 }
2586
2587 boolean_t
2588 pmap_is_valid_memattr(pmap_t pmap __unused, vm_memattr_t mode)
2589 {
2590
2591         return (mode >= 0 && mode < PAT_INDEX_SIZE &&
2592             pat_index[(int)mode] >= 0);
2593 }
2594
2595 /*
2596  * Determine the appropriate bits to set in a PTE or PDE for a specified
2597  * caching mode.
2598  */
2599 int
2600 pmap_cache_bits(pmap_t pmap, int mode, boolean_t is_pde)
2601 {
2602         int cache_bits, pat_flag, pat_idx;
2603
2604         if (!pmap_is_valid_memattr(pmap, mode))
2605                 panic("Unknown caching mode %d\n", mode);
2606
2607         switch (pmap->pm_type) {
2608         case PT_X86:
2609         case PT_RVI:
2610                 /* The PAT bit is different for PTE's and PDE's. */
2611                 pat_flag = is_pde ? X86_PG_PDE_PAT : X86_PG_PTE_PAT;
2612
2613                 /* Map the caching mode to a PAT index. */
2614                 pat_idx = pat_index[mode];
2615
2616                 /* Map the 3-bit index value into the PAT, PCD, and PWT bits. */
2617                 cache_bits = 0;
2618                 if (pat_idx & 0x4)
2619                         cache_bits |= pat_flag;
2620                 if (pat_idx & 0x2)
2621                         cache_bits |= PG_NC_PCD;
2622                 if (pat_idx & 0x1)
2623                         cache_bits |= PG_NC_PWT;
2624                 break;
2625
2626         case PT_EPT:
2627                 cache_bits = EPT_PG_IGNORE_PAT | EPT_PG_MEMORY_TYPE(mode);
2628                 break;
2629
2630         default:
2631                 panic("unsupported pmap type %d", pmap->pm_type);
2632         }
2633
2634         return (cache_bits);
2635 }
2636
2637 static int
2638 pmap_cache_mask(pmap_t pmap, boolean_t is_pde)
2639 {
2640         int mask;
2641
2642         switch (pmap->pm_type) {
2643         case PT_X86:
2644         case PT_RVI:
2645                 mask = is_pde ? X86_PG_PDE_CACHE : X86_PG_PTE_CACHE;
2646                 break;
2647         case PT_EPT:
2648                 mask = EPT_PG_IGNORE_PAT | EPT_PG_MEMORY_TYPE(0x7);
2649                 break;
2650         default:
2651                 panic("pmap_cache_mask: invalid pm_type %d", pmap->pm_type);
2652         }
2653
2654         return (mask);
2655 }
2656
2657 static int
2658 pmap_pat_index(pmap_t pmap, pt_entry_t pte, bool is_pde)
2659 {
2660         int pat_flag, pat_idx;
2661
2662         pat_idx = 0;
2663         switch (pmap->pm_type) {
2664         case PT_X86:
2665         case PT_RVI:
2666                 /* The PAT bit is different for PTE's and PDE's. */
2667                 pat_flag = is_pde ? X86_PG_PDE_PAT : X86_PG_PTE_PAT;
2668
2669                 if ((pte & pat_flag) != 0)
2670                         pat_idx |= 0x4;
2671                 if ((pte & PG_NC_PCD) != 0)
2672                         pat_idx |= 0x2;
2673                 if ((pte & PG_NC_PWT) != 0)
2674                         pat_idx |= 0x1;
2675                 break;
2676         case PT_EPT:
2677                 if ((pte & EPT_PG_IGNORE_PAT) != 0)
2678                         panic("EPT PTE %#lx has no PAT memory type", pte);
2679                 pat_idx = (pte & EPT_PG_MEMORY_TYPE(0x7)) >> 3;
2680                 break;
2681         }
2682
2683         /* See pmap_init_pat(). */
2684         if (pat_idx == 4)
2685                 pat_idx = 0;
2686         if (pat_idx == 7)
2687                 pat_idx = 3;
2688
2689         return (pat_idx);
2690 }
2691
2692 bool
2693 pmap_ps_enabled(pmap_t pmap)
2694 {
2695
2696         return (pg_ps_enabled && (pmap->pm_flags & PMAP_PDE_SUPERPAGE) != 0);
2697 }
2698
2699 static void
2700 pmap_update_pde_store(pmap_t pmap, pd_entry_t *pde, pd_entry_t newpde)
2701 {
2702
2703         switch (pmap->pm_type) {
2704         case PT_X86:
2705                 break;
2706         case PT_RVI:
2707         case PT_EPT:
2708                 /*
2709                  * XXX
2710                  * This is a little bogus since the generation number is
2711                  * supposed to be bumped up when a region of the address
2712                  * space is invalidated in the page tables.
2713                  *
2714                  * In this case the old PDE entry is valid but yet we want
2715                  * to make sure that any mappings using the old entry are
2716                  * invalidated in the TLB.
2717                  *
2718                  * The reason this works as expected is because we rendezvous
2719                  * "all" host cpus and force any vcpu context to exit as a
2720                  * side-effect.
2721                  */
2722                 atomic_add_long(&pmap->pm_eptgen, 1);
2723                 break;
2724         default:
2725                 panic("pmap_update_pde_store: bad pm_type %d", pmap->pm_type);
2726         }
2727         pde_store(pde, newpde);
2728 }
2729
2730 /*
2731  * After changing the page size for the specified virtual address in the page
2732  * table, flush the corresponding entries from the processor's TLB.  Only the
2733  * calling processor's TLB is affected.
2734  *
2735  * The calling thread must be pinned to a processor.
2736  */
2737 static void
2738 pmap_update_pde_invalidate(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t newpde)
2739 {
2740         pt_entry_t PG_G;
2741
2742         if (pmap_type_guest(pmap))
2743                 return;
2744
2745         KASSERT(pmap->pm_type == PT_X86,
2746             ("pmap_update_pde_invalidate: invalid type %d", pmap->pm_type));
2747
2748         PG_G = pmap_global_bit(pmap);
2749
2750         if ((newpde & PG_PS) == 0)
2751                 /* Demotion: flush a specific 2MB page mapping. */
2752                 invlpg(va);
2753         else if ((newpde & PG_G) == 0)
2754                 /*
2755                  * Promotion: flush every 4KB page mapping from the TLB
2756                  * because there are too many to flush individually.
2757                  */
2758                 invltlb();
2759         else {
2760                 /*
2761                  * Promotion: flush every 4KB page mapping from the TLB,
2762                  * including any global (PG_G) mappings.
2763                  */
2764                 invltlb_glob();
2765         }
2766 }
2767
2768 /*
2769  * The amd64 pmap uses different approaches to TLB invalidation
2770  * depending on the kernel configuration, available hardware features,
2771  * and known hardware errata.  The kernel configuration option that
2772  * has the greatest operational impact on TLB invalidation is PTI,
2773  * which is enabled automatically on affected Intel CPUs.  The most
2774  * impactful hardware features are first PCID, and then INVPCID
2775  * instruction presence.  PCID usage is quite different for PTI
2776  * vs. non-PTI.
2777  *
2778  * * Kernel Page Table Isolation (PTI or KPTI) is used to mitigate
2779  *   the Meltdown bug in some Intel CPUs.  Under PTI, each user address
2780  *   space is served by two page tables, user and kernel.  The user
2781  *   page table only maps user space and a kernel trampoline.  The
2782  *   kernel trampoline includes the entirety of the kernel text but
2783  *   only the kernel data that is needed to switch from user to kernel
2784  *   mode.  The kernel page table maps the user and kernel address
2785  *   spaces in their entirety.  It is identical to the per-process
2786  *   page table used in non-PTI mode.
2787  *
2788  *   User page tables are only used when the CPU is in user mode.
2789  *   Consequently, some TLB invalidations can be postponed until the
2790  *   switch from kernel to user mode.  In contrast, the user
2791  *   space part of the kernel page table is used for copyout(9), so
2792  *   TLB invalidations on this page table cannot be similarly postponed.
2793  *
2794  *   The existence of a user mode page table for the given pmap is
2795  *   indicated by a pm_ucr3 value that differs from PMAP_NO_CR3, in
2796  *   which case pm_ucr3 contains the %cr3 register value for the user
2797  *   mode page table's root.
2798  *
2799  * * The pm_active bitmask indicates which CPUs currently have the
2800  *   pmap active.  A CPU's bit is set on context switch to the pmap, and
2801  *   cleared on switching off this CPU.  For the kernel page table,
2802  *   the pm_active field is immutable and contains all CPUs.  The
2803  *   kernel page table is always logically active on every processor,
2804  *   but not necessarily in use by the hardware, e.g., in PTI mode.
2805  *
2806  *   When requesting invalidation of virtual addresses with
2807  *   pmap_invalidate_XXX() functions, the pmap sends shootdown IPIs to
2808  *   all CPUs recorded as active in pm_active.  Updates to and reads
2809  *   from pm_active are not synchronized, and so they may race with
2810  *   each other.  Shootdown handlers are prepared to handle the race.
2811  *
2812  * * PCID is an optional feature of the long mode x86 MMU where TLB
2813  *   entries are tagged with the 'Process ID' of the address space
2814  *   they belong to.  This feature provides a limited namespace for
2815  *   process identifiers, 12 bits, supporting 4095 simultaneous IDs
2816  *   total.
2817  *
2818  *   Allocation of a PCID to a pmap is done by an algorithm described
2819  *   in section 15.12, "Other TLB Consistency Algorithms", of
2820  *   Vahalia's book "Unix Internals".  A PCID cannot be allocated for
2821  *   the whole lifetime of a pmap in pmap_pinit() due to the limited
2822  *   namespace.  Instead, a per-CPU, per-pmap PCID is assigned when
2823  *   the CPU is about to start caching TLB entries from a pmap,
2824  *   i.e., on the context switch that activates the pmap on the CPU.
2825  *
2826  *   The PCID allocator maintains a per-CPU, per-pmap generation
2827  *   count, pm_gen, which is incremented each time a new PCID is
2828  *   allocated.  On TLB invalidation, the generation counters for the
2829  *   pmap are zeroed, which signals the context switch code that the
2830  *   previously allocated PCID is no longer valid.  Effectively,
2831  *   zeroing any of these counters triggers a TLB shootdown for the
2832  *   given CPU/address space, due to the allocation of a new PCID.
2833  *
2834  *   Zeroing can be performed remotely.  Consequently, if a pmap is
2835  *   inactive on a CPU, then a TLB shootdown for that pmap and CPU can
2836  *   be initiated by an ordinary memory access to reset the target
2837  *   CPU's generation count within the pmap.  The CPU initiating the
2838  *   TLB shootdown does not need to send an IPI to the target CPU.
2839  *
2840  * * PTI + PCID.  The available PCIDs are divided into two sets: PCIDs
2841  *   for complete (kernel) page tables, and PCIDs for user mode page
2842  *   tables.  A user PCID value is obtained from the kernel PCID value
2843  *   by setting the highest bit, 11, to 1 (0x800 == PMAP_PCID_USER_PT).
2844  *
2845  *   User space page tables are activated on return to user mode, by
2846  *   loading pm_ucr3 into %cr3.  If the PCPU(ucr3_load_mask) requests
2847  *   clearing bit 63 of the loaded ucr3, this effectively causes
2848  *   complete invalidation of the user mode TLB entries for the
2849  *   current pmap.  In which case, local invalidations of individual
2850  *   pages in the user page table are skipped.
2851  *
2852  * * Local invalidation, all modes.  If the requested invalidation is
2853  *   for a specific address or the total invalidation of a currently
2854  *   active pmap, then the TLB is flushed using INVLPG for a kernel
2855  *   page table, and INVPCID(INVPCID_CTXGLOB)/invltlb_glob() for a
2856  *   user space page table(s).
2857  *
2858  *   If the INVPCID instruction is available, it is used to flush entries
2859  *   from the kernel page table.
2860  *
2861  * * mode: PTI disabled, PCID present.  The kernel reserves PCID 0 for its
2862  *   address space, all other 4095 PCIDs are used for user mode spaces
2863  *   as described above.  A context switch allocates a new PCID if
2864  *   the recorded PCID is zero or the recorded generation does not match
2865  *   the CPU's generation, effectively flushing the TLB for this address space.
2866  *   Total remote invalidation is performed by zeroing pm_gen for all CPUs.
2867  *      local user page: INVLPG
2868  *      local kernel page: INVLPG
2869  *      local user total: INVPCID(CTX)
2870  *      local kernel total: INVPCID(CTXGLOB) or invltlb_glob()
2871  *      remote user page, inactive pmap: zero pm_gen
2872  *      remote user page, active pmap: zero pm_gen + IPI:INVLPG
2873  *      (Both actions are required to handle the aforementioned pm_active races.)
2874  *      remote kernel page: IPI:INVLPG
2875  *      remote user total, inactive pmap: zero pm_gen
2876  *      remote user total, active pmap: zero pm_gen + IPI:(INVPCID(CTX) or
2877  *          reload %cr3)
2878  *      (See note above about pm_active races.)
2879  *      remote kernel total: IPI:(INVPCID(CTXGLOB) or invltlb_glob())
2880  *
2881  * PTI enabled, PCID present.
2882  *      local user page: INVLPG for kpt, INVPCID(ADDR) or (INVLPG for ucr3)
2883  *          for upt
2884  *      local kernel page: INVLPG
2885  *      local user total: INVPCID(CTX) or reload %cr3 for kpt, clear PCID_SAVE
2886  *          on loading UCR3 into %cr3 for upt
2887  *      local kernel total: INVPCID(CTXGLOB) or invltlb_glob()
2888  *      remote user page, inactive pmap: zero pm_gen
2889  *      remote user page, active pmap: zero pm_gen + IPI:(INVLPG for kpt,
2890  *          INVPCID(ADDR) for upt)
2891  *      remote kernel page: IPI:INVLPG
2892  *      remote user total, inactive pmap: zero pm_gen
2893  *      remote user total, active pmap: zero pm_gen + IPI:(INVPCID(CTX) for kpt,
2894  *          clear PCID_SAVE on loading UCR3 into $cr3 for upt)
2895  *      remote kernel total: IPI:(INVPCID(CTXGLOB) or invltlb_glob())
2896  *
2897  *  No PCID.
2898  *      local user page: INVLPG
2899  *      local kernel page: INVLPG
2900  *      local user total: reload %cr3
2901  *      local kernel total: invltlb_glob()
2902  *      remote user page, inactive pmap: -
2903  *      remote user page, active pmap: IPI:INVLPG
2904  *      remote kernel page: IPI:INVLPG
2905  *      remote user total, inactive pmap: -
2906  *      remote user total, active pmap: IPI:(reload %cr3)
2907  *      remote kernel total: IPI:invltlb_glob()
2908  *  Since on return to user mode, the reload of %cr3 with ucr3 causes
2909  *  TLB invalidation, no specific action is required for user page table.
2910  *
2911  * EPT.  EPT pmaps do not map KVA, all mappings are userspace.
2912  * XXX TODO
2913  */
2914
2915 #ifdef SMP
2916 /*
2917  * Interrupt the cpus that are executing in the guest context.
2918  * This will force the vcpu to exit and the cached EPT mappings
2919  * will be invalidated by the host before the next vmresume.
2920  */
2921 static __inline void
2922 pmap_invalidate_ept(pmap_t pmap)
2923 {
2924         smr_seq_t goal;
2925         int ipinum;
2926
2927         sched_pin();
2928         KASSERT(!CPU_ISSET(curcpu, &pmap->pm_active),
2929             ("pmap_invalidate_ept: absurd pm_active"));
2930
2931         /*
2932          * The TLB mappings associated with a vcpu context are not
2933          * flushed each time a different vcpu is chosen to execute.
2934          *
2935          * This is in contrast with a process's vtop mappings that
2936          * are flushed from the TLB on each context switch.
2937          *
2938          * Therefore we need to do more than just a TLB shootdown on
2939          * the active cpus in 'pmap->pm_active'. To do this we keep
2940          * track of the number of invalidations performed on this pmap.
2941          *
2942          * Each vcpu keeps a cache of this counter and compares it
2943          * just before a vmresume. If the counter is out-of-date an
2944          * invept will be done to flush stale mappings from the TLB.
2945          *
2946          * To ensure that all vCPU threads have observed the new counter
2947          * value before returning, we use SMR.  Ordering is important here:
2948          * the VMM enters an SMR read section before loading the counter
2949          * and after updating the pm_active bit set.  Thus, pm_active is
2950          * a superset of active readers, and any reader that has observed
2951          * the goal has observed the new counter value.
2952          */
2953         atomic_add_long(&pmap->pm_eptgen, 1);
2954
2955         goal = smr_advance(pmap->pm_eptsmr);
2956
2957         /*
2958          * Force the vcpu to exit and trap back into the hypervisor.
2959          */
2960         ipinum = pmap->pm_flags & PMAP_NESTED_IPIMASK;
2961         ipi_selected(pmap->pm_active, ipinum);
2962         sched_unpin();
2963
2964         /*
2965          * Ensure that all active vCPUs will observe the new generation counter
2966          * value before executing any more guest instructions.
2967          */
2968         smr_wait(pmap->pm_eptsmr, goal);
2969 }
2970
2971 static inline void
2972 pmap_invalidate_preipi_pcid(pmap_t pmap)
2973 {
2974         u_int cpuid, i;
2975
2976         sched_pin();
2977
2978         cpuid = PCPU_GET(cpuid);
2979         if (pmap != PCPU_GET(curpmap))
2980                 cpuid = 0xffffffff;     /* An impossible value */
2981
2982         CPU_FOREACH(i) {
2983                 if (cpuid != i)
2984                         pmap->pm_pcids[i].pm_gen = 0;
2985         }
2986
2987         /*
2988          * The fence is between stores to pm_gen and the read of the
2989          * pm_active mask.  We need to ensure that it is impossible
2990          * for us to miss the bit update in pm_active and
2991          * simultaneously observe a non-zero pm_gen in
2992          * pmap_activate_sw(), otherwise TLB update is missed.
2993          * Without the fence, IA32 allows such an outcome.  Note that
2994          * pm_active is updated by a locked operation, which provides
2995          * the reciprocal fence.
2996          */
2997         atomic_thread_fence_seq_cst();
2998 }
2999
3000 static void
3001 pmap_invalidate_preipi_nopcid(pmap_t pmap __unused)
3002 {
3003         sched_pin();
3004 }
3005
3006 DEFINE_IFUNC(static, void, pmap_invalidate_preipi, (pmap_t))
3007 {
3008         return (pmap_pcid_enabled ? pmap_invalidate_preipi_pcid :
3009             pmap_invalidate_preipi_nopcid);
3010 }
3011
3012 static inline void
3013 pmap_invalidate_page_pcid_cb(pmap_t pmap, vm_offset_t va,
3014     const bool invpcid_works1)
3015 {
3016         struct invpcid_descr d;
3017         uint64_t kcr3, ucr3;
3018         uint32_t pcid;
3019         u_int cpuid;
3020
3021         /*
3022          * Because pm_pcid is recalculated on a context switch, we
3023          * must ensure there is no preemption, not just pinning.
3024          * Otherwise, we might use a stale value below.
3025          */
3026         CRITICAL_ASSERT(curthread);
3027
3028         /*
3029          * No need to do anything with user page tables invalidation
3030          * if there is no user page table, or invalidation is deferred
3031          * until the return to userspace.  ucr3_load_mask is stable
3032          * because we have preemption disabled.
3033          */
3034         if (pmap->pm_ucr3 == PMAP_NO_CR3 ||
3035             PCPU_GET(ucr3_load_mask) != PMAP_UCR3_NOMASK)
3036                 return;
3037
3038         cpuid = PCPU_GET(cpuid);
3039
3040         pcid = pmap->pm_pcids[cpuid].pm_pcid;
3041         if (invpcid_works1) {
3042                 d.pcid = pcid | PMAP_PCID_USER_PT;
3043                 d.pad = 0;
3044                 d.addr = va;
3045                 invpcid(&d, INVPCID_ADDR);
3046         } else {
3047                 kcr3 = pmap->pm_cr3 | pcid | CR3_PCID_SAVE;
3048                 ucr3 = pmap->pm_ucr3 | pcid | PMAP_PCID_USER_PT | CR3_PCID_SAVE;
3049                 pmap_pti_pcid_invlpg(ucr3, kcr3, va);
3050         }
3051 }
3052
3053 static void
3054 pmap_invalidate_page_pcid_invpcid_cb(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
3055 {
3056         pmap_invalidate_page_pcid_cb(pmap, va, true);
3057 }
3058
3059 static void
3060 pmap_invalidate_page_pcid_noinvpcid_cb(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
3061 {
3062         pmap_invalidate_page_pcid_cb(pmap, va, false);
3063 }
3064
3065 static void
3066 pmap_invalidate_page_nopcid_cb(pmap_t pmap __unused, vm_offset_t va __unused)
3067 {
3068 }
3069
3070 DEFINE_IFUNC(static, void, pmap_invalidate_page_cb, (pmap_t, vm_offset_t))
3071 {
3072         if (pmap_pcid_enabled)
3073                 return (invpcid_works ? pmap_invalidate_page_pcid_invpcid_cb :
3074                     pmap_invalidate_page_pcid_noinvpcid_cb);
3075         return (pmap_invalidate_page_nopcid_cb);
3076 }
3077
3078 static void
3079 pmap_invalidate_page_curcpu_cb(pmap_t pmap, vm_offset_t va,
3080     vm_offset_t addr2 __unused)
3081 {
3082         if (pmap == kernel_pmap) {
3083                 invlpg(va);
3084         } else if (pmap == PCPU_GET(curpmap)) {
3085                 invlpg(va);
3086                 pmap_invalidate_page_cb(pmap, va);
3087         }
3088 }
3089
3090 void
3091 pmap_invalidate_page(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
3092 {
3093         if (pmap_type_guest(pmap)) {
3094                 pmap_invalidate_ept(pmap);
3095                 return;
3096         }
3097
3098         KASSERT(pmap->pm_type == PT_X86,
3099             ("pmap_invalidate_page: invalid type %d", pmap->pm_type));
3100
3101         pmap_invalidate_preipi(pmap);
3102         smp_masked_invlpg(va, pmap, pmap_invalidate_page_curcpu_cb);
3103 }
3104
3105 /* 4k PTEs -- Chosen to exceed the total size of Broadwell L2 TLB */
3106 #define PMAP_INVLPG_THRESHOLD   (4 * 1024 * PAGE_SIZE)
3107
3108 static void
3109 pmap_invalidate_range_pcid_cb(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva,
3110     const bool invpcid_works1)
3111 {
3112         struct invpcid_descr d;
3113         uint64_t kcr3, ucr3;
3114         uint32_t pcid;
3115         u_int cpuid;
3116
3117         CRITICAL_ASSERT(curthread);
3118
3119         if (pmap != PCPU_GET(curpmap) ||
3120             pmap->pm_ucr3 == PMAP_NO_CR3 ||
3121             PCPU_GET(ucr3_load_mask) != PMAP_UCR3_NOMASK)
3122                 return;
3123
3124         cpuid = PCPU_GET(cpuid);
3125
3126         pcid = pmap->pm_pcids[cpuid].pm_pcid;
3127         if (invpcid_works1) {
3128                 d.pcid = pcid | PMAP_PCID_USER_PT;
3129                 d.pad = 0;
3130                 for (d.addr = sva; d.addr < eva; d.addr += PAGE_SIZE)
3131                         invpcid(&d, INVPCID_ADDR);
3132         } else {
3133                 kcr3 = pmap->pm_cr3 | pcid | CR3_PCID_SAVE;
3134                 ucr3 = pmap->pm_ucr3 | pcid | PMAP_PCID_USER_PT | CR3_PCID_SAVE;
3135                 pmap_pti_pcid_invlrng(ucr3, kcr3, sva, eva);
3136         }
3137 }
3138
3139 static void
3140 pmap_invalidate_range_pcid_invpcid_cb(pmap_t pmap, vm_offset_t sva,
3141     vm_offset_t eva)
3142 {
3143         pmap_invalidate_range_pcid_cb(pmap, sva, eva, true);
3144 }
3145
3146 static void
3147 pmap_invalidate_range_pcid_noinvpcid_cb(pmap_t pmap, vm_offset_t sva,
3148     vm_offset_t eva)
3149 {
3150         pmap_invalidate_range_pcid_cb(pmap, sva, eva, false);
3151 }
3152
3153 static void
3154 pmap_invalidate_range_nopcid_cb(pmap_t pmap __unused, vm_offset_t sva __unused,
3155     vm_offset_t eva __unused)
3156 {
3157 }
3158
3159 DEFINE_IFUNC(static, void, pmap_invalidate_range_cb, (pmap_t, vm_offset_t,
3160     vm_offset_t))
3161 {
3162         if (pmap_pcid_enabled)
3163                 return (invpcid_works ? pmap_invalidate_range_pcid_invpcid_cb :
3164                     pmap_invalidate_range_pcid_noinvpcid_cb);
3165         return (pmap_invalidate_range_nopcid_cb);
3166 }
3167
3168 static void
3169 pmap_invalidate_range_curcpu_cb(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
3170 {
3171         vm_offset_t addr;
3172
3173         if (pmap == kernel_pmap) {
3174                 for (addr = sva; addr < eva; addr += PAGE_SIZE)
3175                         invlpg(addr);
3176         } else if (pmap == PCPU_GET(curpmap)) {
3177                 for (addr = sva; addr < eva; addr += PAGE_SIZE)
3178                         invlpg(addr);
3179                 pmap_invalidate_range_cb(pmap, sva, eva);
3180         }
3181 }
3182
3183 void
3184 pmap_invalidate_range(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
3185 {
3186         if (eva - sva >= PMAP_INVLPG_THRESHOLD) {
3187                 pmap_invalidate_all(pmap);
3188                 return;
3189         }
3190
3191         if (pmap_type_guest(pmap)) {
3192                 pmap_invalidate_ept(pmap);
3193                 return;
3194         }
3195
3196         KASSERT(pmap->pm_type == PT_X86,
3197             ("pmap_invalidate_range: invalid type %d", pmap->pm_type));
3198
3199         pmap_invalidate_preipi(pmap);
3200         smp_masked_invlpg_range(sva, eva, pmap,
3201             pmap_invalidate_range_curcpu_cb);
3202 }
3203
3204 static inline void
3205 pmap_invalidate_all_pcid_cb(pmap_t pmap, bool invpcid_works1)
3206 {
3207         struct invpcid_descr d;
3208         uint64_t kcr3;
3209         uint32_t pcid;
3210         u_int cpuid;
3211
3212         if (pmap == kernel_pmap) {
3213                 if (invpcid_works1) {
3214                         bzero(&d, sizeof(d));
3215                         invpcid(&d, INVPCID_CTXGLOB);
3216                 } else {
3217                         invltlb_glob();
3218                 }
3219         } else if (pmap == PCPU_GET(curpmap)) {
3220                 CRITICAL_ASSERT(curthread);
3221                 cpuid = PCPU_GET(cpuid);
3222
3223                 pcid = pmap->pm_pcids[cpuid].pm_pcid;
3224                 if (invpcid_works1) {
3225                         d.pcid = pcid;
3226                         d.pad = 0;
3227                         d.addr = 0;
3228                         invpcid(&d, INVPCID_CTX);
3229                 } else {
3230                         kcr3 = pmap->pm_cr3 | pcid;
3231                         load_cr3(kcr3);
3232                 }
3233                 if (pmap->pm_ucr3 != PMAP_NO_CR3)
3234                         PCPU_SET(ucr3_load_mask, ~CR3_PCID_SAVE);
3235         }
3236 }
3237
3238 static void
3239 pmap_invalidate_all_pcid_invpcid_cb(pmap_t pmap)
3240 {
3241         pmap_invalidate_all_pcid_cb(pmap, true);
3242 }
3243
3244 static void
3245 pmap_invalidate_all_pcid_noinvpcid_cb(pmap_t pmap)
3246 {
3247         pmap_invalidate_all_pcid_cb(pmap, false);
3248 }
3249
3250 static void
3251 pmap_invalidate_all_nopcid_cb(pmap_t pmap)
3252 {
3253         if (pmap == kernel_pmap)
3254                 invltlb_glob();
3255         else if (pmap == PCPU_GET(curpmap))
3256                 invltlb();
3257 }
3258
3259 DEFINE_IFUNC(static, void, pmap_invalidate_all_cb, (pmap_t))
3260 {
3261         if (pmap_pcid_enabled)
3262                 return (invpcid_works ? pmap_invalidate_all_pcid_invpcid_cb :
3263                     pmap_invalidate_all_pcid_noinvpcid_cb);
3264         return (pmap_invalidate_all_nopcid_cb);
3265 }
3266
3267 static void
3268 pmap_invalidate_all_curcpu_cb(pmap_t pmap, vm_offset_t addr1 __unused,
3269     vm_offset_t addr2 __unused)
3270 {
3271         pmap_invalidate_all_cb(pmap);
3272 }
3273
3274 void
3275 pmap_invalidate_all(pmap_t pmap)
3276 {
3277         if (pmap_type_guest(pmap)) {
3278                 pmap_invalidate_ept(pmap);
3279                 return;
3280         }
3281
3282         KASSERT(pmap->pm_type == PT_X86,
3283             ("pmap_invalidate_all: invalid type %d", pmap->pm_type));
3284
3285         pmap_invalidate_preipi(pmap);
3286         smp_masked_invltlb(pmap, pmap_invalidate_all_curcpu_cb);
3287 }
3288
3289 static void
3290 pmap_invalidate_cache_curcpu_cb(pmap_t pmap __unused, vm_offset_t va __unused,
3291     vm_offset_t addr2 __unused)
3292 {
3293         wbinvd();
3294 }
3295
3296 void
3297 pmap_invalidate_cache(void)
3298 {
3299         sched_pin();
3300         smp_cache_flush(pmap_invalidate_cache_curcpu_cb);
3301 }
3302
3303 struct pde_action {
3304         cpuset_t invalidate;    /* processors that invalidate their TLB */
3305         pmap_t pmap;
3306         vm_offset_t va;
3307         pd_entry_t *pde;
3308         pd_entry_t newpde;
3309         u_int store;            /* processor that updates the PDE */
3310 };
3311
3312 static void
3313 pmap_update_pde_action(void *arg)
3314 {
3315         struct pde_action *act = arg;
3316
3317         if (act->store == PCPU_GET(cpuid))
3318                 pmap_update_pde_store(act->pmap, act->pde, act->newpde);
3319 }
3320
3321 static void
3322 pmap_update_pde_teardown(void *arg)
3323 {
3324         struct pde_action *act = arg;
3325
3326         if (CPU_ISSET(PCPU_GET(cpuid), &act->invalidate))
3327                 pmap_update_pde_invalidate(act->pmap, act->va, act->newpde);
3328 }
3329
3330 /*
3331  * Change the page size for the specified virtual address in a way that
3332  * prevents any possibility of the TLB ever having two entries that map the
3333  * same virtual address using different page sizes.  This is the recommended
3334  * workaround for Erratum 383 on AMD Family 10h processors.  It prevents a
3335  * machine check exception for a TLB state that is improperly diagnosed as a
3336  * hardware error.
3337  */
3338 static void
3339 pmap_update_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t *pde, pd_entry_t newpde)
3340 {
3341         struct pde_action act;
3342         cpuset_t active, other_cpus;
3343         u_int cpuid;
3344
3345         sched_pin();
3346         cpuid = PCPU_GET(cpuid);
3347         other_cpus = all_cpus;
3348         CPU_CLR(cpuid, &other_cpus);
3349         if (pmap == kernel_pmap || pmap_type_guest(pmap)) 
3350                 active = all_cpus;
3351         else {
3352                 active = pmap->pm_active;
3353         }
3354         if (CPU_OVERLAP(&active, &other_cpus)) { 
3355                 act.store = cpuid;
3356                 act.invalidate = active;
3357                 act.va = va;
3358                 act.pmap = pmap;
3359                 act.pde = pde;
3360                 act.newpde = newpde;
3361                 CPU_SET(cpuid, &active);
3362                 smp_rendezvous_cpus(active,
3363                     smp_no_rendezvous_barrier, pmap_update_pde_action,
3364                     pmap_update_pde_teardown, &act);
3365         } else {
3366                 pmap_update_pde_store(pmap, pde, newpde);
3367                 if (CPU_ISSET(cpuid, &active))
3368                         pmap_update_pde_invalidate(pmap, va, newpde);
3369         }
3370         sched_unpin();
3371 }
3372 #else /* !SMP */
3373 /*
3374  * Normal, non-SMP, invalidation functions.
3375  */
3376 void
3377 pmap_invalidate_page(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
3378 {
3379         struct invpcid_descr d;
3380         uint64_t kcr3, ucr3;
3381         uint32_t pcid;
3382
3383         if (pmap->pm_type == PT_RVI || pmap->pm_type == PT_EPT) {
3384                 pmap->pm_eptgen++;
3385                 return;
3386         }
3387         KASSERT(pmap->pm_type == PT_X86,
3388             ("pmap_invalidate_range: unknown type %d", pmap->pm_type));
3389
3390         if (pmap == kernel_pmap || pmap == PCPU_GET(curpmap)) {
3391                 invlpg(va);
3392                 if (pmap == PCPU_GET(curpmap) && pmap_pcid_enabled &&
3393                     pmap->pm_ucr3 != PMAP_NO_CR3) {
3394                         critical_enter();
3395                         pcid = pmap->pm_pcids[0].pm_pcid;
3396                         if (invpcid_works) {
3397                                 d.pcid = pcid | PMAP_PCID_USER_PT;
3398                                 d.pad = 0;
3399                                 d.addr = va;
3400                                 invpcid(&d, INVPCID_ADDR);
3401                         } else {
3402                                 kcr3 = pmap->pm_cr3 | pcid | CR3_PCID_SAVE;
3403                                 ucr3 = pmap->pm_ucr3 | pcid |
3404                                     PMAP_PCID_USER_PT | CR3_PCID_SAVE;
3405                                 pmap_pti_pcid_invlpg(ucr3, kcr3, va);
3406                         }
3407                         critical_exit();
3408                 }
3409         } else if (pmap_pcid_enabled)
3410                 pmap->pm_pcids[0].pm_gen = 0;
3411 }
3412
3413 void
3414 pmap_invalidate_range(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
3415 {
3416         struct invpcid_descr d;
3417         vm_offset_t addr;
3418         uint64_t kcr3, ucr3;
3419
3420         if (pmap->pm_type == PT_RVI || pmap->pm_type == PT_EPT) {
3421                 pmap->pm_eptgen++;
3422                 return;
3423         }
3424         KASSERT(pmap->pm_type == PT_X86,
3425             ("pmap_invalidate_range: unknown type %d", pmap->pm_type));
3426
3427         if (pmap == kernel_pmap || pmap == PCPU_GET(curpmap)) {
3428                 for (addr = sva; addr < eva; addr += PAGE_SIZE)
3429                         invlpg(addr);
3430                 if (pmap == PCPU_GET(curpmap) && pmap_pcid_enabled &&
3431                     pmap->pm_ucr3 != PMAP_NO_CR3) {
3432                         critical_enter();
3433                         if (invpcid_works) {
3434                                 d.pcid = pmap->pm_pcids[0].pm_pcid |
3435                                     PMAP_PCID_USER_PT;
3436                                 d.pad = 0;
3437                                 d.addr = sva;
3438                                 for (; d.addr < eva; d.addr += PAGE_SIZE)
3439                                         invpcid(&d, INVPCID_ADDR);
3440                         } else {
3441                                 kcr3 = pmap->pm_cr3 | pmap->pm_pcids[0].
3442                                     pm_pcid | CR3_PCID_SAVE;
3443                                 ucr3 = pmap->pm_ucr3 | pmap->pm_pcids[0].
3444                                     pm_pcid | PMAP_PCID_USER_PT | CR3_PCID_SAVE;
3445                                 pmap_pti_pcid_invlrng(ucr3, kcr3, sva, eva);
3446                         }
3447                         critical_exit();
3448                 }
3449         } else if (pmap_pcid_enabled) {
3450                 pmap->pm_pcids[0].pm_gen = 0;
3451         }
3452 }
3453
3454 void
3455 pmap_invalidate_all(pmap_t pmap)
3456 {
3457         struct invpcid_descr d;
3458         uint64_t kcr3, ucr3;
3459
3460         if (pmap->pm_type == PT_RVI || pmap->pm_type == PT_EPT) {
3461                 pmap->pm_eptgen++;
3462                 return;
3463         }
3464         KASSERT(pmap->pm_type == PT_X86,
3465             ("pmap_invalidate_all: unknown type %d", pmap->pm_type));
3466
3467         if (pmap == kernel_pmap) {
3468                 if (pmap_pcid_enabled && invpcid_works) {
3469                         bzero(&d, sizeof(d));
3470                         invpcid(&d, INVPCID_CTXGLOB);
3471                 } else {
3472                         invltlb_glob();
3473                 }
3474         } else if (pmap == PCPU_GET(curpmap)) {
3475                 if (pmap_pcid_enabled) {
3476                         critical_enter();
3477                         if (invpcid_works) {
3478                                 d.pcid = pmap->pm_pcids[0].pm_pcid;
3479                                 d.pad = 0;
3480                                 d.addr = 0;
3481                                 invpcid(&d, INVPCID_CTX);
3482                                 if (pmap->pm_ucr3 != PMAP_NO_CR3) {
3483                                         d.pcid |= PMAP_PCID_USER_PT;
3484                                         invpcid(&d, INVPCID_CTX);
3485                                 }
3486                         } else {
3487                                 kcr3 = pmap->pm_cr3 | pmap->pm_pcids[0].pm_pcid;
3488                                 if (pmap->pm_ucr3 != PMAP_NO_CR3) {
3489                                         ucr3 = pmap->pm_ucr3 | pmap->pm_pcids[
3490                                             0].pm_pcid | PMAP_PCID_USER_PT;
3491                                         pmap_pti_pcid_invalidate(ucr3, kcr3);
3492                                 } else
3493                                         load_cr3(kcr3);
3494                         }
3495                         critical_exit();
3496                 } else {
3497                         invltlb();
3498                 }
3499         } else if (pmap_pcid_enabled) {
3500                 pmap->pm_pcids[0].pm_gen = 0;
3501         }
3502 }
3503
3504 PMAP_INLINE void
3505 pmap_invalidate_cache(void)
3506 {
3507
3508         wbinvd();
3509 }
3510
3511 static void
3512 pmap_update_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t *pde, pd_entry_t newpde)
3513 {
3514
3515         pmap_update_pde_store(pmap, pde, newpde);
3516         if (pmap == kernel_pmap || pmap == PCPU_GET(curpmap))
3517                 pmap_update_pde_invalidate(pmap, va, newpde);
3518         else
3519                 pmap->pm_pcids[0].pm_gen = 0;
3520 }
3521 #endif /* !SMP */
3522
3523 static void
3524 pmap_invalidate_pde_page(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t pde)
3525 {
3526
3527         /*
3528          * When the PDE has PG_PROMOTED set, the 2MB page mapping was created
3529          * by a promotion that did not invalidate the 512 4KB page mappings
3530          * that might exist in the TLB.  Consequently, at this point, the TLB
3531          * may hold both 4KB and 2MB page mappings for the address range [va,
3532          * va + NBPDR).  Therefore, the entire range must be invalidated here.
3533          * In contrast, when PG_PROMOTED is clear, the TLB will not hold any
3534          * 4KB page mappings for the address range [va, va + NBPDR), and so a
3535          * single INVLPG suffices to invalidate the 2MB page mapping from the
3536          * TLB.
3537          */
3538         if ((pde & PG_PROMOTED) != 0)
3539                 pmap_invalidate_range(pmap, va, va + NBPDR - 1);
3540         else
3541                 pmap_invalidate_page(pmap, va);
3542 }
3543
3544 DEFINE_IFUNC(, void, pmap_invalidate_cache_range,
3545     (vm_offset_t sva, vm_offset_t eva))
3546 {
3547
3548         if ((cpu_feature & CPUID_SS) != 0)
3549                 return (pmap_invalidate_cache_range_selfsnoop);
3550         if ((cpu_feature & CPUID_CLFSH) != 0)
3551                 return (pmap_force_invalidate_cache_range);
3552         return (pmap_invalidate_cache_range_all);
3553 }
3554
3555 #define PMAP_CLFLUSH_THRESHOLD   (2 * 1024 * 1024)
3556
3557 static void
3558 pmap_invalidate_cache_range_check_align(vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
3559 {
3560
3561         KASSERT((sva & PAGE_MASK) == 0,
3562             ("pmap_invalidate_cache_range: sva not page-aligned"));
3563         KASSERT((eva & PAGE_MASK) == 0,
3564             ("pmap_invalidate_cache_range: eva not page-aligned"));
3565 }
3566
3567 static void
3568 pmap_invalidate_cache_range_selfsnoop(vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
3569 {
3570
3571         pmap_invalidate_cache_range_check_align(sva, eva);
3572 }
3573
3574 void
3575 pmap_force_invalidate_cache_range(vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
3576 {
3577
3578         sva &= ~(vm_offset_t)(cpu_clflush_line_size - 1);
3579
3580         /*
3581          * XXX: Some CPUs fault, hang, or trash the local APIC
3582          * registers if we use CLFLUSH on the local APIC range.  The
3583          * local APIC is always uncached, so we don't need to flush
3584          * for that range anyway.
3585          */
3586         if (pmap_kextract(sva) == lapic_paddr)
3587                 return;
3588
3589         if ((cpu_stdext_feature & CPUID_STDEXT_CLFLUSHOPT) != 0) {
3590                 /*
3591                  * Do per-cache line flush.  Use a locked
3592                  * instruction to insure that previous stores are
3593                  * included in the write-back.  The processor
3594                  * propagates flush to other processors in the cache
3595                  * coherence domain.
3596                  */
3597                 atomic_thread_fence_seq_cst();
3598                 for (; sva < eva; sva += cpu_clflush_line_size)
3599                         clflushopt(sva);
3600                 atomic_thread_fence_seq_cst();
3601         } else {
3602                 /*
3603                  * Writes are ordered by CLFLUSH on Intel CPUs.
3604                  */
3605                 if (cpu_vendor_id != CPU_VENDOR_INTEL)
3606                         mfence();
3607                 for (; sva < eva; sva += cpu_clflush_line_size)
3608                         clflush(sva);
3609                 if (cpu_vendor_id != CPU_VENDOR_INTEL)
3610                         mfence();
3611         }
3612 }
3613
3614 static void
3615 pmap_invalidate_cache_range_all(vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
3616 {
3617
3618         pmap_invalidate_cache_range_check_align(sva, eva);
3619         pmap_invalidate_cache();
3620 }
3621
3622 /*
3623  * Remove the specified set of pages from the data and instruction caches.
3624  *
3625  * In contrast to pmap_invalidate_cache_range(), this function does not
3626  * rely on the CPU's self-snoop feature, because it is intended for use
3627  * when moving pages into a different cache domain.
3628  */
3629 void
3630 pmap_invalidate_cache_pages(vm_page_t *pages, int count)
3631 {
3632         vm_offset_t daddr, eva;
3633         int i;
3634         bool useclflushopt;
3635
3636         useclflushopt = (cpu_stdext_feature & CPUID_STDEXT_CLFLUSHOPT) != 0;
3637         if (count >= PMAP_CLFLUSH_THRESHOLD / PAGE_SIZE ||
3638             ((cpu_feature & CPUID_CLFSH) == 0 && !useclflushopt))
3639                 pmap_invalidate_cache();
3640         else {
3641                 if (useclflushopt)
3642                         atomic_thread_fence_seq_cst();
3643                 else if (cpu_vendor_id != CPU_VENDOR_INTEL)
3644                         mfence();
3645                 for (i = 0; i < count; i++) {
3646                         daddr = PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(pages[i]));
3647                         eva = daddr + PAGE_SIZE;
3648                         for (; daddr < eva; daddr += cpu_clflush_line_size) {
3649                                 if (useclflushopt)
3650                                         clflushopt(daddr);
3651                                 else
3652                                         clflush(daddr);
3653                         }
3654                 }
3655                 if (useclflushopt)
3656                         atomic_thread_fence_seq_cst();
3657                 else if (cpu_vendor_id != CPU_VENDOR_INTEL)
3658                         mfence();
3659         }
3660 }
3661
3662 void
3663 pmap_flush_cache_range(vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
3664 {
3665
3666         pmap_invalidate_cache_range_check_align(sva, eva);
3667
3668         if ((cpu_stdext_feature & CPUID_STDEXT_CLWB) == 0) {
3669                 pmap_force_invalidate_cache_range(sva, eva);
3670                 return;
3671         }
3672
3673         /* See comment in pmap_force_invalidate_cache_range(). */
3674         if (pmap_kextract(sva) == lapic_paddr)
3675                 return;
3676
3677         atomic_thread_fence_seq_cst();
3678         for (; sva < eva; sva += cpu_clflush_line_size)
3679                 clwb(sva);
3680         atomic_thread_fence_seq_cst();
3681 }
3682
3683 void
3684 pmap_flush_cache_phys_range(vm_paddr_t spa, vm_paddr_t epa, vm_memattr_t mattr)
3685 {
3686         pt_entry_t *pte;
3687         vm_offset_t vaddr;
3688         int error, pte_bits;
3689
3690         KASSERT((spa & PAGE_MASK) == 0,
3691             ("pmap_flush_cache_phys_range: spa not page-aligned"));
3692         KASSERT((epa & PAGE_MASK) == 0,
3693             ("pmap_flush_cache_phys_range: epa not page-aligned"));
3694
3695         if (spa < dmaplimit) {
3696                 pmap_flush_cache_range(PHYS_TO_DMAP(spa), PHYS_TO_DMAP(MIN(
3697                     dmaplimit, epa)));
3698                 if (dmaplimit >= epa)
3699                         return;
3700                 spa = dmaplimit;
3701         }
3702
3703         pte_bits = pmap_cache_bits(kernel_pmap, mattr, 0) | X86_PG_RW |
3704             X86_PG_V;
3705         error = vmem_alloc(kernel_arena, PAGE_SIZE, M_BESTFIT | M_WAITOK,
3706             &vaddr);
3707         KASSERT(error == 0, ("vmem_alloc failed: %d", error));
3708         pte = vtopte(vaddr);
3709         for (; spa < epa; spa += PAGE_SIZE) {
3710                 sched_pin();
3711                 pte_store(pte, spa | pte_bits);
3712                 invlpg(vaddr);
3713                 /* XXXKIB atomic inside flush_cache_range are excessive */
3714                 pmap_flush_cache_range(vaddr, vaddr + PAGE_SIZE);
3715                 sched_unpin();
3716         }
3717         vmem_free(kernel_arena, vaddr, PAGE_SIZE);
3718 }
3719
3720 /*
3721  *      Routine:        pmap_extract
3722  *      Function:
3723  *              Extract the physical page address associated
3724  *              with the given map/virtual_address pair.
3725  */
3726 vm_paddr_t 
3727 pmap_extract(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
3728 {
3729         pdp_entry_t *pdpe;
3730         pd_entry_t *pde;
3731         pt_entry_t *pte, PG_V;
3732         vm_paddr_t pa;
3733
3734         pa = 0;
3735         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
3736         PMAP_LOCK(pmap);
3737         pdpe = pmap_pdpe(pmap, va);
3738         if (pdpe != NULL && (*pdpe & PG_V) != 0) {
3739                 if ((*pdpe & PG_PS) != 0)
3740                         pa = (*pdpe & PG_PS_FRAME) | (va & PDPMASK);
3741                 else {
3742                         pde = pmap_pdpe_to_pde(pdpe, va);
3743                         if ((*pde & PG_V) != 0) {
3744                                 if ((*pde & PG_PS) != 0) {
3745                                         pa = (*pde & PG_PS_FRAME) |
3746                                             (va & PDRMASK);
3747                                 } else {
3748                                         pte = pmap_pde_to_pte(pde, va);
3749                                         pa = (*pte & PG_FRAME) |
3750                                             (va & PAGE_MASK);
3751                                 }
3752                         }
3753                 }
3754         }
3755         PMAP_UNLOCK(pmap);
3756         return (pa);
3757 }
3758
3759 /*
3760  *      Routine:        pmap_extract_and_hold
3761  *      Function:
3762  *              Atomically extract and hold the physical page
3763  *              with the given pmap and virtual address pair
3764  *              if that mapping permits the given protection.
3765  */
3766 vm_page_t
3767 pmap_extract_and_hold(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_prot_t prot)
3768 {
3769         pdp_entry_t pdpe, *pdpep;
3770         pd_entry_t pde, *pdep;
3771         pt_entry_t pte, PG_RW, PG_V;
3772         vm_page_t m;
3773
3774         m = NULL;
3775         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
3776         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
3777         PMAP_LOCK(pmap);
3778
3779         pdpep = pmap_pdpe(pmap, va);
3780         if (pdpep == NULL || ((pdpe = *pdpep) & PG_V) == 0)
3781                 goto out;
3782         if ((pdpe & PG_PS) != 0) {
3783                 if ((pdpe & PG_RW) == 0 && (prot & VM_PROT_WRITE) != 0)
3784                         goto out;
3785                 m = PHYS_TO_VM_PAGE((pdpe & PG_PS_FRAME) | (va & PDPMASK));
3786                 goto check_page;
3787         }
3788
3789         pdep = pmap_pdpe_to_pde(pdpep, va);
3790         if (pdep == NULL || ((pde = *pdep) & PG_V) == 0)
3791                 goto out;
3792         if ((pde & PG_PS) != 0) {
3793                 if ((pde & PG_RW) == 0 && (prot & VM_PROT_WRITE) != 0)
3794                         goto out;
3795                 m = PHYS_TO_VM_PAGE((pde & PG_PS_FRAME) | (va & PDRMASK));
3796                 goto check_page;
3797         }
3798
3799         pte = *pmap_pde_to_pte(pdep, va);
3800         if ((pte & PG_V) == 0 ||
3801             ((pte & PG_RW) == 0 && (prot & VM_PROT_WRITE) != 0))
3802                 goto out;
3803         m = PHYS_TO_VM_PAGE(pte & PG_FRAME);
3804
3805 check_page:
3806         if (m != NULL && !vm_page_wire_mapped(m))
3807                 m = NULL;
3808 out:
3809         PMAP_UNLOCK(pmap);
3810         return (m);
3811 }
3812
3813 vm_paddr_t
3814 pmap_kextract(vm_offset_t va)
3815 {
3816         pd_entry_t pde;
3817         vm_paddr_t pa;
3818
3819         if (va >= DMAP_MIN_ADDRESS && va < DMAP_MAX_ADDRESS) {
3820                 pa = DMAP_TO_PHYS(va);
3821         } else if (PMAP_ADDRESS_IN_LARGEMAP(va)) {
3822                 pa = pmap_large_map_kextract(va);
3823         } else {
3824                 pde = *vtopde(va);
3825                 if (pde & PG_PS) {
3826                         pa = (pde & PG_PS_FRAME) | (va & PDRMASK);
3827                 } else {
3828                         /*
3829                          * Beware of a concurrent promotion that changes the
3830                          * PDE at this point!  For example, vtopte() must not
3831                          * be used to access the PTE because it would use the
3832                          * new PDE.  It is, however, safe to use the old PDE
3833                          * because the page table page is preserved by the
3834                          * promotion.
3835                          */
3836                         pa = *pmap_pde_to_pte(&pde, va);
3837                         pa = (pa & PG_FRAME) | (va & PAGE_MASK);
3838                 }
3839         }
3840         return (pa);
3841 }
3842
3843 /***************************************************
3844  * Low level mapping routines.....
3845  ***************************************************/
3846
3847 /*
3848  * Add a wired page to the kva.
3849  * Note: not SMP coherent.
3850  */
3851 PMAP_INLINE void 
3852 pmap_kenter(vm_offset_t va, vm_paddr_t pa)
3853 {
3854         pt_entry_t *pte;
3855
3856         pte = vtopte(va);
3857         pte_store(pte, pa | pg_g | pg_nx | X86_PG_A | X86_PG_M |
3858             X86_PG_RW | X86_PG_V);
3859 }
3860
3861 static __inline void
3862 pmap_kenter_attr(vm_offset_t va, vm_paddr_t pa, int mode)
3863 {
3864         pt_entry_t *pte;
3865         int cache_bits;
3866
3867         pte = vtopte(va);
3868         cache_bits = pmap_cache_bits(kernel_pmap, mode, 0);
3869         pte_store(pte, pa | pg_g | pg_nx | X86_PG_A | X86_PG_M |
3870             X86_PG_RW | X86_PG_V | cache_bits);
3871 }
3872
3873 /*
3874  * Remove a page from the kernel pagetables.
3875  * Note: not SMP coherent.
3876  */
3877 PMAP_INLINE void
3878 pmap_kremove(vm_offset_t va)
3879 {
3880         pt_entry_t *pte;
3881
3882         pte = vtopte(va);
3883         pte_clear(pte);
3884 }
3885
3886 /*
3887  *      Used to map a range of physical addresses into kernel
3888  *      virtual address space.
3889  *
3890  *      The value passed in '*virt' is a suggested virtual address for
3891  *      the mapping. Architectures which can support a direct-mapped
3892  *      physical to virtual region can return the appropriate address
3893  *      within that region, leaving '*virt' unchanged. Other
3894  *      architectures should map the pages starting at '*virt' and
3895  *      update '*virt' with the first usable address after the mapped
3896  *      region.
3897  */
3898 vm_offset_t
3899 pmap_map(vm_offset_t *virt, vm_paddr_t start, vm_paddr_t end, int prot)
3900 {
3901         return PHYS_TO_DMAP(start);
3902 }
3903
3904 /*
3905  * Add a list of wired pages to the kva
3906  * this routine is only used for temporary
3907  * kernel mappings that do not need to have
3908  * page modification or references recorded.
3909  * Note that old mappings are simply written
3910  * over.  The page *must* be wired.
3911  * Note: SMP coherent.  Uses a ranged shootdown IPI.
3912  */
3913 void
3914 pmap_qenter(vm_offset_t sva, vm_page_t *ma, int count)
3915 {
3916         pt_entry_t *endpte, oldpte, pa, *pte;
3917         vm_page_t m;
3918         int cache_bits;
3919
3920         oldpte = 0;
3921         pte = vtopte(sva);
3922         endpte = pte + count;
3923         while (pte < endpte) {
3924                 m = *ma++;
3925                 cache_bits = pmap_cache_bits(kernel_pmap, m->md.pat_mode, 0);
3926                 pa = VM_PAGE_TO_PHYS(m) | cache_bits;
3927                 if ((*pte & (PG_FRAME | X86_PG_PTE_CACHE)) != pa) {
3928                         oldpte |= *pte;
3929                         pte_store(pte, pa | pg_g | pg_nx | X86_PG_A |
3930                             X86_PG_M | X86_PG_RW | X86_PG_V);
3931                 }
3932                 pte++;
3933         }
3934         if (__predict_false((oldpte & X86_PG_V) != 0))
3935                 pmap_invalidate_range(kernel_pmap, sva, sva + count *
3936                     PAGE_SIZE);
3937 }
3938
3939 /*
3940  * This routine tears out page mappings from the
3941  * kernel -- it is meant only for temporary mappings.
3942  * Note: SMP coherent.  Uses a ranged shootdown IPI.
3943  */
3944 void
3945 pmap_qremove(vm_offset_t sva, int count)
3946 {
3947         vm_offset_t va;
3948
3949         va = sva;
3950         while (count-- > 0) {
3951                 KASSERT(va >= VM_MIN_KERNEL_ADDRESS, ("usermode va %lx", va));
3952                 pmap_kremove(va);
3953                 va += PAGE_SIZE;
3954         }
3955         pmap_invalidate_range(kernel_pmap, sva, va);
3956 }
3957
3958 /***************************************************
3959  * Page table page management routines.....
3960  ***************************************************/
3961 /*
3962  * Schedule the specified unused page table page to be freed.  Specifically,
3963  * add the page to the specified list of pages that will be released to the
3964  * physical memory manager after the TLB has been updated.
3965  */
3966 static __inline void
3967 pmap_add_delayed_free_list(vm_page_t m, struct spglist *free,
3968     boolean_t set_PG_ZERO)
3969 {
3970
3971         if (set_PG_ZERO)
3972                 m->flags |= PG_ZERO;
3973         else
3974                 m->flags &= ~PG_ZERO;
3975         SLIST_INSERT_HEAD(free, m, plinks.s.ss);
3976 }
3977
3978 /*
3979  * Inserts the specified page table page into the specified pmap's collection
3980  * of idle page table pages.  Each of a pmap's page table pages is responsible
3981  * for mapping a distinct range of virtual addresses.  The pmap's collection is
3982  * ordered by this virtual address range.
3983  *
3984  * If "promoted" is false, then the page table page "mpte" must be zero filled.
3985  */
3986 static __inline int
3987 pmap_insert_pt_page(pmap_t pmap, vm_page_t mpte, bool promoted)
3988 {
3989
3990         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
3991         mpte->valid = promoted ? VM_PAGE_BITS_ALL : 0;
3992         return (vm_radix_insert(&pmap->pm_root, mpte));
3993 }
3994
3995 /*
3996  * Removes the page table page mapping the specified virtual address from the
3997  * specified pmap's collection of idle page table pages, and returns it.
3998  * Otherwise, returns NULL if there is no page table page corresponding to the
3999  * specified virtual address.
4000  */
4001 static __inline vm_page_t
4002 pmap_remove_pt_page(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
4003 {
4004
4005         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
4006         return (vm_radix_remove(&pmap->pm_root, pmap_pde_pindex(va)));
4007 }
4008
4009 /*
4010  * Decrements a page table page's reference count, which is used to record the
4011  * number of valid page table entries within the page.  If the reference count
4012  * drops to zero, then the page table page is unmapped.  Returns TRUE if the
4013  * page table page was unmapped and FALSE otherwise.
4014  */
4015 static inline boolean_t
4016 pmap_unwire_ptp(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m, struct spglist *free)
4017 {
4018
4019         --m->ref_count;
4020         if (m->ref_count == 0) {
4021                 _pmap_unwire_ptp(pmap, va, m, free);
4022                 return (TRUE);
4023         } else
4024                 return (FALSE);
4025 }
4026
4027 static void
4028 _pmap_unwire_ptp(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m, struct spglist *free)
4029 {
4030         pml5_entry_t *pml5;
4031         pml4_entry_t *pml4;
4032         pdp_entry_t *pdp;
4033         pd_entry_t *pd;
4034         vm_page_t pdpg, pdppg, pml4pg;
4035
4036         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
4037
4038         /*
4039          * unmap the page table page
4040          */
4041         if (m->pindex >= NUPDE + NUPDPE + NUPML4E) {
4042                 /* PML4 page */
4043                 MPASS(pmap_is_la57(pmap));
4044                 pml5 = pmap_pml5e(pmap, va);
4045                 *pml5 = 0;
4046                 if (pmap->pm_pmltopu != NULL && va <= VM_MAXUSER_ADDRESS) {
4047                         pml5 = pmap_pml5e_u(pmap, va);
4048                         *pml5 = 0;
4049                 }
4050         } else if (m->pindex >= NUPDE + NUPDPE) {
4051                 /* PDP page */
4052                 pml4 = pmap_pml4e(pmap, va);
4053                 *pml4 = 0;
4054                 if (!pmap_is_la57(pmap) && pmap->pm_pmltopu != NULL &&
4055                     va <= VM_MAXUSER_ADDRESS) {
4056                         pml4 = pmap_pml4e_u(pmap, va);
4057                         *pml4 = 0;
4058                 }
4059         } else if (m->pindex >= NUPDE) {
4060                 /* PD page */
4061                 pdp = pmap_pdpe(pmap, va);
4062                 *pdp = 0;
4063         } else {
4064                 /* PTE page */
4065                 pd = pmap_pde(pmap, va);
4066                 *pd = 0;
4067         }
4068         if (m->pindex < NUPDE) {
4069                 /* We just released a PT, unhold the matching PD */
4070                 pdpg = PHYS_TO_VM_PAGE(*pmap_pdpe(pmap, va) & PG_FRAME);
4071                 pmap_unwire_ptp(pmap, va, pdpg, free);
4072         } else if (m->pindex < NUPDE + NUPDPE) {
4073                 /* We just released a PD, unhold the matching PDP */
4074                 pdppg = PHYS_TO_VM_PAGE(*pmap_pml4e(pmap, va) & PG_FRAME);
4075                 pmap_unwire_ptp(pmap, va, pdppg, free);
4076         } else if (m->pindex < NUPDE + NUPDPE + NUPML4E && pmap_is_la57(pmap)) {
4077                 /* We just released a PDP, unhold the matching PML4 */
4078                 pml4pg = PHYS_TO_VM_PAGE(*pmap_pml5e(pmap, va) & PG_FRAME);
4079                 pmap_unwire_ptp(pmap, va, pml4pg, free);
4080         }
4081
4082         pmap_pt_page_count_adj(pmap, -1);
4083
4084         /* 
4085          * Put page on a list so that it is released after
4086          * *ALL* TLB shootdown is done
4087          */
4088         pmap_add_delayed_free_list(m, free, TRUE);
4089 }
4090
4091 /*
4092  * After removing a page table entry, this routine is used to
4093  * conditionally free the page, and manage the reference count.
4094  */
4095 static int
4096 pmap_unuse_pt(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t ptepde,
4097     struct spglist *free)
4098 {
4099         vm_page_t mpte;
4100
4101         if (va >= VM_MAXUSER_ADDRESS)
4102                 return (0);
4103         KASSERT(ptepde != 0, ("pmap_unuse_pt: ptepde != 0"));
4104         mpte = PHYS_TO_VM_PAGE(ptepde & PG_FRAME);
4105         return (pmap_unwire_ptp(pmap, va, mpte, free));
4106 }
4107
4108 /*
4109  * Release a page table page reference after a failed attempt to create a
4110  * mapping.
4111  */
4112 static void
4113 pmap_abort_ptp(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t mpte)
4114 {
4115         struct spglist free;
4116
4117         SLIST_INIT(&free);
4118         if (pmap_unwire_ptp(pmap, va, mpte, &free)) {
4119                 /*
4120                  * Although "va" was never mapped, paging-structure caches
4121                  * could nonetheless have entries that refer to the freed
4122                  * page table pages.  Invalidate those entries.
4123                  */
4124                 pmap_invalidate_page(pmap, va);
4125                 vm_page_free_pages_toq(&free, true);
4126         }
4127 }
4128
4129 void
4130 pmap_pinit0(pmap_t pmap)
4131 {
4132         struct proc *p;
4133         struct thread *td;
4134         int i;
4135
4136         PMAP_LOCK_INIT(pmap);
4137         pmap->pm_pmltop = kernel_pmap->pm_pmltop;
4138         pmap->pm_pmltopu = NULL;
4139         pmap->pm_cr3 = kernel_pmap->pm_cr3;
4140         /* hack to keep pmap_pti_pcid_invalidate() alive */
4141         pmap->pm_ucr3 = PMAP_NO_CR3;
4142         vm_radix_init(&pmap->pm_root);
4143         CPU_ZERO(&pmap->pm_active);
4144         TAILQ_INIT(&pmap->pm_pvchunk);
4145         bzero(&pmap->pm_stats, sizeof pmap->pm_stats);
4146         pmap->pm_flags = pmap_flags;
4147         CPU_FOREACH(i) {
4148                 pmap->pm_pcids[i].pm_pcid = PMAP_PCID_KERN + 1;
4149                 pmap->pm_pcids[i].pm_gen = 1;
4150         }
4151         pmap_activate_boot(pmap);
4152         td = curthread;
4153         if (pti) {
4154                 p = td->td_proc;
4155                 PROC_LOCK(p);
4156                 p->p_md.md_flags |= P_MD_KPTI;
4157                 PROC_UNLOCK(p);
4158         }
4159         pmap_thread_init_invl_gen(td);
4160
4161         if ((cpu_stdext_feature2 & CPUID_STDEXT2_PKU) != 0) {
4162                 pmap_pkru_ranges_zone = uma_zcreate("pkru ranges",
4163                     sizeof(struct pmap_pkru_range), NULL, NULL, NULL, NULL,
4164                     UMA_ALIGN_PTR, 0);
4165         }
4166 }
4167
4168 void
4169 pmap_pinit_pml4(vm_page_t pml4pg)
4170 {
4171         pml4_entry_t *pm_pml4;
4172         int i;
4173
4174         pm_pml4 = (pml4_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(pml4pg));
4175
4176         /* Wire in kernel global address entries. */
4177         for (i = 0; i < NKPML4E; i++) {
4178                 pm_pml4[KPML4BASE + i] = (KPDPphys + ptoa(i)) | X86_PG_RW |
4179                     X86_PG_V;
4180         }
4181 #ifdef KASAN
4182         for (i = 0; i < NKASANPML4E; i++) {
4183                 pm_pml4[KASANPML4I + i] = (KASANPDPphys + ptoa(i)) | X86_PG_RW |
4184                     X86_PG_V | pg_nx;
4185         }
4186 #endif
4187         for (i = 0; i < ndmpdpphys; i++) {
4188                 pm_pml4[DMPML4I + i] = (DMPDPphys + ptoa(i)) | X86_PG_RW |
4189                     X86_PG_V;
4190         }
4191
4192         /* install self-referential address mapping entry(s) */
4193         pm_pml4[PML4PML4I] = VM_PAGE_TO_PHYS(pml4pg) | X86_PG_V | X86_PG_RW |
4194             X86_PG_A | X86_PG_M;
4195
4196         /* install large map entries if configured */
4197         for (i = 0; i < lm_ents; i++)
4198                 pm_pml4[LMSPML4I + i] = kernel_pmap->pm_pmltop[LMSPML4I + i];
4199 }
4200
4201 void
4202 pmap_pinit_pml5(vm_page_t pml5pg)
4203 {
4204         pml5_entry_t *pm_pml5;
4205
4206         pm_pml5 = (pml5_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(pml5pg));
4207
4208         /*
4209          * Add pml5 entry at top of KVA pointing to existing pml4 table,
4210          * entering all existing kernel mappings into level 5 table.
4211          */
4212         pm_pml5[pmap_pml5e_index(UPT_MAX_ADDRESS)] = KPML4phys | X86_PG_V |
4213             X86_PG_RW | X86_PG_A | X86_PG_M | pg_g |
4214             pmap_cache_bits(kernel_pmap, VM_MEMATTR_DEFAULT, FALSE);
4215
4216         /* 
4217          * Install self-referential address mapping entry.
4218          */
4219         pm_pml5[PML5PML5I] = VM_PAGE_TO_PHYS(pml5pg) |
4220             X86_PG_RW | X86_PG_V | X86_PG_M | X86_PG_A |
4221             pmap_cache_bits(kernel_pmap, VM_MEMATTR_DEFAULT, FALSE);
4222 }
4223
4224 static void
4225 pmap_pinit_pml4_pti(vm_page_t pml4pgu)
4226 {
4227         pml4_entry_t *pm_pml4u;
4228         int i;
4229
4230         pm_pml4u = (pml4_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(pml4pgu));
4231         for (i = 0; i < NPML4EPG; i++)
4232                 pm_pml4u[i] = pti_pml4[i];
4233 }
4234
4235 static void
4236 pmap_pinit_pml5_pti(vm_page_t pml5pgu)
4237 {
4238         pml5_entry_t *pm_pml5u;
4239
4240         pm_pml5u = (pml5_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(pml5pgu));
4241         pagezero(pm_pml5u);
4242
4243         /*
4244          * Add pml5 entry at top of KVA pointing to existing pml4 pti
4245          * table, entering all kernel mappings needed for usermode
4246          * into level 5 table.
4247          */
4248         pm_pml5u[pmap_pml5e_index(UPT_MAX_ADDRESS)] =
4249             pmap_kextract((vm_offset_t)pti_pml4) |
4250             X86_PG_V | X86_PG_RW | X86_PG_A | X86_PG_M | pg_g |
4251             pmap_cache_bits(kernel_pmap, VM_MEMATTR_DEFAULT, FALSE);
4252 }
4253
4254 /* Allocate a page table page and do related bookkeeping */
4255 static vm_page_t
4256 pmap_alloc_pt_page(pmap_t pmap, vm_pindex_t pindex, int flags)
4257 {
4258         vm_page_t m;
4259
4260         m = vm_page_alloc_noobj(flags);
4261         if (__predict_false(m == NULL))
4262                 return (NULL);
4263         m->pindex = pindex;
4264         pmap_pt_page_count_adj(pmap, 1);
4265         return (m);
4266 }
4267
4268 static void
4269 pmap_free_pt_page(pmap_t pmap, vm_page_t m, bool zerofilled)
4270 {
4271         /*
4272          * This function assumes the page will need to be unwired,
4273          * even though the counterpart allocation in pmap_alloc_pt_page()
4274          * doesn't enforce VM_ALLOC_WIRED.  However, all current uses
4275          * of pmap_free_pt_page() require unwiring.  The case in which
4276          * a PT page doesn't require unwiring because its ref_count has
4277          * naturally reached 0 is handled through _pmap_unwire_ptp().
4278          */
4279         vm_page_unwire_noq(m);
4280         if (zerofilled)
4281                 vm_page_free_zero(m);
4282         else
4283                 vm_page_free(m);
4284
4285         pmap_pt_page_count_adj(pmap, -1);
4286 }
4287
4288 /*
4289  * Initialize a preallocated and zeroed pmap structure,
4290  * such as one in a vmspace structure.
4291  */
4292 int
4293 pmap_pinit_type(pmap_t pmap, enum pmap_type pm_type, int flags)
4294 {
4295         vm_page_t pmltop_pg, pmltop_pgu;
4296         vm_paddr_t pmltop_phys;
4297         int i;
4298
4299         bzero(&pmap->pm_stats, sizeof pmap->pm_stats);
4300
4301         /*
4302          * Allocate the page directory page.  Pass NULL instead of a
4303          * pointer to the pmap here to avoid calling
4304          * pmap_resident_count_adj() through pmap_pt_page_count_adj(),
4305          * since that requires pmap lock.  Instead do the accounting
4306          * manually.
4307          *
4308          * Note that final call to pmap_remove() optimization that
4309          * checks for zero resident_count is basically disabled by
4310          * accounting for top-level page.  But the optimization was
4311          * not effective since we started using non-managed mapping of
4312          * the shared page.
4313          */
4314         pmltop_pg = pmap_alloc_pt_page(NULL, 0, VM_ALLOC_WIRED | VM_ALLOC_ZERO |
4315             VM_ALLOC_WAITOK);
4316         pmap_pt_page_count_pinit(pmap, 1);
4317
4318         pmltop_phys = VM_PAGE_TO_PHYS(pmltop_pg);
4319         pmap->pm_pmltop = (pml5_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(pmltop_phys);
4320
4321         CPU_FOREACH(i) {
4322                 pmap->pm_pcids[i].pm_pcid = PMAP_PCID_NONE;
4323                 pmap->pm_pcids[i].pm_gen = 0;
4324         }
4325         pmap->pm_cr3 = PMAP_NO_CR3;     /* initialize to an invalid value */
4326         pmap->pm_ucr3 = PMAP_NO_CR3;
4327         pmap->pm_pmltopu = NULL;
4328
4329         pmap->pm_type = pm_type;
4330
4331         /*
4332          * Do not install the host kernel mappings in the nested page
4333          * tables. These mappings are meaningless in the guest physical
4334          * address space.
4335          * Install minimal kernel mappings in PTI case.
4336          */
4337         switch (pm_type) {
4338         case PT_X86:
4339                 pmap->pm_cr3 = pmltop_phys;
4340                 if (pmap_is_la57(pmap))
4341                         pmap_pinit_pml5(pmltop_pg);
4342                 else
4343                         pmap_pinit_pml4(pmltop_pg);
4344                 if ((curproc->p_md.md_flags & P_MD_KPTI) != 0) {
4345                         /*
4346                          * As with pmltop_pg, pass NULL instead of a
4347                          * pointer to the pmap to ensure that the PTI
4348                          * page counted explicitly.
4349                          */
4350                         pmltop_pgu = pmap_alloc_pt_page(NULL, 0,
4351                             VM_ALLOC_WIRED | VM_ALLOC_WAITOK);
4352                         pmap_pt_page_count_pinit(pmap, 1);
4353                         pmap->pm_pmltopu = (pml4_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(
4354                             VM_PAGE_TO_PHYS(pmltop_pgu));
4355                         if (pmap_is_la57(pmap))
4356                                 pmap_pinit_pml5_pti(pmltop_pgu);
4357                         else
4358                                 pmap_pinit_pml4_pti(pmltop_pgu);
4359                         pmap->pm_ucr3 = VM_PAGE_TO_PHYS(pmltop_pgu);
4360                 }
4361                 if ((cpu_stdext_feature2 & CPUID_STDEXT2_PKU) != 0) {
4362                         rangeset_init(&pmap->pm_pkru, pkru_dup_range,
4363                             pkru_free_range, pmap, M_NOWAIT);
4364                 }
4365                 break;
4366         case PT_EPT:
4367         case PT_RVI:
4368                 pmap->pm_eptsmr = smr_create("pmap", 0, 0);
4369                 break;
4370         }
4371
4372         vm_radix_init(&pmap->pm_root);
4373         CPU_ZERO(&pmap->pm_active);
4374         TAILQ_INIT(&pmap->pm_pvchunk);
4375         pmap->pm_flags = flags;
4376         pmap->pm_eptgen = 0;
4377
4378         return (1);
4379 }
4380
4381 int
4382 pmap_pinit(pmap_t pmap)
4383 {
4384
4385         return (pmap_pinit_type(pmap, PT_X86, pmap_flags));
4386 }
4387
4388 static void
4389 pmap_allocpte_free_unref(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pt_entry_t *pte)
4390 {
4391         vm_page_t mpg;
4392         struct spglist free;
4393
4394         mpg = PHYS_TO_VM_PAGE(*pte & PG_FRAME);
4395         if (mpg->ref_count != 0)
4396                 return;
4397         SLIST_INIT(&free);
4398         _pmap_unwire_ptp(pmap, va, mpg, &free);
4399         pmap_invalidate_page(pmap, va);
4400         vm_page_free_pages_toq(&free, true);
4401 }
4402
4403 static pml4_entry_t *
4404 pmap_allocpte_getpml4(pmap_t pmap, struct rwlock **lockp, vm_offset_t va,
4405     bool addref)
4406 {
4407         vm_pindex_t pml5index;
4408         pml5_entry_t *pml5;
4409         pml4_entry_t *pml4;
4410         vm_page_t pml4pg;
4411         pt_entry_t PG_V;
4412         bool allocated;
4413
4414         if (!pmap_is_la57(pmap))
4415                 return (&pmap->pm_pmltop[pmap_pml4e_index(va)]);
4416
4417         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
4418         pml5index = pmap_pml5e_index(va);
4419         pml5 = &pmap->pm_pmltop[pml5index];
4420         if ((*pml5 & PG_V) == 0) {
4421                 if (pmap_allocpte_nosleep(pmap, pmap_pml5e_pindex(va), lockp,
4422                     va) == NULL)
4423                         return (NULL);
4424                 allocated = true;
4425         } else {
4426                 allocated = false;
4427         }
4428         pml4 = (pml4_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(*pml5 & PG_FRAME);
4429         pml4 = &pml4[pmap_pml4e_index(va)];
4430         if ((*pml4 & PG_V) == 0) {
4431                 pml4pg = PHYS_TO_VM_PAGE(*pml5 & PG_FRAME);
4432                 if (allocated && !addref)
4433                         pml4pg->ref_count--;
4434                 else if (!allocated && addref)
4435                         pml4pg->ref_count++;
4436         }
4437         return (pml4);
4438 }
4439
4440 static pdp_entry_t *
4441 pmap_allocpte_getpdp(pmap_t pmap, struct rwlock **lockp, vm_offset_t va,
4442     bool addref)
4443 {
4444         vm_page_t pdppg;
4445         pml4_entry_t *pml4;
4446         pdp_entry_t *pdp;
4447         pt_entry_t PG_V;
4448         bool allocated;
4449
4450         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
4451
4452         pml4 = pmap_allocpte_getpml4(pmap, lockp, va, false);
4453         if (pml4 == NULL)
4454                 return (NULL);
4455
4456         if ((*pml4 & PG_V) == 0) {
4457                 /* Have to allocate a new pdp, recurse */
4458                 if (pmap_allocpte_nosleep(pmap, pmap_pml4e_pindex(va), lockp,
4459                     va) == NULL) {
4460                         if (pmap_is_la57(pmap))
4461                                 pmap_allocpte_free_unref(pmap, va,
4462                                     pmap_pml5e(pmap, va));
4463                         return (NULL);
4464                 }
4465                 allocated = true;
4466         } else {
4467                 allocated = false;
4468         }
4469         pdp = (pdp_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(*pml4 & PG_FRAME);
4470         pdp = &pdp[pmap_pdpe_index(va)];
4471         if ((*pdp & PG_V) == 0) {
4472                 pdppg = PHYS_TO_VM_PAGE(*pml4 & PG_FRAME);
4473                 if (allocated && !addref)
4474                         pdppg->ref_count--;
4475                 else if (!allocated && addref)
4476                         pdppg->ref_count++;
4477         }
4478         return (pdp);
4479 }
4480
4481 /*
4482  * The ptepindexes, i.e. page indices, of the page table pages encountered
4483  * while translating virtual address va are defined as follows:
4484  * - for the page table page (last level),
4485  *      ptepindex = pmap_pde_pindex(va) = va >> PDRSHIFT,
4486  *   in other words, it is just the index of the PDE that maps the page
4487  *   table page.
4488  * - for the page directory page,
4489  *      ptepindex = NUPDE (number of userland PD entries) +
4490  *          (pmap_pde_index(va) >> NPDEPGSHIFT)
4491  *   i.e. index of PDPE is put after the last index of PDE,
4492  * - for the page directory pointer page,
4493  *      ptepindex = NUPDE + NUPDPE + (pmap_pde_index(va) >> (NPDEPGSHIFT +
4494  *          NPML4EPGSHIFT),
4495  *   i.e. index of pml4e is put after the last index of PDPE,
4496  * - for the PML4 page (if LA57 mode is enabled),
4497  *      ptepindex = NUPDE + NUPDPE + NUPML4E + (pmap_pde_index(va) >>
4498  *          (NPDEPGSHIFT + NPML4EPGSHIFT + NPML5EPGSHIFT),
4499  *   i.e. index of pml5e is put after the last index of PML4E.
4500  *
4501  * Define an order on the paging entries, where all entries of the
4502  * same height are put together, then heights are put from deepest to
4503  * root.  Then ptexpindex is the sequential number of the
4504  * corresponding paging entry in this order.
4505  *
4506  * The values of NUPDE, NUPDPE, and NUPML4E are determined by the size of
4507  * LA57 paging structures even in LA48 paging mode. Moreover, the
4508  * ptepindexes are calculated as if the paging structures were 5-level
4509  * regardless of the actual mode of operation.
4510  *
4511  * The root page at PML4/PML5 does not participate in this indexing scheme,
4512  * since it is statically allocated by pmap_pinit() and not by pmap_allocpte().
4513  */
4514 static vm_page_t
4515 pmap_allocpte_nosleep(pmap_t pmap, vm_pindex_t ptepindex, struct rwlock **lockp,
4516     vm_offset_t va)
4517 {
4518         vm_pindex_t pml5index, pml4index;
4519         pml5_entry_t *pml5, *pml5u;
4520         pml4_entry_t *pml4, *pml4u;
4521         pdp_entry_t *pdp;
4522         pd_entry_t *pd;
4523         vm_page_t m, pdpg;
4524         pt_entry_t PG_A, PG_M, PG_RW, PG_V;
4525
4526         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
4527
4528         PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
4529         PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
4530         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
4531         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
4532
4533         /*
4534          * Allocate a page table page.
4535          */
4536         m = pmap_alloc_pt_page(pmap, ptepindex,
4537             VM_ALLOC_WIRED | VM_ALLOC_ZERO);
4538         if (m == NULL)
4539                 return (NULL);
4540
4541         /*
4542          * Map the pagetable page into the process address space, if
4543          * it isn't already there.
4544          */
4545         if (ptepindex >= NUPDE + NUPDPE + NUPML4E) {
4546                 MPASS(pmap_is_la57(pmap));
4547
4548                 pml5index = pmap_pml5e_index(va);
4549                 pml5 = &pmap->pm_pmltop[pml5index];
4550                 KASSERT((*pml5 & PG_V) == 0,
4551                     ("pmap %p va %#lx pml5 %#lx", pmap, va, *pml5));
4552                 *pml5 = VM_PAGE_TO_PHYS(m) | PG_U | PG_RW | PG_V | PG_A | PG_M;
4553
4554                 if (pmap->pm_pmltopu != NULL && pml5index < NUPML5E) {
4555                         if (pmap->pm_ucr3 != PMAP_NO_CR3)
4556                                 *pml5 |= pg_nx;
4557
4558                         pml5u = &pmap->pm_pmltopu[pml5index];
4559                         *pml5u = VM_PAGE_TO_PHYS(m) | PG_U | PG_RW | PG_V |
4560                             PG_A | PG_M;
4561                 }
4562         } else if (ptepindex >= NUPDE + NUPDPE) {
4563                 pml4index = pmap_pml4e_index(va);
4564                 /* Wire up a new PDPE page */
4565                 pml4 = pmap_allocpte_getpml4(pmap, lockp, va, true);
4566                 if (pml4 == NULL) {
4567                         pmap_free_pt_page(pmap, m, true);
4568                         return (NULL);
4569                 }
4570                 KASSERT((*pml4 & PG_V) == 0,
4571                     ("pmap %p va %#lx pml4 %#lx", pmap, va, *pml4));
4572                 *pml4 = VM_PAGE_TO_PHYS(m) | PG_U | PG_RW | PG_V | PG_A | PG_M;
4573
4574                 if (!pmap_is_la57(pmap) && pmap->pm_pmltopu != NULL &&
4575                     pml4index < NUPML4E) {
4576                         /*
4577                          * PTI: Make all user-space mappings in the
4578                          * kernel-mode page table no-execute so that
4579                          * we detect any programming errors that leave
4580                          * the kernel-mode page table active on return
4581                          * to user space.
4582                          */
4583                         if (pmap->pm_ucr3 != PMAP_NO_CR3)
4584                                 *pml4 |= pg_nx;
4585
4586                         pml4u = &pmap->pm_pmltopu[pml4index];
4587                         *pml4u = VM_PAGE_TO_PHYS(m) | PG_U | PG_RW | PG_V |
4588                             PG_A | PG_M;
4589                 }
4590         } else if (ptepindex >= NUPDE) {
4591                 /* Wire up a new PDE page */
4592                 pdp = pmap_allocpte_getpdp(pmap, lockp, va, true);
4593                 if (pdp == NULL) {
4594                         pmap_free_pt_page(pmap, m, true);
4595                         return (NULL);
4596                 }
4597                 KASSERT((*pdp & PG_V) == 0,
4598                     ("pmap %p va %#lx pdp %#lx", pmap, va, *pdp));
4599                 *pdp = VM_PAGE_TO_PHYS(m) | PG_U | PG_RW | PG_V | PG_A | PG_M;
4600         } else {
4601                 /* Wire up a new PTE page */
4602                 pdp = pmap_allocpte_getpdp(pmap, lockp, va, false);
4603                 if (pdp == NULL) {
4604                         pmap_free_pt_page(pmap, m, true);
4605                         return (NULL);
4606                 }
4607                 if ((*pdp & PG_V) == 0) {
4608                         /* Have to allocate a new pd, recurse */
4609                   if (pmap_allocpte_nosleep(pmap, pmap_pdpe_pindex(va),
4610                       lockp, va) == NULL) {
4611                                 pmap_allocpte_free_unref(pmap, va,
4612                                     pmap_pml4e(pmap, va));
4613                                 pmap_free_pt_page(pmap, m, true);
4614                                 return (NULL);
4615                         }
4616                 } else {
4617                         /* Add reference to the pd page */
4618                         pdpg = PHYS_TO_VM_PAGE(*pdp & PG_FRAME);
4619                         pdpg->ref_count++;
4620                 }
4621                 pd = (pd_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(*pdp & PG_FRAME);
4622
4623                 /* Now we know where the page directory page is */
4624                 pd = &pd[pmap_pde_index(va)];
4625                 KASSERT((*pd & PG_V) == 0,
4626                     ("pmap %p va %#lx pd %#lx", pmap, va, *pd));
4627                 *pd = VM_PAGE_TO_PHYS(m) | PG_U | PG_RW | PG_V | PG_A | PG_M;
4628         }
4629
4630         return (m);
4631 }
4632
4633 /*
4634  * This routine is called if the desired page table page does not exist.
4635  *
4636  * If page table page allocation fails, this routine may sleep before
4637  * returning NULL.  It sleeps only if a lock pointer was given.  Sleep
4638  * occurs right before returning to the caller. This way, we never
4639  * drop pmap lock to sleep while a page table page has ref_count == 0,
4640  * which prevents the page from being freed under us.
4641  */
4642 static vm_page_t
4643 pmap_allocpte_alloc(pmap_t pmap, vm_pindex_t ptepindex, struct rwlock **lockp,
4644     vm_offset_t va)
4645 {
4646         vm_page_t m;
4647
4648         m = pmap_allocpte_nosleep(pmap, ptepindex, lockp, va);
4649         if (m == NULL && lockp != NULL) {
4650                 RELEASE_PV_LIST_LOCK(lockp);
4651                 PMAP_UNLOCK(pmap);
4652                 PMAP_ASSERT_NOT_IN_DI();
4653                 vm_wait(NULL);
4654                 PMAP_LOCK(pmap);
4655         }
4656         return (m);
4657 }
4658
4659 static pd_entry_t *
4660 pmap_alloc_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t *pdpgp,
4661     struct rwlock **lockp)
4662 {
4663         pdp_entry_t *pdpe, PG_V;
4664         pd_entry_t *pde;
4665         vm_page_t pdpg;
4666         vm_pindex_t pdpindex;
4667
4668         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
4669
4670 retry:
4671         pdpe = pmap_pdpe(pmap, va);
4672         if (pdpe != NULL && (*pdpe & PG_V) != 0) {
4673                 pde = pmap_pdpe_to_pde(pdpe, va);
4674                 if (va < VM_MAXUSER_ADDRESS) {
4675                         /* Add a reference to the pd page. */
4676                         pdpg = PHYS_TO_VM_PAGE(*pdpe & PG_FRAME);
4677                         pdpg->ref_count++;
4678                 } else
4679                         pdpg = NULL;
4680         } else if (va < VM_MAXUSER_ADDRESS) {
4681                 /* Allocate a pd page. */
4682                 pdpindex = pmap_pde_pindex(va) >> NPDPEPGSHIFT;
4683                 pdpg = pmap_allocpte_alloc(pmap, NUPDE + pdpindex, lockp, va);
4684                 if (pdpg == NULL) {
4685                         if (lockp != NULL)
4686                                 goto retry;
4687                         else
4688                                 return (NULL);
4689                 }
4690                 pde = (pd_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(pdpg));
4691                 pde = &pde[pmap_pde_index(va)];
4692         } else
4693                 panic("pmap_alloc_pde: missing page table page for va %#lx",
4694                     va);
4695         *pdpgp = pdpg;
4696         return (pde);
4697 }
4698
4699 static vm_page_t
4700 pmap_allocpte(pmap_t pmap, vm_offset_t va, struct rwlock **lockp)
4701 {
4702         vm_pindex_t ptepindex;
4703         pd_entry_t *pd, PG_V;
4704         vm_page_t m;
4705
4706         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
4707
4708         /*
4709          * Calculate pagetable page index
4710          */
4711         ptepindex = pmap_pde_pindex(va);
4712 retry:
4713         /*
4714          * Get the page directory entry
4715          */
4716         pd = pmap_pde(pmap, va);
4717
4718         /*
4719          * This supports switching from a 2MB page to a
4720          * normal 4K page.
4721          */
4722         if (pd != NULL && (*pd & (PG_PS | PG_V)) == (PG_PS | PG_V)) {
4723                 if (!pmap_demote_pde_locked(pmap, pd, va, lockp)) {
4724                         /*
4725                          * Invalidation of the 2MB page mapping may have caused
4726                          * the deallocation of the underlying PD page.
4727                          */
4728                         pd = NULL;
4729                 }
4730         }
4731
4732         /*
4733          * If the page table page is mapped, we just increment the
4734          * hold count, and activate it.
4735          */
4736         if (pd != NULL && (*pd & PG_V) != 0) {
4737                 m = PHYS_TO_VM_PAGE(*pd & PG_FRAME);
4738                 m->ref_count++;
4739         } else {
4740                 /*
4741                  * Here if the pte page isn't mapped, or if it has been
4742                  * deallocated.
4743                  */
4744                 m = pmap_allocpte_alloc(pmap, ptepindex, lockp, va);
4745                 if (m == NULL && lockp != NULL)
4746                         goto retry;
4747         }
4748         return (m);
4749 }
4750
4751 /***************************************************
4752  * Pmap allocation/deallocation routines.
4753  ***************************************************/
4754
4755 /*
4756  * Release any resources held by the given physical map.
4757  * Called when a pmap initialized by pmap_pinit is being released.
4758  * Should only be called if the map contains no valid mappings.
4759  */
4760 void
4761 pmap_release(pmap_t pmap)
4762 {
4763         vm_page_t m;
4764         int i;
4765
4766         KASSERT(vm_radix_is_empty(&pmap->pm_root),
4767             ("pmap_release: pmap %p has reserved page table page(s)",
4768             pmap));
4769         KASSERT(CPU_EMPTY(&pmap->pm_active),
4770             ("releasing active pmap %p", pmap));
4771
4772         m = PHYS_TO_VM_PAGE(DMAP_TO_PHYS((vm_offset_t)pmap->pm_pmltop));
4773
4774         if (pmap_is_la57(pmap)) {
4775                 pmap->pm_pmltop[pmap_pml5e_index(UPT_MAX_ADDRESS)] = 0;
4776                 pmap->pm_pmltop[PML5PML5I] = 0;
4777         } else {
4778                 for (i = 0; i < NKPML4E; i++)   /* KVA */
4779                         pmap->pm_pmltop[KPML4BASE + i] = 0;
4780 #ifdef KASAN
4781                 for (i = 0; i < NKASANPML4E; i++) /* KASAN shadow map */
4782                         pmap->pm_pmltop[KASANPML4I + i] = 0;
4783 #endif
4784                 for (i = 0; i < ndmpdpphys; i++)/* Direct Map */
4785                         pmap->pm_pmltop[DMPML4I + i] = 0;
4786                 pmap->pm_pmltop[PML4PML4I] = 0; /* Recursive Mapping */
4787                 for (i = 0; i < lm_ents; i++)   /* Large Map */
4788                         pmap->pm_pmltop[LMSPML4I + i] = 0;
4789         }
4790
4791         pmap_free_pt_page(NULL, m, true);
4792         pmap_pt_page_count_pinit(pmap, -1);
4793
4794         if (pmap->pm_pmltopu != NULL) {
4795                 m = PHYS_TO_VM_PAGE(DMAP_TO_PHYS((vm_offset_t)pmap->
4796                     pm_pmltopu));
4797                 pmap_free_pt_page(NULL, m, false);
4798                 pmap_pt_page_count_pinit(pmap, -1);
4799         }
4800         if (pmap->pm_type == PT_X86 &&
4801             (cpu_stdext_feature2 & CPUID_STDEXT2_PKU) != 0)
4802                 rangeset_fini(&pmap->pm_pkru);
4803
4804         KASSERT(pmap->pm_stats.resident_count == 0,
4805             ("pmap_release: pmap %p resident count %ld != 0",
4806             pmap, pmap->pm_stats.resident_count));
4807 }
4808
4809 static int
4810 kvm_size(SYSCTL_HANDLER_ARGS)
4811 {
4812         unsigned long ksize = VM_MAX_KERNEL_ADDRESS - VM_MIN_KERNEL_ADDRESS;
4813
4814         return sysctl_handle_long(oidp, &ksize, 0, req);
4815 }
4816 SYSCTL_PROC(_vm, OID_AUTO, kvm_size, CTLTYPE_LONG | CTLFLAG_RD | CTLFLAG_MPSAFE,
4817     0, 0, kvm_size, "LU",
4818     "Size of KVM");
4819
4820 static int
4821 kvm_free(SYSCTL_HANDLER_ARGS)
4822 {
4823         unsigned long kfree = VM_MAX_KERNEL_ADDRESS - kernel_vm_end;
4824
4825         return sysctl_handle_long(oidp, &kfree, 0, req);
4826 }
4827 SYSCTL_PROC(_vm, OID_AUTO, kvm_free, CTLTYPE_LONG | CTLFLAG_RD | CTLFLAG_MPSAFE,
4828     0, 0, kvm_free, "LU",
4829     "Amount of KVM free");
4830
4831 /*
4832  * Allocate physical memory for the vm_page array and map it into KVA,
4833  * attempting to back the vm_pages with domain-local memory.
4834  */
4835 void
4836 pmap_page_array_startup(long pages)
4837 {
4838         pdp_entry_t *pdpe;
4839         pd_entry_t *pde, newpdir;
4840         vm_offset_t va, start, end;
4841         vm_paddr_t pa;
4842         long pfn;
4843         int domain, i;
4844
4845         vm_page_array_size = pages;
4846
4847         start = VM_MIN_KERNEL_ADDRESS;
4848         end = start + pages * sizeof(struct vm_page);
4849         for (va = start; va < end; va += NBPDR) {
4850                 pfn = first_page + (va - start) / sizeof(struct vm_page);
4851                 domain = vm_phys_domain(ptoa(pfn));
4852                 pdpe = pmap_pdpe(kernel_pmap, va);
4853                 if ((*pdpe & X86_PG_V) == 0) {
4854                         pa = vm_phys_early_alloc(domain, PAGE_SIZE);
4855                         dump_add_page(pa);
4856                         pagezero((void *)PHYS_TO_DMAP(pa));
4857                         *pdpe = (pdp_entry_t)(pa | X86_PG_V | X86_PG_RW |
4858                             X86_PG_A | X86_PG_M);
4859                 }
4860                 pde = pmap_pdpe_to_pde(pdpe, va);
4861                 if ((*pde & X86_PG_V) != 0)
4862                         panic("Unexpected pde");
4863                 pa = vm_phys_early_alloc(domain, NBPDR);
4864                 for (i = 0; i < NPDEPG; i++)
4865                         dump_add_page(pa + i * PAGE_SIZE);
4866                 newpdir = (pd_entry_t)(pa | X86_PG_V | X86_PG_RW | X86_PG_A |
4867                     X86_PG_M | PG_PS | pg_g | pg_nx);
4868                 pde_store(pde, newpdir);
4869         }
4870         vm_page_array = (vm_page_t)start;
4871 }
4872
4873 /*
4874  * grow the number of kernel page table entries, if needed
4875  */
4876 void
4877 pmap_growkernel(vm_offset_t addr)
4878 {
4879         vm_paddr_t paddr;
4880         vm_page_t nkpg;
4881         pd_entry_t *pde, newpdir;
4882         pdp_entry_t *pdpe;
4883
4884         mtx_assert(&kernel_map->system_mtx, MA_OWNED);
4885
4886         /*
4887          * Return if "addr" is within the range of kernel page table pages
4888          * that were preallocated during pmap bootstrap.  Moreover, leave
4889          * "kernel_vm_end" and the kernel page table as they were.
4890          *
4891          * The correctness of this action is based on the following
4892          * argument: vm_map_insert() allocates contiguous ranges of the
4893          * kernel virtual address space.  It calls this function if a range
4894          * ends after "kernel_vm_end".  If the kernel is mapped between
4895          * "kernel_vm_end" and "addr", then the range cannot begin at
4896          * "kernel_vm_end".  In fact, its beginning address cannot be less
4897          * than the kernel.  Thus, there is no immediate need to allocate
4898          * any new kernel page table pages between "kernel_vm_end" and
4899          * "KERNBASE".
4900          */
4901         if (KERNBASE < addr && addr <= KERNBASE + nkpt * NBPDR)
4902                 return;
4903
4904         addr = roundup2(addr, NBPDR);
4905         if (addr - 1 >= vm_map_max(kernel_map))
4906                 addr = vm_map_max(kernel_map);
4907         if (kernel_vm_end < addr)
4908                 kasan_shadow_map(kernel_vm_end, addr - kernel_vm_end);
4909         while (kernel_vm_end < addr) {
4910                 pdpe = pmap_pdpe(kernel_pmap, kernel_vm_end);
4911                 if ((*pdpe & X86_PG_V) == 0) {
4912                         /* We need a new PDP entry */
4913                         nkpg = pmap_alloc_pt_page(kernel_pmap,
4914                             kernel_vm_end >> PDPSHIFT, VM_ALLOC_WIRED |
4915                             VM_ALLOC_INTERRUPT | VM_ALLOC_ZERO);
4916                         if (nkpg == NULL)
4917                                 panic("pmap_growkernel: no memory to grow kernel");
4918                         paddr = VM_PAGE_TO_PHYS(nkpg);
4919                         *pdpe = (pdp_entry_t)(paddr | X86_PG_V | X86_PG_RW |
4920                             X86_PG_A | X86_PG_M);
4921                         continue; /* try again */
4922                 }
4923                 pde = pmap_pdpe_to_pde(pdpe, kernel_vm_end);
4924                 if ((*pde & X86_PG_V) != 0) {
4925                         kernel_vm_end = (kernel_vm_end + NBPDR) & ~PDRMASK;
4926                         if (kernel_vm_end - 1 >= vm_map_max(kernel_map)) {
4927                                 kernel_vm_end = vm_map_max(kernel_map);
4928                                 break;                       
4929                         }
4930                         continue;
4931                 }
4932
4933                 nkpg = pmap_alloc_pt_page(kernel_pmap,
4934                     pmap_pde_pindex(kernel_vm_end), VM_ALLOC_WIRED |
4935                     VM_ALLOC_INTERRUPT | VM_ALLOC_ZERO);
4936                 if (nkpg == NULL)
4937                         panic("pmap_growkernel: no memory to grow kernel");
4938                 paddr = VM_PAGE_TO_PHYS(nkpg);
4939                 newpdir = paddr | X86_PG_V | X86_PG_RW | X86_PG_A | X86_PG_M;
4940                 pde_store(pde, newpdir);
4941
4942                 kernel_vm_end = (kernel_vm_end + NBPDR) & ~PDRMASK;
4943                 if (kernel_vm_end - 1 >= vm_map_max(kernel_map)) {
4944                         kernel_vm_end = vm_map_max(kernel_map);
4945                         break;                       
4946                 }
4947         }
4948 }
4949
4950 /***************************************************
4951  * page management routines.
4952  ***************************************************/
4953
4954 CTASSERT(sizeof(struct pv_chunk) == PAGE_SIZE);
4955 CTASSERT(_NPCM == 3);
4956 CTASSERT(_NPCPV == 168);
4957
4958 static __inline struct pv_chunk *
4959 pv_to_chunk(pv_entry_t pv)
4960 {
4961
4962         return ((struct pv_chunk *)((uintptr_t)pv & ~(uintptr_t)PAGE_MASK));
4963 }
4964
4965 #define PV_PMAP(pv) (pv_to_chunk(pv)->pc_pmap)
4966
4967 #define PC_FREE0        0xfffffffffffffffful
4968 #define PC_FREE1        0xfffffffffffffffful
4969 #define PC_FREE2        0x000000fffffffffful
4970
4971 static const uint64_t pc_freemask[_NPCM] = { PC_FREE0, PC_FREE1, PC_FREE2 };
4972
4973 #ifdef PV_STATS
4974
4975 static COUNTER_U64_DEFINE_EARLY(pc_chunk_count);
4976 SYSCTL_COUNTER_U64(_vm_pmap, OID_AUTO, pc_chunk_count, CTLFLAG_RD,
4977     &pc_chunk_count, "Current number of pv entry cnunks");
4978
4979 static COUNTER_U64_DEFINE_EARLY(pc_chunk_allocs);
4980 SYSCTL_COUNTER_U64(_vm_pmap, OID_AUTO, pc_chunk_allocs, CTLFLAG_RD,
4981     &pc_chunk_allocs, "Total number of pv entry chunks allocated");
4982
4983 static COUNTER_U64_DEFINE_EARLY(pc_chunk_frees);
4984 SYSCTL_COUNTER_U64(_vm_pmap, OID_AUTO, pc_chunk_frees, CTLFLAG_RD,
4985     &pc_chunk_frees, "Total number of pv entry chunks freed");
4986
4987 static COUNTER_U64_DEFINE_EARLY(pc_chunk_tryfail);
4988 SYSCTL_COUNTER_U64(_vm_pmap, OID_AUTO, pc_chunk_tryfail, CTLFLAG_RD,
4989     &pc_chunk_tryfail,
4990     "Number of failed attempts to get a pv entry chunk page");
4991
4992 static COUNTER_U64_DEFINE_EARLY(pv_entry_frees);
4993 SYSCTL_COUNTER_U64(_vm_pmap, OID_AUTO, pv_entry_frees, CTLFLAG_RD,
4994     &pv_entry_frees, "Total number of pv entries freed");
4995
4996 static COUNTER_U64_DEFINE_EARLY(pv_entry_allocs);
4997 SYSCTL_COUNTER_U64(_vm_pmap, OID_AUTO, pv_entry_allocs, CTLFLAG_RD,
4998     &pv_entry_allocs, "Total number of pv entries allocated");
4999
5000 static COUNTER_U64_DEFINE_EARLY(pv_entry_count);
5001 SYSCTL_COUNTER_U64(_vm_pmap, OID_AUTO, pv_entry_count, CTLFLAG_RD,
5002     &pv_entry_count, "Current number of pv entries");
5003
5004 static COUNTER_U64_DEFINE_EARLY(pv_entry_spare);
5005 SYSCTL_COUNTER_U64(_vm_pmap, OID_AUTO, pv_entry_spare, CTLFLAG_RD,
5006     &pv_entry_spare, "Current number of spare pv entries");
5007 #endif
5008
5009 static void
5010 reclaim_pv_chunk_leave_pmap(pmap_t pmap, pmap_t locked_pmap, bool start_di)
5011 {
5012
5013         if (pmap == NULL)
5014                 return;
5015         pmap_invalidate_all(pmap);
5016         if (pmap != locked_pmap)
5017                 PMAP_UNLOCK(pmap);
5018         if (start_di)
5019                 pmap_delayed_invl_finish();
5020 }
5021
5022 /*
5023  * We are in a serious low memory condition.  Resort to
5024  * drastic measures to free some pages so we can allocate
5025  * another pv entry chunk.
5026  *
5027  * Returns NULL if PV entries were reclaimed from the specified pmap.
5028  *
5029  * We do not, however, unmap 2mpages because subsequent accesses will
5030  * allocate per-page pv entries until repromotion occurs, thereby
5031  * exacerbating the shortage of free pv entries.
5032  */
5033 static vm_page_t
5034 reclaim_pv_chunk_domain(pmap_t locked_pmap, struct rwlock **lockp, int domain)
5035 {
5036         struct pv_chunks_list *pvc;
5037         struct pv_chunk *pc, *pc_marker, *pc_marker_end;
5038         struct pv_chunk_header pc_marker_b, pc_marker_end_b;
5039         struct md_page *pvh;
5040         pd_entry_t *pde;
5041         pmap_t next_pmap, pmap;
5042         pt_entry_t *pte, tpte;
5043         pt_entry_t PG_G, PG_A, PG_M, PG_RW;
5044         pv_entry_t pv;
5045         vm_offset_t va;
5046         vm_page_t m, m_pc;
5047         struct spglist free;
5048         uint64_t inuse;
5049         int bit, field, freed;
5050         bool start_di, restart;
5051
5052         PMAP_LOCK_ASSERT(locked_pmap, MA_OWNED);
5053         KASSERT(lockp != NULL, ("reclaim_pv_chunk: lockp is NULL"));
5054         pmap = NULL;
5055         m_pc = NULL;
5056         PG_G = PG_A = PG_M = PG_RW = 0;
5057         SLIST_INIT(&free);
5058         bzero(&pc_marker_b, sizeof(pc_marker_b));
5059         bzero(&pc_marker_end_b, sizeof(pc_marker_end_b));
5060         pc_marker = (struct pv_chunk *)&pc_marker_b;
5061         pc_marker_end = (struct pv_chunk *)&pc_marker_end_b;
5062
5063         /*
5064          * A delayed invalidation block should already be active if
5065          * pmap_advise() or pmap_remove() called this function by way
5066          * of pmap_demote_pde_locked().
5067          */
5068         start_di = pmap_not_in_di();
5069
5070         pvc = &pv_chunks[domain];
5071         mtx_lock(&pvc->pvc_lock);
5072         pvc->active_reclaims++;
5073         TAILQ_INSERT_HEAD(&pvc->pvc_list, pc_marker, pc_lru);
5074         TAILQ_INSERT_TAIL(&pvc->pvc_list, pc_marker_end, pc_lru);
5075         while ((pc = TAILQ_NEXT(pc_marker, pc_lru)) != pc_marker_end &&
5076             SLIST_EMPTY(&free)) {
5077                 next_pmap = pc->pc_pmap;
5078                 if (next_pmap == NULL) {
5079                         /*
5080                          * The next chunk is a marker.  However, it is
5081                          * not our marker, so active_reclaims must be
5082                          * > 1.  Consequently, the next_chunk code
5083                          * will not rotate the pv_chunks list.
5084                          */
5085                         goto next_chunk;
5086                 }
5087                 mtx_unlock(&pvc->pvc_lock);
5088
5089                 /*
5090                  * A pv_chunk can only be removed from the pc_lru list
5091                  * when both pc_chunks_mutex is owned and the
5092                  * corresponding pmap is locked.
5093                  */
5094                 if (pmap != next_pmap) {
5095                         restart = false;
5096                         reclaim_pv_chunk_leave_pmap(pmap, locked_pmap,
5097                             start_di);
5098                         pmap = next_pmap;
5099                         /* Avoid deadlock and lock recursion. */
5100                         if (pmap > locked_pmap) {
5101                                 RELEASE_PV_LIST_LOCK(lockp);
5102                                 PMAP_LOCK(pmap);
5103                                 if (start_di)
5104                                         pmap_delayed_invl_start();
5105                                 mtx_lock(&pvc->pvc_lock);
5106                                 restart = true;
5107                         } else if (pmap != locked_pmap) {
5108                                 if (PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
5109                                         if (start_di)
5110                                                 pmap_delayed_invl_start();
5111                                         mtx_lock(&pvc->pvc_lock);
5112                                         restart = true;
5113                                 } else {
5114                                         pmap = NULL; /* pmap is not locked */
5115                                         mtx_lock(&pvc->pvc_lock);
5116                                         pc = TAILQ_NEXT(pc_marker, pc_lru);
5117                                         if (pc == NULL ||
5118                                             pc->pc_pmap != next_pmap)
5119                                                 continue;
5120                                         goto next_chunk;
5121                                 }
5122                         } else if (start_di)
5123                                 pmap_delayed_invl_start();
5124                         PG_G = pmap_global_bit(pmap);
5125                         PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
5126                         PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
5127                         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
5128                         if (restart)
5129                                 continue;
5130                 }
5131
5132                 /*
5133                  * Destroy every non-wired, 4 KB page mapping in the chunk.
5134                  */
5135                 freed = 0;
5136                 for (field = 0; field < _NPCM; field++) {
5137                         for (inuse = ~pc->pc_map[field] & pc_freemask[field];
5138                             inuse != 0; inuse &= ~(1UL << bit)) {
5139                                 bit = bsfq(inuse);
5140                                 pv = &pc->pc_pventry[field * 64 + bit];
5141                                 va = pv->pv_va;
5142                                 pde = pmap_pde(pmap, va);
5143                                 if ((*pde & PG_PS) != 0)
5144                                         continue;
5145                                 pte = pmap_pde_to_pte(pde, va);
5146                                 if ((*pte & PG_W) != 0)
5147                                         continue;
5148                                 tpte = pte_load_clear(pte);
5149                                 if ((tpte & PG_G) != 0)
5150                                         pmap_invalidate_page(pmap, va);
5151                                 m = PHYS_TO_VM_PAGE(tpte & PG_FRAME);
5152                                 if ((tpte & (PG_M | PG_RW)) == (PG_M | PG_RW))
5153                                         vm_page_dirty(m);
5154                                 if ((tpte & PG_A) != 0)
5155                                         vm_page_aflag_set(m, PGA_REFERENCED);
5156                                 CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_VM_PAGE(lockp, m);
5157                                 TAILQ_REMOVE(&m->md.pv_list, pv, pv_next);
5158                                 m->md.pv_gen++;
5159                                 if (TAILQ_EMPTY(&m->md.pv_list) &&
5160                                     (m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0) {
5161                                         pvh = pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
5162                                         if (TAILQ_EMPTY(&pvh->pv_list)) {
5163                                                 vm_page_aflag_clear(m,
5164                                                     PGA_WRITEABLE);
5165                                         }
5166                                 }
5167                                 pmap_delayed_invl_page(m);
5168                                 pc->pc_map[field] |= 1UL << bit;
5169                                 pmap_unuse_pt(pmap, va, *pde, &free);
5170                                 freed++;
5171                         }
5172                 }
5173                 if (freed == 0) {
5174                         mtx_lock(&pvc->pvc_lock);
5175                         goto next_chunk;
5176                 }
5177                 /* Every freed mapping is for a 4 KB page. */
5178                 pmap_resident_count_adj(pmap, -freed);
5179                 PV_STAT(counter_u64_add(pv_entry_frees, freed));
5180                 PV_STAT(counter_u64_add(pv_entry_spare, freed));
5181                 PV_STAT(counter_u64_add(pv_entry_count, -freed));
5182                 TAILQ_REMOVE(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
5183                 if (pc->pc_map[0] == PC_FREE0 && pc->pc_map[1] == PC_FREE1 &&
5184                     pc->pc_map[2] == PC_FREE2) {
5185                         PV_STAT(counter_u64_add(pv_entry_spare, -_NPCPV));
5186                         PV_STAT(counter_u64_add(pc_chunk_count, -1));
5187                         PV_STAT(counter_u64_add(pc_chunk_frees, 1));
5188                         /* Entire chunk is free; return it. */
5189                         m_pc = PHYS_TO_VM_PAGE(DMAP_TO_PHYS((vm_offset_t)pc));
5190                         dump_drop_page(m_pc->phys_addr);
5191                         mtx_lock(&pvc->pvc_lock);
5192                         TAILQ_REMOVE(&pvc->pvc_list, pc, pc_lru);
5193                         break;
5194                 }
5195                 TAILQ_INSERT_HEAD(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
5196                 mtx_lock(&pvc->pvc_lock);
5197                 /* One freed pv entry in locked_pmap is sufficient. */
5198                 if (pmap == locked_pmap)
5199                         break;
5200 next_chunk:
5201                 TAILQ_REMOVE(&pvc->pvc_list, pc_marker, pc_lru);
5202                 TAILQ_INSERT_AFTER(&pvc->pvc_list, pc, pc_marker, pc_lru);
5203                 if (pvc->active_reclaims == 1 && pmap != NULL) {
5204                         /*
5205                          * Rotate the pv chunks list so that we do not
5206                          * scan the same pv chunks that could not be
5207                          * freed (because they contained a wired
5208                          * and/or superpage mapping) on every
5209                          * invocation of reclaim_pv_chunk().
5210                          */
5211                         while ((pc = TAILQ_FIRST(&pvc->pvc_list)) != pc_marker) {
5212                                 MPASS(pc->pc_pmap != NULL);
5213                                 TAILQ_REMOVE(&pvc->pvc_list, pc, pc_lru);
5214                                 TAILQ_INSERT_TAIL(&pvc->pvc_list, pc, pc_lru);
5215                         }
5216                 }
5217         }
5218         TAILQ_REMOVE(&pvc->pvc_list, pc_marker, pc_lru);
5219         TAILQ_REMOVE(&pvc->pvc_list, pc_marker_end, pc_lru);
5220         pvc->active_reclaims--;
5221         mtx_unlock(&pvc->pvc_lock);
5222         reclaim_pv_chunk_leave_pmap(pmap, locked_pmap, start_di);
5223         if (m_pc == NULL && !SLIST_EMPTY(&free)) {
5224                 m_pc = SLIST_FIRST(&free);
5225                 SLIST_REMOVE_HEAD(&free, plinks.s.ss);
5226                 /* Recycle a freed page table page. */
5227                 m_pc->ref_count = 1;
5228         }
5229         vm_page_free_pages_toq(&free, true);
5230         return (m_pc);
5231 }
5232
5233 static vm_page_t
5234 reclaim_pv_chunk(pmap_t locked_pmap, struct rwlock **lockp)
5235 {
5236         vm_page_t m;
5237         int i, domain;
5238
5239         domain = PCPU_GET(domain);
5240         for (i = 0; i < vm_ndomains; i++) {
5241                 m = reclaim_pv_chunk_domain(locked_pmap, lockp, domain);
5242                 if (m != NULL)
5243                         break;
5244                 domain = (domain + 1) % vm_ndomains;
5245         }
5246
5247         return (m);
5248 }
5249
5250 /*
5251  * free the pv_entry back to the free list
5252  */
5253 static void
5254 free_pv_entry(pmap_t pmap, pv_entry_t pv)
5255 {
5256         struct pv_chunk *pc;
5257         int idx, field, bit;
5258
5259         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
5260         PV_STAT(counter_u64_add(pv_entry_frees, 1));
5261         PV_STAT(counter_u64_add(pv_entry_spare, 1));
5262         PV_STAT(counter_u64_add(pv_entry_count, -1));
5263         pc = pv_to_chunk(pv);
5264         idx = pv - &pc->pc_pventry[0];
5265         field = idx / 64;
5266         bit = idx % 64;
5267         pc->pc_map[field] |= 1ul << bit;
5268         if (pc->pc_map[0] != PC_FREE0 || pc->pc_map[1] != PC_FREE1 ||
5269             pc->pc_map[2] != PC_FREE2) {
5270                 /* 98% of the time, pc is already at the head of the list. */
5271                 if (__predict_false(pc != TAILQ_FIRST(&pmap->pm_pvchunk))) {
5272                         TAILQ_REMOVE(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
5273                         TAILQ_INSERT_HEAD(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
5274                 }
5275                 return;
5276         }
5277         TAILQ_REMOVE(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
5278         free_pv_chunk(pc);
5279 }
5280
5281 static void
5282 free_pv_chunk_dequeued(struct pv_chunk *pc)
5283 {
5284         vm_page_t m;
5285
5286         PV_STAT(counter_u64_add(pv_entry_spare, -_NPCPV));
5287         PV_STAT(counter_u64_add(pc_chunk_count, -1));
5288         PV_STAT(counter_u64_add(pc_chunk_frees, 1));
5289         counter_u64_add(pv_page_count, -1);
5290         /* entire chunk is free, return it */
5291         m = PHYS_TO_VM_PAGE(DMAP_TO_PHYS((vm_offset_t)pc));
5292         dump_drop_page(m->phys_addr);
5293         vm_page_unwire_noq(m);
5294         vm_page_free(m);
5295 }
5296
5297 static void
5298 free_pv_chunk(struct pv_chunk *pc)
5299 {
5300         struct pv_chunks_list *pvc;
5301
5302         pvc = &pv_chunks[pc_to_domain(pc)];
5303         mtx_lock(&pvc->pvc_lock);
5304         TAILQ_REMOVE(&pvc->pvc_list, pc, pc_lru);
5305         mtx_unlock(&pvc->pvc_lock);
5306         free_pv_chunk_dequeued(pc);
5307 }
5308
5309 static void
5310 free_pv_chunk_batch(struct pv_chunklist *batch)
5311 {
5312         struct pv_chunks_list *pvc;
5313         struct pv_chunk *pc, *npc;
5314         int i;
5315
5316         for (i = 0; i < vm_ndomains; i++) {
5317                 if (TAILQ_EMPTY(&batch[i]))
5318                         continue;
5319                 pvc = &pv_chunks[i];
5320                 mtx_lock(&pvc->pvc_lock);
5321                 TAILQ_FOREACH(pc, &batch[i], pc_list) {
5322                         TAILQ_REMOVE(&pvc->pvc_list, pc, pc_lru);
5323                 }
5324                 mtx_unlock(&pvc->pvc_lock);
5325         }
5326
5327         for (i = 0; i < vm_ndomains; i++) {
5328                 TAILQ_FOREACH_SAFE(pc, &batch[i], pc_list, npc) {
5329                         free_pv_chunk_dequeued(pc);
5330                 }
5331         }
5332 }
5333
5334 /*
5335  * Returns a new PV entry, allocating a new PV chunk from the system when
5336  * needed.  If this PV chunk allocation fails and a PV list lock pointer was
5337  * given, a PV chunk is reclaimed from an arbitrary pmap.  Otherwise, NULL is
5338  * returned.
5339  *
5340  * The given PV list lock may be released.
5341  */
5342 static pv_entry_t
5343 get_pv_entry(pmap_t pmap, struct rwlock **lockp)
5344 {
5345         struct pv_chunks_list *pvc;
5346         int bit, field;
5347         pv_entry_t pv;
5348         struct pv_chunk *pc;
5349         vm_page_t m;
5350
5351         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
5352         PV_STAT(counter_u64_add(pv_entry_allocs, 1));
5353 retry:
5354         pc = TAILQ_FIRST(&pmap->pm_pvchunk);
5355         if (pc != NULL) {
5356                 for (field = 0; field < _NPCM; field++) {
5357                         if (pc->pc_map[field]) {
5358                                 bit = bsfq(pc->pc_map[field]);
5359                                 break;
5360                         }
5361                 }
5362                 if (field < _NPCM) {
5363                         pv = &pc->pc_pventry[field * 64 + bit];
5364                         pc->pc_map[field] &= ~(1ul << bit);
5365                         /* If this was the last item, move it to tail */
5366                         if (pc->pc_map[0] == 0 && pc->pc_map[1] == 0 &&
5367                             pc->pc_map[2] == 0) {
5368                                 TAILQ_REMOVE(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
5369                                 TAILQ_INSERT_TAIL(&pmap->pm_pvchunk, pc,
5370                                     pc_list);
5371                         }
5372                         PV_STAT(counter_u64_add(pv_entry_count, 1));
5373                         PV_STAT(counter_u64_add(pv_entry_spare, -1));
5374                         return (pv);
5375                 }
5376         }
5377         /* No free items, allocate another chunk */
5378         m = vm_page_alloc_noobj(VM_ALLOC_WIRED);
5379         if (m == NULL) {
5380                 if (lockp == NULL) {
5381                         PV_STAT(counter_u64_add(pc_chunk_tryfail, 1));
5382                         return (NULL);
5383                 }
5384                 m = reclaim_pv_chunk(pmap, lockp);
5385                 if (m == NULL)
5386                         goto retry;
5387         } else
5388                 counter_u64_add(pv_page_count, 1);
5389         PV_STAT(counter_u64_add(pc_chunk_count, 1));
5390         PV_STAT(counter_u64_add(pc_chunk_allocs, 1));
5391         dump_add_page(m->phys_addr);
5392         pc = (void *)PHYS_TO_DMAP(m->phys_addr);
5393         pc->pc_pmap = pmap;
5394         pc->pc_map[0] = PC_FREE0 & ~1ul;        /* preallocated bit 0 */
5395         pc->pc_map[1] = PC_FREE1;
5396         pc->pc_map[2] = PC_FREE2;
5397         pvc = &pv_chunks[vm_page_domain(m)];
5398         mtx_lock(&pvc->pvc_lock);
5399         TAILQ_INSERT_TAIL(&pvc->pvc_list, pc, pc_lru);
5400         mtx_unlock(&pvc->pvc_lock);
5401         pv = &pc->pc_pventry[0];
5402         TAILQ_INSERT_HEAD(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
5403         PV_STAT(counter_u64_add(pv_entry_count, 1));
5404         PV_STAT(counter_u64_add(pv_entry_spare, _NPCPV - 1));
5405         return (pv);
5406 }
5407
5408 /*
5409  * Returns the number of one bits within the given PV chunk map.
5410  *
5411  * The erratas for Intel processors state that "POPCNT Instruction May
5412  * Take Longer to Execute Than Expected".  It is believed that the
5413  * issue is the spurious dependency on the destination register.
5414  * Provide a hint to the register rename logic that the destination
5415  * value is overwritten, by clearing it, as suggested in the
5416  * optimization manual.  It should be cheap for unaffected processors
5417  * as well.
5418  *
5419  * Reference numbers for erratas are
5420  * 4th Gen Core: HSD146
5421  * 5th Gen Core: BDM85
5422  * 6th Gen Core: SKL029
5423  */
5424 static int
5425 popcnt_pc_map_pq(uint64_t *map)
5426 {
5427         u_long result, tmp;
5428
5429         __asm __volatile("xorl %k0,%k0;popcntq %2,%0;"
5430             "xorl %k1,%k1;popcntq %3,%1;addl %k1,%k0;"
5431             "xorl %k1,%k1;popcntq %4,%1;addl %k1,%k0"
5432             : "=&r" (result), "=&r" (tmp)
5433             : "m" (map[0]), "m" (map[1]), "m" (map[2]));
5434         return (result);
5435 }
5436
5437 /*
5438  * Ensure that the number of spare PV entries in the specified pmap meets or
5439  * exceeds the given count, "needed".
5440  *
5441  * The given PV list lock may be released.
5442  */
5443 static void
5444 reserve_pv_entries(pmap_t pmap, int needed, struct rwlock **lockp)
5445 {
5446         struct pv_chunks_list *pvc;
5447         struct pch new_tail[PMAP_MEMDOM];
5448         struct pv_chunk *pc;
5449         vm_page_t m;
5450         int avail, free, i;
5451         bool reclaimed;
5452
5453         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
5454         KASSERT(lockp != NULL, ("reserve_pv_entries: lockp is NULL"));
5455
5456         /*
5457          * Newly allocated PV chunks must be stored in a private list until
5458          * the required number of PV chunks have been allocated.  Otherwise,
5459          * reclaim_pv_chunk() could recycle one of these chunks.  In
5460          * contrast, these chunks must be added to the pmap upon allocation.
5461          */
5462         for (i = 0; i < PMAP_MEMDOM; i++)
5463                 TAILQ_INIT(&new_tail[i]);
5464 retry:
5465         avail = 0;
5466         TAILQ_FOREACH(pc, &pmap->pm_pvchunk, pc_list) {
5467 #ifndef __POPCNT__
5468                 if ((cpu_feature2 & CPUID2_POPCNT) == 0)
5469                         bit_count((bitstr_t *)pc->pc_map, 0,
5470                             sizeof(pc->pc_map) * NBBY, &free);
5471                 else
5472 #endif
5473                 free = popcnt_pc_map_pq(pc->pc_map);
5474                 if (free == 0)
5475                         break;
5476                 avail += free;
5477                 if (avail >= needed)
5478                         break;
5479         }
5480         for (reclaimed = false; avail < needed; avail += _NPCPV) {
5481                 m = vm_page_alloc_noobj(VM_ALLOC_WIRED);
5482                 if (m == NULL) {
5483                         m = reclaim_pv_chunk(pmap, lockp);
5484                         if (m == NULL)
5485                                 goto retry;
5486                         reclaimed = true;
5487                 } else
5488                         counter_u64_add(pv_page_count, 1);
5489                 PV_STAT(counter_u64_add(pc_chunk_count, 1));
5490                 PV_STAT(counter_u64_add(pc_chunk_allocs, 1));
5491                 dump_add_page(m->phys_addr);
5492                 pc = (void *)PHYS_TO_DMAP(m->phys_addr);
5493                 pc->pc_pmap = pmap;
5494                 pc->pc_map[0] = PC_FREE0;
5495                 pc->pc_map[1] = PC_FREE1;
5496                 pc->pc_map[2] = PC_FREE2;
5497                 TAILQ_INSERT_HEAD(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
5498                 TAILQ_INSERT_TAIL(&new_tail[vm_page_domain(m)], pc, pc_lru);
5499                 PV_STAT(counter_u64_add(pv_entry_spare, _NPCPV));
5500
5501                 /*
5502                  * The reclaim might have freed a chunk from the current pmap.
5503                  * If that chunk contained available entries, we need to
5504                  * re-count the number of available entries.
5505                  */
5506                 if (reclaimed)
5507                         goto retry;
5508         }
5509         for (i = 0; i < vm_ndomains; i++) {
5510                 if (TAILQ_EMPTY(&new_tail[i]))
5511                         continue;
5512                 pvc = &pv_chunks[i];
5513                 mtx_lock(&pvc->pvc_lock);
5514                 TAILQ_CONCAT(&pvc->pvc_list, &new_tail[i], pc_lru);
5515                 mtx_unlock(&pvc->pvc_lock);
5516         }
5517 }
5518
5519 /*
5520  * First find and then remove the pv entry for the specified pmap and virtual
5521  * address from the specified pv list.  Returns the pv entry if found and NULL
5522  * otherwise.  This operation can be performed on pv lists for either 4KB or
5523  * 2MB page mappings.
5524  */
5525 static __inline pv_entry_t
5526 pmap_pvh_remove(struct md_page *pvh, pmap_t pmap, vm_offset_t va)
5527 {
5528         pv_entry_t pv;
5529
5530         TAILQ_FOREACH(pv, &pvh->pv_list, pv_next) {
5531                 if (pmap == PV_PMAP(pv) && va == pv->pv_va) {
5532                         TAILQ_REMOVE(&pvh->pv_list, pv, pv_next);
5533                         pvh->pv_gen++;
5534                         break;
5535                 }
5536         }
5537         return (pv);
5538 }
5539
5540 /*
5541  * After demotion from a 2MB page mapping to 512 4KB page mappings,
5542  * destroy the pv entry for the 2MB page mapping and reinstantiate the pv
5543  * entries for each of the 4KB page mappings.
5544  */
5545 static void
5546 pmap_pv_demote_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_paddr_t pa,
5547     struct rwlock **lockp)
5548 {
5549         struct md_page *pvh;
5550         struct pv_chunk *pc;
5551         pv_entry_t pv;
5552         vm_offset_t va_last;
5553         vm_page_t m;
5554         int bit, field;
5555
5556         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
5557         KASSERT((pa & PDRMASK) == 0,
5558             ("pmap_pv_demote_pde: pa is not 2mpage aligned"));
5559         CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_PHYS(lockp, pa);
5560
5561         /*
5562          * Transfer the 2mpage's pv entry for this mapping to the first
5563          * page's pv list.  Once this transfer begins, the pv list lock
5564          * must not be released until the last pv entry is reinstantiated.
5565          */
5566         pvh = pa_to_pvh(pa);
5567         va = trunc_2mpage(va);
5568         pv = pmap_pvh_remove(pvh, pmap, va);
5569         KASSERT(pv != NULL, ("pmap_pv_demote_pde: pv not found"));
5570         m = PHYS_TO_VM_PAGE(pa);
5571         TAILQ_INSERT_TAIL(&m->md.pv_list, pv, pv_next);
5572         m->md.pv_gen++;
5573         /* Instantiate the remaining NPTEPG - 1 pv entries. */
5574         PV_STAT(counter_u64_add(pv_entry_allocs, NPTEPG - 1));
5575         va_last = va + NBPDR - PAGE_SIZE;
5576         for (;;) {
5577                 pc = TAILQ_FIRST(&pmap->pm_pvchunk);
5578                 KASSERT(pc->pc_map[0] != 0 || pc->pc_map[1] != 0 ||
5579                     pc->pc_map[2] != 0, ("pmap_pv_demote_pde: missing spare"));
5580                 for (field = 0; field < _NPCM; field++) {
5581                         while (pc->pc_map[field]) {
5582                                 bit = bsfq(pc->pc_map[field]);
5583                                 pc->pc_map[field] &= ~(1ul << bit);
5584                                 pv = &pc->pc_pventry[field * 64 + bit];
5585                                 va += PAGE_SIZE;
5586                                 pv->pv_va = va;
5587                                 m++;
5588                                 KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
5589                             ("pmap_pv_demote_pde: page %p is not managed", m));
5590                                 TAILQ_INSERT_TAIL(&m->md.pv_list, pv, pv_next);
5591                                 m->md.pv_gen++;
5592                                 if (va == va_last)
5593                                         goto out;
5594                         }
5595                 }
5596                 TAILQ_REMOVE(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
5597                 TAILQ_INSERT_TAIL(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
5598         }
5599 out:
5600         if (pc->pc_map[0] == 0 && pc->pc_map[1] == 0 && pc->pc_map[2] == 0) {
5601                 TAILQ_REMOVE(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
5602                 TAILQ_INSERT_TAIL(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
5603         }
5604         PV_STAT(counter_u64_add(pv_entry_count, NPTEPG - 1));
5605         PV_STAT(counter_u64_add(pv_entry_spare, -(NPTEPG - 1)));
5606 }
5607
5608 #if VM_NRESERVLEVEL > 0
5609 /*
5610  * After promotion from 512 4KB page mappings to a single 2MB page mapping,
5611  * replace the many pv entries for the 4KB page mappings by a single pv entry
5612  * for the 2MB page mapping.
5613  */
5614 static void
5615 pmap_pv_promote_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_paddr_t pa,
5616     struct rwlock **lockp)
5617 {
5618         struct md_page *pvh;
5619         pv_entry_t pv;
5620         vm_offset_t va_last;
5621         vm_page_t m;
5622
5623         KASSERT((pa & PDRMASK) == 0,
5624             ("pmap_pv_promote_pde: pa is not 2mpage aligned"));
5625         CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_PHYS(lockp, pa);
5626
5627         /*
5628          * Transfer the first page's pv entry for this mapping to the 2mpage's
5629          * pv list.  Aside from avoiding the cost of a call to get_pv_entry(),
5630          * a transfer avoids the possibility that get_pv_entry() calls
5631          * reclaim_pv_chunk() and that reclaim_pv_chunk() removes one of the
5632          * mappings that is being promoted.
5633          */
5634         m = PHYS_TO_VM_PAGE(pa);
5635         va = trunc_2mpage(va);
5636         pv = pmap_pvh_remove(&m->md, pmap, va);
5637         KASSERT(pv != NULL, ("pmap_pv_promote_pde: pv not found"));
5638         pvh = pa_to_pvh(pa);
5639         TAILQ_INSERT_TAIL(&pvh->pv_list, pv, pv_next);
5640         pvh->pv_gen++;
5641         /* Free the remaining NPTEPG - 1 pv entries. */
5642         va_last = va + NBPDR - PAGE_SIZE;
5643         do {
5644                 m++;
5645                 va += PAGE_SIZE;
5646                 pmap_pvh_free(&m->md, pmap, va);
5647         } while (va < va_last);
5648 }
5649 #endif /* VM_NRESERVLEVEL > 0 */
5650
5651 /*
5652  * First find and then destroy the pv entry for the specified pmap and virtual
5653  * address.  This operation can be performed on pv lists for either 4KB or 2MB
5654  * page mappings.
5655  */
5656 static void
5657 pmap_pvh_free(struct md_page *pvh, pmap_t pmap, vm_offset_t va)
5658 {
5659         pv_entry_t pv;
5660
5661         pv = pmap_pvh_remove(pvh, pmap, va);
5662         KASSERT(pv != NULL, ("pmap_pvh_free: pv not found"));
5663         free_pv_entry(pmap, pv);
5664 }
5665
5666 /*
5667  * Conditionally create the PV entry for a 4KB page mapping if the required
5668  * memory can be allocated without resorting to reclamation.
5669  */
5670 static boolean_t
5671 pmap_try_insert_pv_entry(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m,
5672     struct rwlock **lockp)
5673 {
5674         pv_entry_t pv;
5675
5676         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
5677         /* Pass NULL instead of the lock pointer to disable reclamation. */
5678         if ((pv = get_pv_entry(pmap, NULL)) != NULL) {
5679                 pv->pv_va = va;
5680                 CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_VM_PAGE(lockp, m);
5681                 TAILQ_INSERT_TAIL(&m->md.pv_list, pv, pv_next);
5682                 m->md.pv_gen++;
5683                 return (TRUE);
5684         } else
5685                 return (FALSE);
5686 }
5687
5688 /*
5689  * Create the PV entry for a 2MB page mapping.  Always returns true unless the
5690  * flag PMAP_ENTER_NORECLAIM is specified.  If that flag is specified, returns
5691  * false if the PV entry cannot be allocated without resorting to reclamation.
5692  */
5693 static bool
5694 pmap_pv_insert_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t pde, u_int flags,
5695     struct rwlock **lockp)
5696 {
5697         struct md_page *pvh;
5698         pv_entry_t pv;
5699         vm_paddr_t pa;
5700
5701         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
5702         /* Pass NULL instead of the lock pointer to disable reclamation. */
5703         if ((pv = get_pv_entry(pmap, (flags & PMAP_ENTER_NORECLAIM) != 0 ?
5704             NULL : lockp)) == NULL)
5705                 return (false);
5706         pv->pv_va = va;
5707         pa = pde & PG_PS_FRAME;
5708         CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_PHYS(lockp, pa);
5709         pvh = pa_to_pvh(pa);
5710         TAILQ_INSERT_TAIL(&pvh->pv_list, pv, pv_next);
5711         pvh->pv_gen++;
5712         return (true);
5713 }
5714
5715 /*
5716  * Fills a page table page with mappings to consecutive physical pages.
5717  */
5718 static void
5719 pmap_fill_ptp(pt_entry_t *firstpte, pt_entry_t newpte)
5720 {
5721         pt_entry_t *pte;
5722
5723         for (pte = firstpte; pte < firstpte + NPTEPG; pte++) {
5724                 *pte = newpte;
5725                 newpte += PAGE_SIZE;
5726         }
5727 }
5728
5729 /*
5730  * Tries to demote a 2MB page mapping.  If demotion fails, the 2MB page
5731  * mapping is invalidated.
5732  */
5733 static boolean_t
5734 pmap_demote_pde(pmap_t pmap, pd_entry_t *pde, vm_offset_t va)
5735 {
5736         struct rwlock *lock;
5737         boolean_t rv;
5738
5739         lock = NULL;
5740         rv = pmap_demote_pde_locked(pmap, pde, va, &lock);
5741         if (lock != NULL)
5742                 rw_wunlock(lock);
5743         return (rv);
5744 }
5745
5746 static void
5747 pmap_demote_pde_check(pt_entry_t *firstpte __unused, pt_entry_t newpte __unused)
5748 {
5749 #ifdef INVARIANTS
5750 #ifdef DIAGNOSTIC
5751         pt_entry_t *xpte, *ypte;
5752
5753         for (xpte = firstpte; xpte < firstpte + NPTEPG;
5754             xpte++, newpte += PAGE_SIZE) {
5755                 if ((*xpte & PG_FRAME) != (newpte & PG_FRAME)) {
5756                         printf("pmap_demote_pde: xpte %zd and newpte map "
5757                             "different pages: found %#lx, expected %#lx\n",
5758                             xpte - firstpte, *xpte, newpte);
5759                         printf("page table dump\n");
5760                         for (ypte = firstpte; ypte < firstpte + NPTEPG; ypte++)
5761                                 printf("%zd %#lx\n", ypte - firstpte, *ypte);
5762                         panic("firstpte");
5763                 }
5764         }
5765 #else
5766         KASSERT((*firstpte & PG_FRAME) == (newpte & PG_FRAME),
5767             ("pmap_demote_pde: firstpte and newpte map different physical"
5768             " addresses"));
5769 #endif
5770 #endif
5771 }
5772
5773 static void
5774 pmap_demote_pde_abort(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t *pde,
5775     pd_entry_t oldpde, struct rwlock **lockp)
5776 {
5777         struct spglist free;
5778         vm_offset_t sva;
5779
5780         SLIST_INIT(&free);
5781         sva = trunc_2mpage(va);
5782         pmap_remove_pde(pmap, pde, sva, &free, lockp);
5783         if ((oldpde & pmap_global_bit(pmap)) == 0)
5784                 pmap_invalidate_pde_page(pmap, sva, oldpde);
5785         vm_page_free_pages_toq(&free, true);
5786         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_demote_pde: failure for va %#lx in pmap %p",
5787             va, pmap);
5788 }
5789
5790 static boolean_t
5791 pmap_demote_pde_locked(pmap_t pmap, pd_entry_t *pde, vm_offset_t va,
5792     struct rwlock **lockp)
5793 {
5794         pd_entry_t newpde, oldpde;
5795         pt_entry_t *firstpte, newpte;
5796         pt_entry_t PG_A, PG_G, PG_M, PG_PKU_MASK, PG_RW, PG_V;
5797         vm_paddr_t mptepa;
5798         vm_page_t mpte;
5799         int PG_PTE_CACHE;
5800         bool in_kernel;
5801
5802         PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
5803         PG_G = pmap_global_bit(pmap);
5804         PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
5805         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
5806         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
5807         PG_PTE_CACHE = pmap_cache_mask(pmap, 0);
5808         PG_PKU_MASK = pmap_pku_mask_bit(pmap);
5809
5810         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
5811         in_kernel = va >= VM_MAXUSER_ADDRESS;
5812         oldpde = *pde;
5813         KASSERT((oldpde & (PG_PS | PG_V)) == (PG_PS | PG_V),
5814             ("pmap_demote_pde: oldpde is missing PG_PS and/or PG_V"));
5815
5816         /*
5817          * Invalidate the 2MB page mapping and return "failure" if the
5818          * mapping was never accessed.
5819          */
5820         if ((oldpde & PG_A) == 0) {
5821                 KASSERT((oldpde & PG_W) == 0,
5822                     ("pmap_demote_pde: a wired mapping is missing PG_A"));
5823                 pmap_demote_pde_abort(pmap, va, pde, oldpde, lockp);
5824                 return (FALSE);
5825         }
5826
5827         mpte = pmap_remove_pt_page(pmap, va);
5828         if (mpte == NULL) {
5829                 KASSERT((oldpde & PG_W) == 0,
5830                     ("pmap_demote_pde: page table page for a wired mapping"
5831                     " is missing"));
5832
5833                 /*
5834                  * If the page table page is missing and the mapping
5835                  * is for a kernel address, the mapping must belong to
5836                  * the direct map.  Page table pages are preallocated
5837                  * for every other part of the kernel address space,
5838                  * so the direct map region is the only part of the
5839                  * kernel address space that must be handled here.
5840                  */
5841                 KASSERT(!in_kernel || (va >= DMAP_MIN_ADDRESS &&
5842                     va < DMAP_MAX_ADDRESS),
5843                     ("pmap_demote_pde: No saved mpte for va %#lx", va));
5844
5845                 /*
5846                  * If the 2MB page mapping belongs to the direct map
5847                  * region of the kernel's address space, then the page
5848                  * allocation request specifies the highest possible
5849                  * priority (VM_ALLOC_INTERRUPT).  Otherwise, the
5850                  * priority is normal.
5851                  */
5852                 mpte = pmap_alloc_pt_page(pmap, pmap_pde_pindex(va),
5853                     (in_kernel ? VM_ALLOC_INTERRUPT : 0) | VM_ALLOC_WIRED);
5854
5855                 /*
5856                  * If the allocation of the new page table page fails,
5857                  * invalidate the 2MB page mapping and return "failure".
5858                  */
5859                 if (mpte == NULL) {
5860                         pmap_demote_pde_abort(pmap, va, pde, oldpde, lockp);
5861                         return (FALSE);
5862                 }
5863
5864                 if (!in_kernel)
5865                         mpte->ref_count = NPTEPG;
5866         }
5867         mptepa = VM_PAGE_TO_PHYS(mpte);
5868         firstpte = (pt_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(mptepa);
5869         newpde = mptepa | PG_M | PG_A | (oldpde & PG_U) | PG_RW | PG_V;
5870         KASSERT((oldpde & (PG_M | PG_RW)) != PG_RW,
5871             ("pmap_demote_pde: oldpde is missing PG_M"));
5872         newpte = oldpde & ~PG_PS;
5873         newpte = pmap_swap_pat(pmap, newpte);
5874
5875         /*
5876          * If the page table page is not leftover from an earlier promotion,
5877          * initialize it.
5878          */
5879         if (mpte->valid == 0)
5880                 pmap_fill_ptp(firstpte, newpte);
5881
5882         pmap_demote_pde_check(firstpte, newpte);
5883
5884         /*
5885          * If the mapping has changed attributes, update the page table
5886          * entries.
5887          */
5888         if ((*firstpte & PG_PTE_PROMOTE) != (newpte & PG_PTE_PROMOTE))
5889                 pmap_fill_ptp(firstpte, newpte);
5890
5891         /*
5892          * The spare PV entries must be reserved prior to demoting the
5893          * mapping, that is, prior to changing the PDE.  Otherwise, the state
5894          * of the PDE and the PV lists will be inconsistent, which can result
5895          * in reclaim_pv_chunk() attempting to remove a PV entry from the
5896          * wrong PV list and pmap_pv_demote_pde() failing to find the expected
5897          * PV entry for the 2MB page mapping that is being demoted.
5898          */
5899         if ((oldpde & PG_MANAGED) != 0)
5900                 reserve_pv_entries(pmap, NPTEPG - 1, lockp);
5901
5902         /*
5903          * Demote the mapping.  This pmap is locked.  The old PDE has
5904          * PG_A set.  If the old PDE has PG_RW set, it also has PG_M
5905          * set.  Thus, there is no danger of a race with another
5906          * processor changing the setting of PG_A and/or PG_M between
5907          * the read above and the store below. 
5908          */
5909         if (workaround_erratum383)
5910                 pmap_update_pde(pmap, va, pde, newpde);
5911         else
5912                 pde_store(pde, newpde);
5913
5914         /*
5915          * Invalidate a stale recursive mapping of the page table page.
5916          */
5917         if (in_kernel)
5918                 pmap_invalidate_page(pmap, (vm_offset_t)vtopte(va));
5919
5920         /*
5921          * Demote the PV entry.
5922          */
5923         if ((oldpde & PG_MANAGED) != 0)
5924                 pmap_pv_demote_pde(pmap, va, oldpde & PG_PS_FRAME, lockp);
5925
5926         counter_u64_add(pmap_pde_demotions, 1);
5927         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_demote_pde: success for va %#lx in pmap %p",
5928             va, pmap);
5929         return (TRUE);
5930 }
5931
5932 /*
5933  * pmap_remove_kernel_pde: Remove a kernel superpage mapping.
5934  */
5935 static void
5936 pmap_remove_kernel_pde(pmap_t pmap, pd_entry_t *pde, vm_offset_t va)
5937 {
5938         pd_entry_t newpde;
5939         vm_paddr_t mptepa;
5940         vm_page_t mpte;
5941
5942         KASSERT(pmap == kernel_pmap, ("pmap %p is not kernel_pmap", pmap));
5943         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
5944         mpte = pmap_remove_pt_page(pmap, va);
5945         if (mpte == NULL)
5946                 panic("pmap_remove_kernel_pde: Missing pt page.");
5947
5948         mptepa = VM_PAGE_TO_PHYS(mpte);
5949         newpde = mptepa | X86_PG_M | X86_PG_A | X86_PG_RW | X86_PG_V;
5950
5951         /*
5952          * If this page table page was unmapped by a promotion, then it
5953          * contains valid mappings.  Zero it to invalidate those mappings.
5954          */
5955         if (mpte->valid != 0)
5956                 pagezero((void *)PHYS_TO_DMAP(mptepa));
5957
5958         /*
5959          * Demote the mapping.
5960          */
5961         if (workaround_erratum383)
5962                 pmap_update_pde(pmap, va, pde, newpde);
5963         else
5964                 pde_store(pde, newpde);
5965
5966         /*
5967          * Invalidate a stale recursive mapping of the page table page.
5968          */
5969         pmap_invalidate_page(pmap, (vm_offset_t)vtopte(va));
5970 }
5971
5972 /*
5973  * pmap_remove_pde: do the things to unmap a superpage in a process
5974  */
5975 static int
5976 pmap_remove_pde(pmap_t pmap, pd_entry_t *pdq, vm_offset_t sva,
5977     struct spglist *free, struct rwlock **lockp)
5978 {
5979         struct md_page *pvh;
5980         pd_entry_t oldpde;
5981         vm_offset_t eva, va;
5982         vm_page_t m, mpte;
5983         pt_entry_t PG_G, PG_A, PG_M, PG_RW;
5984
5985         PG_G = pmap_global_bit(pmap);
5986         PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
5987         PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
5988         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
5989
5990         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
5991         KASSERT((sva & PDRMASK) == 0,
5992             ("pmap_remove_pde: sva is not 2mpage aligned"));
5993         oldpde = pte_load_clear(pdq);
5994         if (oldpde & PG_W)
5995                 pmap->pm_stats.wired_count -= NBPDR / PAGE_SIZE;
5996         if ((oldpde & PG_G) != 0)
5997                 pmap_invalidate_pde_page(kernel_pmap, sva, oldpde);
5998         pmap_resident_count_adj(pmap, -NBPDR / PAGE_SIZE);
5999         if (oldpde & PG_MANAGED) {
6000                 CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_PHYS(lockp, oldpde & PG_PS_FRAME);
6001                 pvh = pa_to_pvh(oldpde & PG_PS_FRAME);
6002                 pmap_pvh_free(pvh, pmap, sva);
6003                 eva = sva + NBPDR;
6004                 for (va = sva, m = PHYS_TO_VM_PAGE(oldpde & PG_PS_FRAME);
6005                     va < eva; va += PAGE_SIZE, m++) {
6006                         if ((oldpde & (PG_M | PG_RW)) == (PG_M | PG_RW))
6007                                 vm_page_dirty(m);
6008                         if (oldpde & PG_A)
6009                                 vm_page_aflag_set(m, PGA_REFERENCED);
6010                         if (TAILQ_EMPTY(&m->md.pv_list) &&
6011                             TAILQ_EMPTY(&pvh->pv_list))
6012                                 vm_page_aflag_clear(m, PGA_WRITEABLE);
6013                         pmap_delayed_invl_page(m);
6014                 }
6015         }
6016         if (pmap == kernel_pmap) {
6017                 pmap_remove_kernel_pde(pmap, pdq, sva);
6018         } else {
6019                 mpte = pmap_remove_pt_page(pmap, sva);
6020                 if (mpte != NULL) {
6021                         KASSERT(mpte->valid == VM_PAGE_BITS_ALL,
6022                             ("pmap_remove_pde: pte page not promoted"));
6023                         pmap_resident_count_adj(pmap, -1);
6024                         KASSERT(mpte->ref_count == NPTEPG,
6025                             ("pmap_remove_pde: pte page ref count error"));
6026                         mpte->ref_count = 0;
6027                         pmap_add_delayed_free_list(mpte, free, FALSE);
6028                 }
6029         }
6030         return (pmap_unuse_pt(pmap, sva, *pmap_pdpe(pmap, sva), free));
6031 }
6032
6033 /*
6034  * pmap_remove_pte: do the things to unmap a page in a process
6035  */
6036 static int
6037 pmap_remove_pte(pmap_t pmap, pt_entry_t *ptq, vm_offset_t va, 
6038     pd_entry_t ptepde, struct spglist *free, struct rwlock **lockp)
6039 {
6040         struct md_page *pvh;
6041         pt_entry_t oldpte, PG_A, PG_M, PG_RW;
6042         vm_page_t m;
6043
6044         PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
6045         PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
6046         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
6047
6048         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
6049         oldpte = pte_load_clear(ptq);
6050         if (oldpte & PG_W)
6051                 pmap->pm_stats.wired_count -= 1;
6052         pmap_resident_count_adj(pmap, -1);
6053         if (oldpte & PG_MANAGED) {
6054                 m = PHYS_TO_VM_PAGE(oldpte & PG_FRAME);
6055                 if ((oldpte & (PG_M | PG_RW)) == (PG_M | PG_RW))
6056                         vm_page_dirty(m);
6057                 if (oldpte & PG_A)
6058                         vm_page_aflag_set(m, PGA_REFERENCED);
6059                 CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_VM_PAGE(lockp, m);
6060                 pmap_pvh_free(&m->md, pmap, va);
6061                 if (TAILQ_EMPTY(&m->md.pv_list) &&
6062                     (m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0) {
6063                         pvh = pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
6064                         if (TAILQ_EMPTY(&pvh->pv_list))
6065                                 vm_page_aflag_clear(m, PGA_WRITEABLE);
6066                 }
6067                 pmap_delayed_invl_page(m);
6068         }
6069         return (pmap_unuse_pt(pmap, va, ptepde, free));
6070 }
6071
6072 /*
6073  * Remove a single page from a process address space
6074  */
6075 static void
6076 pmap_remove_page(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t *pde,
6077     struct spglist *free)
6078 {
6079         struct rwlock *lock;
6080         pt_entry_t *pte, PG_V;
6081
6082         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
6083         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
6084         if ((*pde & PG_V) == 0)
6085                 return;
6086         pte = pmap_pde_to_pte(pde, va);
6087         if ((*pte & PG_V) == 0)
6088                 return;
6089         lock = NULL;
6090         pmap_remove_pte(pmap, pte, va, *pde, free, &lock);
6091         if (lock != NULL)
6092                 rw_wunlock(lock);
6093         pmap_invalidate_page(pmap, va);
6094 }
6095
6096 /*
6097  * Removes the specified range of addresses from the page table page.
6098  */
6099 static bool
6100 pmap_remove_ptes(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva,
6101     pd_entry_t *pde, struct spglist *free, struct rwlock **lockp)
6102 {
6103         pt_entry_t PG_G, *pte;
6104         vm_offset_t va;
6105         bool anyvalid;
6106
6107         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
6108         PG_G = pmap_global_bit(pmap);
6109         anyvalid = false;
6110         va = eva;
6111         for (pte = pmap_pde_to_pte(pde, sva); sva != eva; pte++,
6112             sva += PAGE_SIZE) {
6113                 if (*pte == 0) {
6114                         if (va != eva) {
6115                                 pmap_invalidate_range(pmap, va, sva);
6116                                 va = eva;
6117                         }
6118                         continue;
6119                 }
6120                 if ((*pte & PG_G) == 0)
6121                         anyvalid = true;
6122                 else if (va == eva)
6123                         va = sva;
6124                 if (pmap_remove_pte(pmap, pte, sva, *pde, free, lockp)) {
6125                         sva += PAGE_SIZE;
6126                         break;
6127                 }
6128         }
6129         if (va != eva)
6130                 pmap_invalidate_range(pmap, va, sva);
6131         return (anyvalid);
6132 }
6133
6134 /*
6135  *      Remove the given range of addresses from the specified map.
6136  *
6137  *      It is assumed that the start and end are properly
6138  *      rounded to the page size.
6139  */
6140 void
6141 pmap_remove(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
6142 {
6143         struct rwlock *lock;
6144         vm_page_t mt;
6145         vm_offset_t va_next;
6146         pml5_entry_t *pml5e;
6147         pml4_entry_t *pml4e;
6148         pdp_entry_t *pdpe;
6149         pd_entry_t ptpaddr, *pde;
6150         pt_entry_t PG_G, PG_V;
6151         struct spglist free;
6152         int anyvalid;
6153
6154         PG_G = pmap_global_bit(pmap);
6155         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
6156
6157         /*
6158          * If there are no resident pages besides the top level page
6159          * table page(s), there is nothing to do.  Kernel pmap always
6160          * accounts whole preloaded area as resident, which makes its
6161          * resident count > 2.
6162          * Perform an unsynchronized read.  This is, however, safe.
6163          */
6164         if (pmap->pm_stats.resident_count <= 1 + (pmap->pm_pmltopu != NULL ?
6165             1 : 0))
6166                 return;
6167
6168         anyvalid = 0;
6169         SLIST_INIT(&free);
6170
6171         pmap_delayed_invl_start();
6172         PMAP_LOCK(pmap);
6173         pmap_pkru_on_remove(pmap, sva, eva);
6174
6175         /*
6176          * special handling of removing one page.  a very
6177          * common operation and easy to short circuit some
6178          * code.
6179          */
6180         if (sva + PAGE_SIZE == eva) {
6181                 pde = pmap_pde(pmap, sva);
6182                 if (pde && (*pde & PG_PS) == 0) {
6183                         pmap_remove_page(pmap, sva, pde, &free);
6184                         goto out;
6185                 }
6186         }
6187
6188         lock = NULL;
6189         for (; sva < eva; sva = va_next) {
6190                 if (pmap->pm_stats.resident_count == 0)
6191                         break;
6192
6193                 if (pmap_is_la57(pmap)) {
6194                         pml5e = pmap_pml5e(pmap, sva);
6195                         if ((*pml5e & PG_V) == 0) {
6196                                 va_next = (sva + NBPML5) & ~PML5MASK;
6197                                 if (va_next < sva)
6198                                         va_next = eva;
6199                                 continue;
6200                         }
6201                         pml4e = pmap_pml5e_to_pml4e(pml5e, sva);
6202                 } else {
6203                         pml4e = pmap_pml4e(pmap, sva);
6204                 }
6205                 if ((*pml4e & PG_V) == 0) {
6206                         va_next = (sva + NBPML4) & ~PML4MASK;
6207                         if (va_next < sva)
6208                                 va_next = eva;
6209                         continue;
6210                 }
6211
6212                 va_next = (sva + NBPDP) & ~PDPMASK;
6213                 if (va_next < sva)
6214                         va_next = eva;
6215                 pdpe = pmap_pml4e_to_pdpe(pml4e, sva);
6216                 if ((*pdpe & PG_V) == 0)
6217                         continue;
6218                 if ((*pdpe & PG_PS) != 0) {
6219                         KASSERT(va_next <= eva,
6220                             ("partial update of non-transparent 1G mapping "
6221                             "pdpe %#lx sva %#lx eva %#lx va_next %#lx",
6222                             *pdpe, sva, eva, va_next));
6223                         MPASS(pmap != kernel_pmap); /* XXXKIB */
6224                         MPASS((*pdpe & (PG_MANAGED | PG_G)) == 0);
6225                         anyvalid = 1;
6226                         *pdpe = 0;
6227                         pmap_resident_count_adj(pmap, -NBPDP / PAGE_SIZE);
6228                         mt = PHYS_TO_VM_PAGE(*pmap_pml4e(pmap, sva) & PG_FRAME);
6229                         pmap_unwire_ptp(pmap, sva, mt, &free);
6230                         continue;
6231                 }
6232
6233                 /*
6234                  * Calculate index for next page table.
6235                  */
6236                 va_next = (sva + NBPDR) & ~PDRMASK;
6237                 if (va_next < sva)
6238                         va_next = eva;
6239
6240                 pde = pmap_pdpe_to_pde(pdpe, sva);
6241                 ptpaddr = *pde;
6242
6243                 /*
6244                  * Weed out invalid mappings.
6245                  */
6246                 if (ptpaddr == 0)
6247                         continue;
6248
6249                 /*
6250                  * Check for large page.
6251                  */
6252                 if ((ptpaddr & PG_PS) != 0) {
6253                         /*
6254                          * Are we removing the entire large page?  If not,
6255                          * demote the mapping and fall through.
6256                          */
6257                         if (sva + NBPDR == va_next && eva >= va_next) {
6258                                 /*
6259                                  * The TLB entry for a PG_G mapping is
6260                                  * invalidated by pmap_remove_pde().
6261                                  */
6262                                 if ((ptpaddr & PG_G) == 0)
6263                                         anyvalid = 1;
6264                                 pmap_remove_pde(pmap, pde, sva, &free, &lock);
6265                                 continue;
6266                         } else if (!pmap_demote_pde_locked(pmap, pde, sva,
6267                             &lock)) {
6268                                 /* The large page mapping was destroyed. */
6269                                 continue;
6270                         } else
6271                                 ptpaddr = *pde;
6272                 }
6273
6274                 /*
6275                  * Limit our scan to either the end of the va represented
6276                  * by the current page table page, or to the end of the
6277                  * range being removed.
6278                  */
6279                 if (va_next > eva)
6280                         va_next = eva;
6281
6282                 if (pmap_remove_ptes(pmap, sva, va_next, pde, &free, &lock))
6283                         anyvalid = 1;
6284         }
6285         if (lock != NULL)
6286                 rw_wunlock(lock);
6287 out:
6288         if (anyvalid)
6289                 pmap_invalidate_all(pmap);
6290         PMAP_UNLOCK(pmap);
6291         pmap_delayed_invl_finish();
6292         vm_page_free_pages_toq(&free, true);
6293 }
6294
6295 /*
6296  *      Routine:        pmap_remove_all
6297  *      Function:
6298  *              Removes this physical page from
6299  *              all physical maps in which it resides.
6300  *              Reflects back modify bits to the pager.
6301  *
6302  *      Notes:
6303  *              Original versions of this routine were very
6304  *              inefficient because they iteratively called
6305  *              pmap_remove (slow...)
6306  */
6307
6308 void
6309 pmap_remove_all(vm_page_t m)
6310 {
6311         struct md_page *pvh;
6312         pv_entry_t pv;
6313         pmap_t pmap;
6314         struct rwlock *lock;
6315         pt_entry_t *pte, tpte, PG_A, PG_M, PG_RW;
6316         pd_entry_t *pde;
6317         vm_offset_t va;
6318         struct spglist free;
6319         int pvh_gen, md_gen;
6320
6321         KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
6322             ("pmap_remove_all: page %p is not managed", m));
6323         SLIST_INIT(&free);
6324         lock = VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m);
6325         pvh = (m->flags & PG_FICTITIOUS) != 0 ? &pv_dummy :
6326             pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
6327         rw_wlock(lock);
6328 retry:
6329         while ((pv = TAILQ_FIRST(&pvh->pv_list)) != NULL) {
6330                 pmap = PV_PMAP(pv);
6331                 if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
6332                         pvh_gen = pvh->pv_gen;
6333                         rw_wunlock(lock);
6334                         PMAP_LOCK(pmap);
6335                         rw_wlock(lock);
6336                         if (pvh_gen != pvh->pv_gen) {
6337                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
6338                                 goto retry;
6339                         }
6340                 }
6341                 va = pv->pv_va;
6342                 pde = pmap_pde(pmap, va);
6343                 (void)pmap_demote_pde_locked(pmap, pde, va, &lock);
6344                 PMAP_UNLOCK(pmap);
6345         }
6346         while ((pv = TAILQ_FIRST(&m->md.pv_list)) != NULL) {
6347                 pmap = PV_PMAP(pv);
6348                 if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
6349                         pvh_gen = pvh->pv_gen;
6350                         md_gen = m->md.pv_gen;
6351                         rw_wunlock(lock);
6352                         PMAP_LOCK(pmap);
6353                         rw_wlock(lock);
6354                         if (pvh_gen != pvh->pv_gen || md_gen != m->md.pv_gen) {
6355                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
6356                                 goto retry;
6357                         }
6358                 }
6359                 PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
6360                 PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
6361                 PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
6362                 pmap_resident_count_adj(pmap, -1);
6363                 pde = pmap_pde(pmap, pv->pv_va);
6364                 KASSERT((*pde & PG_PS) == 0, ("pmap_remove_all: found"
6365                     " a 2mpage in page %p's pv list", m));
6366                 pte = pmap_pde_to_pte(pde, pv->pv_va);
6367                 tpte = pte_load_clear(pte);
6368                 if (tpte & PG_W)
6369                         pmap->pm_stats.wired_count--;
6370                 if (tpte & PG_A)
6371                         vm_page_aflag_set(m, PGA_REFERENCED);
6372
6373                 /*
6374                  * Update the vm_page_t clean and reference bits.
6375                  */
6376                 if ((tpte & (PG_M | PG_RW)) == (PG_M | PG_RW))
6377                         vm_page_dirty(m);
6378                 pmap_unuse_pt(pmap, pv->pv_va, *pde, &free);
6379                 pmap_invalidate_page(pmap, pv->pv_va);
6380                 TAILQ_REMOVE(&m->md.pv_list, pv, pv_next);
6381                 m->md.pv_gen++;
6382                 free_pv_entry(pmap, pv);
6383                 PMAP_UNLOCK(pmap);
6384         }
6385         vm_page_aflag_clear(m, PGA_WRITEABLE);
6386         rw_wunlock(lock);
6387         pmap_delayed_invl_wait(m);
6388         vm_page_free_pages_toq(&free, true);
6389 }
6390
6391 /*
6392  * pmap_protect_pde: do the things to protect a 2mpage in a process
6393  */
6394 static boolean_t
6395 pmap_protect_pde(pmap_t pmap, pd_entry_t *pde, vm_offset_t sva, vm_prot_t prot)
6396 {
6397         pd_entry_t newpde, oldpde;
6398         vm_page_t m, mt;
6399         boolean_t anychanged;
6400         pt_entry_t PG_G, PG_M, PG_RW;
6401
6402         PG_G = pmap_global_bit(pmap);
6403         PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
6404         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
6405
6406         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
6407         KASSERT((sva & PDRMASK) == 0,
6408             ("pmap_protect_pde: sva is not 2mpage aligned"));
6409         anychanged = FALSE;
6410 retry:
6411         oldpde = newpde = *pde;
6412         if ((prot & VM_PROT_WRITE) == 0) {
6413                 if ((oldpde & (PG_MANAGED | PG_M | PG_RW)) ==
6414                     (PG_MANAGED | PG_M | PG_RW)) {
6415                         m = PHYS_TO_VM_PAGE(oldpde & PG_PS_FRAME);
6416                         for (mt = m; mt < &m[NBPDR / PAGE_SIZE]; mt++)
6417                                 vm_page_dirty(mt);
6418                 }
6419                 newpde &= ~(PG_RW | PG_M);
6420         }
6421         if ((prot & VM_PROT_EXECUTE) == 0)
6422                 newpde |= pg_nx;
6423         if (newpde != oldpde) {
6424                 /*
6425                  * As an optimization to future operations on this PDE, clear
6426                  * PG_PROMOTED.  The impending invalidation will remove any
6427                  * lingering 4KB page mappings from the TLB.
6428                  */
6429                 if (!atomic_cmpset_long(pde, oldpde, newpde & ~PG_PROMOTED))
6430                         goto retry;
6431                 if ((oldpde & PG_G) != 0)
6432                         pmap_invalidate_pde_page(kernel_pmap, sva, oldpde);
6433                 else
6434                         anychanged = TRUE;
6435         }
6436         return (anychanged);
6437 }
6438
6439 /*
6440  *      Set the physical protection on the
6441  *      specified range of this map as requested.
6442  */
6443 void
6444 pmap_protect(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva, vm_prot_t prot)
6445 {
6446         vm_page_t m;
6447         vm_offset_t va_next;
6448         pml4_entry_t *pml4e;
6449         pdp_entry_t *pdpe;
6450         pd_entry_t ptpaddr, *pde;
6451         pt_entry_t *pte, PG_G, PG_M, PG_RW, PG_V;
6452         pt_entry_t obits, pbits;
6453         boolean_t anychanged;
6454
6455         KASSERT((prot & ~VM_PROT_ALL) == 0, ("invalid prot %x", prot));
6456         if (prot == VM_PROT_NONE) {
6457                 pmap_remove(pmap, sva, eva);
6458                 return;
6459         }
6460
6461         if ((prot & (VM_PROT_WRITE|VM_PROT_EXECUTE)) ==
6462             (VM_PROT_WRITE|VM_PROT_EXECUTE))
6463                 return;
6464
6465         PG_G = pmap_global_bit(pmap);
6466         PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
6467         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
6468         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
6469         anychanged = FALSE;
6470
6471         /*
6472          * Although this function delays and batches the invalidation
6473          * of stale TLB entries, it does not need to call
6474          * pmap_delayed_invl_start() and
6475          * pmap_delayed_invl_finish(), because it does not
6476          * ordinarily destroy mappings.  Stale TLB entries from
6477          * protection-only changes need only be invalidated before the
6478          * pmap lock is released, because protection-only changes do
6479          * not destroy PV entries.  Even operations that iterate over
6480          * a physical page's PV list of mappings, like
6481          * pmap_remove_write(), acquire the pmap lock for each
6482          * mapping.  Consequently, for protection-only changes, the
6483          * pmap lock suffices to synchronize both page table and TLB
6484          * updates.
6485          *
6486          * This function only destroys a mapping if pmap_demote_pde()
6487          * fails.  In that case, stale TLB entries are immediately
6488          * invalidated.
6489          */
6490
6491         PMAP_LOCK(pmap);
6492         for (; sva < eva; sva = va_next) {
6493                 pml4e = pmap_pml4e(pmap, sva);
6494                 if (pml4e == NULL || (*pml4e & PG_V) == 0) {
6495                         va_next = (sva + NBPML4) & ~PML4MASK;
6496                         if (va_next < sva)
6497                                 va_next = eva;
6498                         continue;
6499                 }
6500
6501                 va_next = (sva + NBPDP) & ~PDPMASK;
6502                 if (va_next < sva)
6503                         va_next = eva;
6504                 pdpe = pmap_pml4e_to_pdpe(pml4e, sva);
6505                 if ((*pdpe & PG_V) == 0)
6506                         continue;
6507                 if ((*pdpe & PG_PS) != 0) {
6508                         KASSERT(va_next <= eva,
6509                             ("partial update of non-transparent 1G mapping "
6510                             "pdpe %#lx sva %#lx eva %#lx va_next %#lx",
6511                             *pdpe, sva, eva, va_next));
6512 retry_pdpe:
6513                         obits = pbits = *pdpe;
6514                         MPASS((pbits & (PG_MANAGED | PG_G)) == 0);
6515                         MPASS(pmap != kernel_pmap); /* XXXKIB */
6516                         if ((prot & VM_PROT_WRITE) == 0)
6517                                 pbits &= ~(PG_RW | PG_M);
6518                         if ((prot & VM_PROT_EXECUTE) == 0)
6519                                 pbits |= pg_nx;
6520
6521                         if (pbits != obits) {
6522                                 if (!atomic_cmpset_long(pdpe, obits, pbits))
6523                                         /* PG_PS cannot be cleared under us, */
6524                                         goto retry_pdpe;
6525                                 anychanged = TRUE;
6526                         }
6527                         continue;
6528                 }
6529
6530                 va_next = (sva + NBPDR) & ~PDRMASK;
6531                 if (va_next < sva)
6532                         va_next = eva;
6533
6534                 pde = pmap_pdpe_to_pde(pdpe, sva);
6535                 ptpaddr = *pde;
6536
6537                 /*
6538                  * Weed out invalid mappings.
6539                  */
6540                 if (ptpaddr == 0)
6541                         continue;
6542
6543                 /*
6544                  * Check for large page.
6545                  */
6546                 if ((ptpaddr & PG_PS) != 0) {
6547                         /*
6548                          * Are we protecting the entire large page?  If not,
6549                          * demote the mapping and fall through.
6550                          */
6551                         if (sva + NBPDR == va_next && eva >= va_next) {
6552                                 /*
6553                                  * The TLB entry for a PG_G mapping is
6554                                  * invalidated by pmap_protect_pde().
6555                                  */
6556                                 if (pmap_protect_pde(pmap, pde, sva, prot))
6557                                         anychanged = TRUE;
6558                                 continue;
6559                         } else if (!pmap_demote_pde(pmap, pde, sva)) {
6560                                 /*
6561                                  * The large page mapping was destroyed.
6562                                  */
6563                                 continue;
6564                         }
6565                 }
6566
6567                 if (va_next > eva)
6568                         va_next = eva;
6569
6570                 for (pte = pmap_pde_to_pte(pde, sva); sva != va_next; pte++,
6571                     sva += PAGE_SIZE) {
6572 retry:
6573                         obits = pbits = *pte;
6574                         if ((pbits & PG_V) == 0)
6575                                 continue;
6576
6577                         if ((prot & VM_PROT_WRITE) == 0) {
6578                                 if ((pbits & (PG_MANAGED | PG_M | PG_RW)) ==
6579                                     (PG_MANAGED | PG_M | PG_RW)) {
6580                                         m = PHYS_TO_VM_PAGE(pbits & PG_FRAME);
6581                                         vm_page_dirty(m);
6582                                 }
6583                                 pbits &= ~(PG_RW | PG_M);
6584                         }
6585                         if ((prot & VM_PROT_EXECUTE) == 0)
6586                                 pbits |= pg_nx;
6587
6588                         if (pbits != obits) {
6589                                 if (!atomic_cmpset_long(pte, obits, pbits))
6590                                         goto retry;
6591                                 if (obits & PG_G)
6592                                         pmap_invalidate_page(pmap, sva);
6593                                 else
6594                                         anychanged = TRUE;
6595                         }
6596                 }
6597         }
6598         if (anychanged)
6599                 pmap_invalidate_all(pmap);
6600         PMAP_UNLOCK(pmap);
6601 }
6602
6603 #if VM_NRESERVLEVEL > 0
6604 static bool
6605 pmap_pde_ept_executable(pmap_t pmap, pd_entry_t pde)
6606 {
6607
6608         if (pmap->pm_type != PT_EPT)
6609                 return (false);
6610         return ((pde & EPT_PG_EXECUTE) != 0);
6611 }
6612
6613 /*
6614  * Tries to promote the 512, contiguous 4KB page mappings that are within a
6615  * single page table page (PTP) to a single 2MB page mapping.  For promotion
6616  * to occur, two conditions must be met: (1) the 4KB page mappings must map
6617  * aligned, contiguous physical memory and (2) the 4KB page mappings must have
6618  * identical characteristics. 
6619  */
6620 static void
6621 pmap_promote_pde(pmap_t pmap, pd_entry_t *pde, vm_offset_t va,
6622     struct rwlock **lockp)
6623 {
6624         pd_entry_t newpde;
6625         pt_entry_t *firstpte, oldpte, pa, *pte;
6626         pt_entry_t PG_G, PG_A, PG_M, PG_RW, PG_V, PG_PKU_MASK;
6627         vm_page_t mpte;
6628         int PG_PTE_CACHE;
6629
6630         PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
6631         PG_G = pmap_global_bit(pmap);
6632         PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
6633         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
6634         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
6635         PG_PKU_MASK = pmap_pku_mask_bit(pmap);
6636         PG_PTE_CACHE = pmap_cache_mask(pmap, 0);
6637
6638         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
6639
6640         /*
6641          * Examine the first PTE in the specified PTP.  Abort if this PTE is
6642          * either invalid, unused, or does not map the first 4KB physical page
6643          * within a 2MB page. 
6644          */
6645         firstpte = (pt_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(*pde & PG_FRAME);
6646         newpde = *firstpte;
6647         if ((newpde & ((PG_FRAME & PDRMASK) | PG_A | PG_V)) != (PG_A | PG_V) ||
6648             !pmap_allow_2m_x_page(pmap, pmap_pde_ept_executable(pmap,
6649             newpde))) {
6650                 counter_u64_add(pmap_pde_p_failures, 1);
6651                 CTR2(KTR_PMAP, "pmap_promote_pde: failure for va %#lx"
6652                     " in pmap %p", va, pmap);
6653                 return;
6654         }
6655 setpde:
6656         if ((newpde & (PG_M | PG_RW)) == PG_RW) {
6657                 /*
6658                  * When PG_M is already clear, PG_RW can be cleared without
6659                  * a TLB invalidation.
6660                  */
6661                 if (!atomic_fcmpset_long(firstpte, &newpde, newpde & ~PG_RW))
6662                         goto setpde;
6663                 newpde &= ~PG_RW;
6664         }
6665
6666         /*
6667          * Examine each of the other PTEs in the specified PTP.  Abort if this
6668          * PTE maps an unexpected 4KB physical page or does not have identical
6669          * characteristics to the first PTE.
6670          */
6671         pa = (newpde & (PG_PS_FRAME | PG_A | PG_V)) + NBPDR - PAGE_SIZE;
6672         for (pte = firstpte + NPTEPG - 1; pte > firstpte; pte--) {
6673                 oldpte = *pte;
6674                 if ((oldpte & (PG_FRAME | PG_A | PG_V)) != pa) {
6675                         counter_u64_add(pmap_pde_p_failures, 1);
6676                         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_promote_pde: failure for va %#lx"
6677                             " in pmap %p", va, pmap);
6678                         return;
6679                 }
6680 setpte:
6681                 if ((oldpte & (PG_M | PG_RW)) == PG_RW) {
6682                         /*
6683                          * When PG_M is already clear, PG_RW can be cleared
6684                          * without a TLB invalidation.
6685                          */
6686                         if (!atomic_fcmpset_long(pte, &oldpte, oldpte & ~PG_RW))
6687                                 goto setpte;
6688                         oldpte &= ~PG_RW;
6689                         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_promote_pde: protect for va %#lx"
6690                             " in pmap %p", (oldpte & PG_FRAME & PDRMASK) |
6691                             (va & ~PDRMASK), pmap);
6692                 }
6693                 if ((oldpte & PG_PTE_PROMOTE) != (newpde & PG_PTE_PROMOTE)) {
6694                         counter_u64_add(pmap_pde_p_failures, 1);
6695                         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_promote_pde: failure for va %#lx"
6696                             " in pmap %p", va, pmap);
6697                         return;
6698                 }
6699                 pa -= PAGE_SIZE;
6700         }
6701
6702         /*
6703          * Save the page table page in its current state until the PDE
6704          * mapping the superpage is demoted by pmap_demote_pde() or
6705          * destroyed by pmap_remove_pde(). 
6706          */
6707         mpte = PHYS_TO_VM_PAGE(*pde & PG_FRAME);
6708         KASSERT(mpte >= vm_page_array &&
6709             mpte < &vm_page_array[vm_page_array_size],
6710             ("pmap_promote_pde: page table page is out of range"));
6711         KASSERT(mpte->pindex == pmap_pde_pindex(va),
6712             ("pmap_promote_pde: page table page's pindex is wrong "
6713             "mpte %p pidx %#lx va %#lx va pde pidx %#lx",
6714             mpte, mpte->pindex, va, pmap_pde_pindex(va)));
6715         if (pmap_insert_pt_page(pmap, mpte, true)) {
6716                 counter_u64_add(pmap_pde_p_failures, 1);
6717                 CTR2(KTR_PMAP,
6718                     "pmap_promote_pde: failure for va %#lx in pmap %p", va,
6719                     pmap);
6720                 return;
6721         }
6722
6723         /*
6724          * Promote the pv entries.
6725          */
6726         if ((newpde & PG_MANAGED) != 0)
6727                 pmap_pv_promote_pde(pmap, va, newpde & PG_PS_FRAME, lockp);
6728
6729         /*
6730          * Propagate the PAT index to its proper position.
6731          */
6732         newpde = pmap_swap_pat(pmap, newpde);
6733
6734         /*
6735          * Map the superpage.
6736          */
6737         if (workaround_erratum383)
6738                 pmap_update_pde(pmap, va, pde, PG_PS | newpde);
6739         else
6740                 pde_store(pde, PG_PROMOTED | PG_PS | newpde);
6741
6742         counter_u64_add(pmap_pde_promotions, 1);
6743         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_promote_pde: success for va %#lx"
6744             " in pmap %p", va, pmap);
6745 }
6746 #endif /* VM_NRESERVLEVEL > 0 */
6747
6748 static int
6749 pmap_enter_largepage(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pt_entry_t newpte, int flags,
6750     int psind)
6751 {
6752         vm_page_t mp;
6753         pt_entry_t origpte, *pml4e, *pdpe, *pde, pten, PG_V;
6754
6755         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
6756         KASSERT(psind > 0 && psind < MAXPAGESIZES && pagesizes[psind] != 0,
6757             ("psind %d unexpected", psind));
6758         KASSERT(((newpte & PG_FRAME) & (pagesizes[psind] - 1)) == 0,
6759             ("unaligned phys address %#lx newpte %#lx psind %d",
6760             newpte & PG_FRAME, newpte, psind));
6761         KASSERT((va & (pagesizes[psind] - 1)) == 0,
6762             ("unaligned va %#lx psind %d", va, psind));
6763         KASSERT(va < VM_MAXUSER_ADDRESS,
6764             ("kernel mode non-transparent superpage")); /* XXXKIB */
6765         KASSERT(va + pagesizes[psind] < VM_MAXUSER_ADDRESS,
6766             ("overflowing user map va %#lx psind %d", va, psind)); /* XXXKIB */
6767
6768         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
6769
6770 restart:
6771         if (!pmap_pkru_same(pmap, va, va + pagesizes[psind]))
6772                 return (KERN_PROTECTION_FAILURE);
6773         pten = newpte;
6774         if (va < VM_MAXUSER_ADDRESS && pmap->pm_type == PT_X86)
6775                 pten |= pmap_pkru_get(pmap, va);
6776
6777         if (psind == 2) {       /* 1G */
6778                 pml4e = pmap_pml4e(pmap, va);
6779                 if (pml4e == NULL || (*pml4e & PG_V) == 0) {
6780                         mp = pmap_allocpte_alloc(pmap, pmap_pml4e_pindex(va),
6781                             NULL, va);
6782                         if (mp == NULL)
6783                                 goto allocf;
6784                         pdpe = (pdp_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(mp));
6785                         pdpe = &pdpe[pmap_pdpe_index(va)];
6786                         origpte = *pdpe;
6787                         MPASS(origpte == 0);
6788                 } else {
6789                         pdpe = pmap_pml4e_to_pdpe(pml4e, va);
6790                         KASSERT(pdpe != NULL, ("va %#lx lost pdpe", va));
6791                         origpte = *pdpe;
6792                         if ((origpte & PG_V) == 0) {
6793                                 mp = PHYS_TO_VM_PAGE(*pml4e & PG_FRAME);
6794                                 mp->ref_count++;
6795                         }
6796                 }
6797                 *pdpe = pten;
6798         } else /* (psind == 1) */ {     /* 2M */
6799                 pde = pmap_pde(pmap, va);
6800                 if (pde == NULL) {
6801                         mp = pmap_allocpte_alloc(pmap, pmap_pdpe_pindex(va),
6802                             NULL, va);
6803                         if (mp == NULL)
6804                                 goto allocf;
6805                         pde = (pd_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(mp));
6806                         pde = &pde[pmap_pde_index(va)];
6807                         origpte = *pde;
6808                         MPASS(origpte == 0);
6809                 } else {
6810                         origpte = *pde;
6811                         if ((origpte & PG_V) == 0) {
6812                                 pdpe = pmap_pdpe(pmap, va);
6813                                 MPASS(pdpe != NULL && (*pdpe & PG_V) != 0);
6814                                 mp = PHYS_TO_VM_PAGE(*pdpe & PG_FRAME);
6815                                 mp->ref_count++;
6816                         }
6817                 }
6818                 *pde = pten;
6819         }
6820         KASSERT((origpte & PG_V) == 0 || ((origpte & PG_PS) != 0 &&
6821             (origpte & PG_PS_FRAME) == (pten & PG_PS_FRAME)),
6822             ("va %#lx changing %s phys page origpte %#lx pten %#lx",
6823             va, psind == 2 ? "1G" : "2M", origpte, pten));
6824         if ((pten & PG_W) != 0 && (origpte & PG_W) == 0)
6825                 pmap->pm_stats.wired_count += pagesizes[psind] / PAGE_SIZE;
6826         else if ((pten & PG_W) == 0 && (origpte & PG_W) != 0)
6827                 pmap->pm_stats.wired_count -= pagesizes[psind] / PAGE_SIZE;
6828         if ((origpte & PG_V) == 0)
6829                 pmap_resident_count_adj(pmap, pagesizes[psind] / PAGE_SIZE);
6830
6831         return (KERN_SUCCESS);
6832
6833 allocf:
6834         if ((flags & PMAP_ENTER_NOSLEEP) != 0)
6835                 return (KERN_RESOURCE_SHORTAGE);
6836         PMAP_UNLOCK(pmap);
6837         vm_wait(NULL);
6838         PMAP_LOCK(pmap);
6839         goto restart;
6840 }
6841
6842 /*
6843  *      Insert the given physical page (p) at
6844  *      the specified virtual address (v) in the
6845  *      target physical map with the protection requested.
6846  *
6847  *      If specified, the page will be wired down, meaning
6848  *      that the related pte can not be reclaimed.
6849  *
6850  *      NB:  This is the only routine which MAY NOT lazy-evaluate
6851  *      or lose information.  That is, this routine must actually
6852  *      insert this page into the given map NOW.
6853  *
6854  *      When destroying both a page table and PV entry, this function
6855  *      performs the TLB invalidation before releasing the PV list
6856  *      lock, so we do not need pmap_delayed_invl_page() calls here.
6857  */
6858 int
6859 pmap_enter(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m, vm_prot_t prot,
6860     u_int flags, int8_t psind)
6861 {
6862         struct rwlock *lock;
6863         pd_entry_t *pde;
6864         pt_entry_t *pte, PG_G, PG_A, PG_M, PG_RW, PG_V;
6865         pt_entry_t newpte, origpte;
6866         pv_entry_t pv;
6867         vm_paddr_t opa, pa;
6868         vm_page_t mpte, om;
6869         int rv;
6870         boolean_t nosleep;
6871
6872         PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
6873         PG_G = pmap_global_bit(pmap);
6874         PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
6875         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
6876         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
6877
6878         va = trunc_page(va);
6879         KASSERT(va <= VM_MAX_KERNEL_ADDRESS, ("pmap_enter: toobig"));
6880         KASSERT(va < UPT_MIN_ADDRESS || va >= UPT_MAX_ADDRESS,
6881             ("pmap_enter: invalid to pmap_enter page table pages (va: 0x%lx)",
6882             va));
6883         KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) != 0 || va < kmi.clean_sva ||
6884             va >= kmi.clean_eva,
6885             ("pmap_enter: managed mapping within the clean submap"));
6886         if ((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0)
6887                 VM_PAGE_OBJECT_BUSY_ASSERT(m);
6888         KASSERT((flags & PMAP_ENTER_RESERVED) == 0,
6889             ("pmap_enter: flags %u has reserved bits set", flags));
6890         pa = VM_PAGE_TO_PHYS(m);
6891         newpte = (pt_entry_t)(pa | PG_A | PG_V);
6892         if ((flags & VM_PROT_WRITE) != 0)
6893                 newpte |= PG_M;
6894         if ((prot & VM_PROT_WRITE) != 0)
6895                 newpte |= PG_RW;
6896         KASSERT((newpte & (PG_M | PG_RW)) != PG_M,
6897             ("pmap_enter: flags includes VM_PROT_WRITE but prot doesn't"));
6898         if ((prot & VM_PROT_EXECUTE) == 0)
6899                 newpte |= pg_nx;
6900         if ((flags & PMAP_ENTER_WIRED) != 0)
6901                 newpte |= PG_W;
6902         if (va < VM_MAXUSER_ADDRESS)
6903                 newpte |= PG_U;
6904         if (pmap == kernel_pmap)
6905                 newpte |= PG_G;
6906         newpte |= pmap_cache_bits(pmap, m->md.pat_mode, psind > 0);
6907
6908         /*
6909          * Set modified bit gratuitously for writeable mappings if
6910          * the page is unmanaged. We do not want to take a fault
6911          * to do the dirty bit accounting for these mappings.
6912          */
6913         if ((m->oflags & VPO_UNMANAGED) != 0) {
6914                 if ((newpte & PG_RW) != 0)
6915                         newpte |= PG_M;
6916         } else
6917                 newpte |= PG_MANAGED;
6918
6919         lock = NULL;
6920         PMAP_LOCK(pmap);
6921         if ((flags & PMAP_ENTER_LARGEPAGE) != 0) {
6922                 KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) != 0,
6923                     ("managed largepage va %#lx flags %#x", va, flags));
6924                 rv = pmap_enter_largepage(pmap, va, newpte | PG_PS, flags,
6925                     psind);
6926                 goto out;
6927         }
6928         if (psind == 1) {
6929                 /* Assert the required virtual and physical alignment. */ 
6930                 KASSERT((va & PDRMASK) == 0, ("pmap_enter: va unaligned"));
6931                 KASSERT(m->psind > 0, ("pmap_enter: m->psind < psind"));
6932                 rv = pmap_enter_pde(pmap, va, newpte | PG_PS, flags, m, &lock);
6933                 goto out;
6934         }
6935         mpte = NULL;
6936
6937         /*
6938          * In the case that a page table page is not
6939          * resident, we are creating it here.
6940          */
6941 retry:
6942         pde = pmap_pde(pmap, va);
6943         if (pde != NULL && (*pde & PG_V) != 0 && ((*pde & PG_PS) == 0 ||
6944             pmap_demote_pde_locked(pmap, pde, va, &lock))) {
6945                 pte = pmap_pde_to_pte(pde, va);
6946                 if (va < VM_MAXUSER_ADDRESS && mpte == NULL) {
6947                         mpte = PHYS_TO_VM_PAGE(*pde & PG_FRAME);
6948                         mpte->ref_count++;
6949                 }
6950         } else if (va < VM_MAXUSER_ADDRESS) {
6951                 /*
6952                  * Here if the pte page isn't mapped, or if it has been
6953                  * deallocated.
6954                  */
6955                 nosleep = (flags & PMAP_ENTER_NOSLEEP) != 0;
6956                 mpte = pmap_allocpte_alloc(pmap, pmap_pde_pindex(va),
6957                     nosleep ? NULL : &lock, va);
6958                 if (mpte == NULL && nosleep) {
6959                         rv = KERN_RESOURCE_SHORTAGE;
6960                         goto out;
6961                 }
6962                 goto retry;
6963         } else
6964                 panic("pmap_enter: invalid page directory va=%#lx", va);
6965
6966         origpte = *pte;
6967         pv = NULL;
6968         if (va < VM_MAXUSER_ADDRESS && pmap->pm_type == PT_X86)
6969                 newpte |= pmap_pkru_get(pmap, va);
6970
6971         /*
6972          * Is the specified virtual address already mapped?
6973          */
6974         if ((origpte & PG_V) != 0) {
6975                 /*
6976                  * Wiring change, just update stats. We don't worry about
6977                  * wiring PT pages as they remain resident as long as there
6978                  * are valid mappings in them. Hence, if a user page is wired,
6979                  * the PT page will be also.
6980                  */
6981                 if ((newpte & PG_W) != 0 && (origpte & PG_W) == 0)
6982                         pmap->pm_stats.wired_count++;
6983                 else if ((newpte & PG_W) == 0 && (origpte & PG_W) != 0)
6984                         pmap->pm_stats.wired_count--;
6985
6986                 /*
6987                  * Remove the extra PT page reference.
6988                  */
6989                 if (mpte != NULL) {
6990                         mpte->ref_count--;
6991                         KASSERT(mpte->ref_count > 0,
6992                             ("pmap_enter: missing reference to page table page,"
6993                              " va: 0x%lx", va));
6994                 }
6995
6996                 /*
6997                  * Has the physical page changed?
6998                  */
6999                 opa = origpte & PG_FRAME;
7000                 if (opa == pa) {
7001                         /*
7002                          * No, might be a protection or wiring change.
7003                          */
7004                         if ((origpte & PG_MANAGED) != 0 &&
7005                             (newpte & PG_RW) != 0)
7006                                 vm_page_aflag_set(m, PGA_WRITEABLE);
7007                         if (((origpte ^ newpte) & ~(PG_M | PG_A)) == 0)
7008                                 goto unchanged;
7009                         goto validate;
7010                 }
7011
7012                 /*
7013                  * The physical page has changed.  Temporarily invalidate
7014                  * the mapping.  This ensures that all threads sharing the
7015                  * pmap keep a consistent view of the mapping, which is
7016                  * necessary for the correct handling of COW faults.  It
7017                  * also permits reuse of the old mapping's PV entry,
7018                  * avoiding an allocation.
7019                  *
7020                  * For consistency, handle unmanaged mappings the same way.
7021                  */
7022                 origpte = pte_load_clear(pte);
7023                 KASSERT((origpte & PG_FRAME) == opa,
7024                     ("pmap_enter: unexpected pa update for %#lx", va));
7025                 if ((origpte & PG_MANAGED) != 0) {
7026                         om = PHYS_TO_VM_PAGE(opa);
7027
7028                         /*
7029                          * The pmap lock is sufficient to synchronize with
7030                          * concurrent calls to pmap_page_test_mappings() and
7031                          * pmap_ts_referenced().
7032                          */
7033                         if ((origpte & (PG_M | PG_RW)) == (PG_M | PG_RW))
7034                                 vm_page_dirty(om);
7035                         if ((origpte & PG_A) != 0) {
7036                                 pmap_invalidate_page(pmap, va);
7037                                 vm_page_aflag_set(om, PGA_REFERENCED);
7038                         }
7039                         CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_PHYS(&lock, opa);
7040                         pv = pmap_pvh_remove(&om->md, pmap, va);
7041                         KASSERT(pv != NULL,
7042                             ("pmap_enter: no PV entry for %#lx", va));
7043                         if ((newpte & PG_MANAGED) == 0)
7044                                 free_pv_entry(pmap, pv);
7045                         if ((om->a.flags & PGA_WRITEABLE) != 0 &&
7046                             TAILQ_EMPTY(&om->md.pv_list) &&
7047                             ((om->flags & PG_FICTITIOUS) != 0 ||
7048                             TAILQ_EMPTY(&pa_to_pvh(opa)->pv_list)))
7049                                 vm_page_aflag_clear(om, PGA_WRITEABLE);
7050                 } else {
7051                         /*
7052                          * Since this mapping is unmanaged, assume that PG_A
7053                          * is set.
7054                          */
7055                         pmap_invalidate_page(pmap, va);
7056                 }
7057                 origpte = 0;
7058         } else {
7059                 /*
7060                  * Increment the counters.
7061                  */
7062                 if ((newpte & PG_W) != 0)
7063                         pmap->pm_stats.wired_count++;
7064                 pmap_resident_count_adj(pmap, 1);
7065         }
7066
7067         /*
7068          * Enter on the PV list if part of our managed memory.
7069          */
7070         if ((newpte & PG_MANAGED) != 0) {
7071                 if (pv == NULL) {
7072                         pv = get_pv_entry(pmap, &lock);
7073                         pv->pv_va = va;
7074                 }
7075                 CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_PHYS(&lock, pa);
7076                 TAILQ_INSERT_TAIL(&m->md.pv_list, pv, pv_next);
7077                 m->md.pv_gen++;
7078                 if ((newpte & PG_RW) != 0)
7079                         vm_page_aflag_set(m, PGA_WRITEABLE);
7080         }
7081
7082         /*
7083          * Update the PTE.
7084          */
7085         if ((origpte & PG_V) != 0) {
7086 validate:
7087                 origpte = pte_load_store(pte, newpte);
7088                 KASSERT((origpte & PG_FRAME) == pa,
7089                     ("pmap_enter: unexpected pa update for %#lx", va));
7090                 if ((newpte & PG_M) == 0 && (origpte & (PG_M | PG_RW)) ==
7091                     (PG_M | PG_RW)) {
7092                         if ((origpte & PG_MANAGED) != 0)
7093                                 vm_page_dirty(m);
7094
7095                         /*
7096                          * Although the PTE may still have PG_RW set, TLB
7097                          * invalidation may nonetheless be required because
7098                          * the PTE no longer has PG_M set.
7099                          */
7100                 } else if ((origpte & PG_NX) != 0 || (newpte & PG_NX) == 0) {
7101                         /*
7102                          * This PTE change does not require TLB invalidation.
7103                          */
7104                         goto unchanged;
7105                 }
7106                 if ((origpte & PG_A) != 0)
7107                         pmap_invalidate_page(pmap, va);
7108         } else
7109                 pte_store(pte, newpte);
7110
7111 unchanged:
7112
7113 #if VM_NRESERVLEVEL > 0
7114         /*
7115          * If both the page table page and the reservation are fully
7116          * populated, then attempt promotion.
7117          */
7118         if ((mpte == NULL || mpte->ref_count == NPTEPG) &&
7119             pmap_ps_enabled(pmap) &&
7120             (m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0 &&
7121             vm_reserv_level_iffullpop(m) == 0)
7122                 pmap_promote_pde(pmap, pde, va, &lock);
7123 #endif
7124
7125         rv = KERN_SUCCESS;
7126 out:
7127         if (lock != NULL)
7128                 rw_wunlock(lock);
7129         PMAP_UNLOCK(pmap);
7130         return (rv);
7131 }
7132
7133 /*
7134  * Tries to create a read- and/or execute-only 2MB page mapping.  Returns true
7135  * if successful.  Returns false if (1) a page table page cannot be allocated
7136  * without sleeping, (2) a mapping already exists at the specified virtual
7137  * address, or (3) a PV entry cannot be allocated without reclaiming another
7138  * PV entry.
7139  */
7140 static bool
7141 pmap_enter_2mpage(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m, vm_prot_t prot,
7142     struct rwlock **lockp)
7143 {
7144         pd_entry_t newpde;
7145         pt_entry_t PG_V;
7146
7147         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
7148         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
7149         newpde = VM_PAGE_TO_PHYS(m) | pmap_cache_bits(pmap, m->md.pat_mode, 1) |
7150             PG_PS | PG_V;
7151         if ((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0)
7152                 newpde |= PG_MANAGED;
7153         if ((prot & VM_PROT_EXECUTE) == 0)
7154                 newpde |= pg_nx;
7155         if (va < VM_MAXUSER_ADDRESS)
7156                 newpde |= PG_U;
7157         return (pmap_enter_pde(pmap, va, newpde, PMAP_ENTER_NOSLEEP |
7158             PMAP_ENTER_NOREPLACE | PMAP_ENTER_NORECLAIM, NULL, lockp) ==
7159             KERN_SUCCESS);
7160 }
7161
7162 /*
7163  * Returns true if every page table entry in the specified page table page is
7164  * zero.
7165  */
7166 static bool
7167 pmap_every_pte_zero(vm_paddr_t pa)
7168 {
7169         pt_entry_t *pt_end, *pte;
7170
7171         KASSERT((pa & PAGE_MASK) == 0, ("pa is misaligned"));
7172         pte = (pt_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(pa);
7173         for (pt_end = pte + NPTEPG; pte < pt_end; pte++) {
7174                 if (*pte != 0)
7175                         return (false);
7176         }
7177         return (true);
7178 }
7179
7180 /*
7181  * Tries to create the specified 2MB page mapping.  Returns KERN_SUCCESS if
7182  * the mapping was created, and either KERN_FAILURE or KERN_RESOURCE_SHORTAGE
7183  * otherwise.  Returns KERN_FAILURE if PMAP_ENTER_NOREPLACE was specified and
7184  * a mapping already exists at the specified virtual address.  Returns
7185  * KERN_RESOURCE_SHORTAGE if PMAP_ENTER_NOSLEEP was specified and a page table
7186  * page allocation failed.  Returns KERN_RESOURCE_SHORTAGE if
7187  * PMAP_ENTER_NORECLAIM was specified and a PV entry allocation failed.
7188  *
7189  * The parameter "m" is only used when creating a managed, writeable mapping.
7190  */
7191 static int
7192 pmap_enter_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t newpde, u_int flags,
7193     vm_page_t m, struct rwlock **lockp)
7194 {
7195         struct spglist free;
7196         pd_entry_t oldpde, *pde;
7197         pt_entry_t PG_G, PG_RW, PG_V;
7198         vm_page_t mt, pdpg;
7199
7200         KASSERT(pmap == kernel_pmap || (newpde & PG_W) == 0,
7201             ("pmap_enter_pde: cannot create wired user mapping"));
7202         PG_G = pmap_global_bit(pmap);
7203         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
7204         KASSERT((newpde & (pmap_modified_bit(pmap) | PG_RW)) != PG_RW,
7205             ("pmap_enter_pde: newpde is missing PG_M"));
7206         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
7207         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
7208
7209         if (!pmap_allow_2m_x_page(pmap, pmap_pde_ept_executable(pmap,
7210             newpde))) {
7211                 CTR2(KTR_PMAP, "pmap_enter_pde: 2m x blocked for va %#lx"
7212                     " in pmap %p", va, pmap);
7213                 return (KERN_FAILURE);
7214         }
7215         if ((pde = pmap_alloc_pde(pmap, va, &pdpg, (flags &
7216             PMAP_ENTER_NOSLEEP) != 0 ? NULL : lockp)) == NULL) {
7217                 CTR2(KTR_PMAP, "pmap_enter_pde: failure for va %#lx"
7218                     " in pmap %p", va, pmap);
7219                 return (KERN_RESOURCE_SHORTAGE);
7220         }
7221
7222         /*
7223          * If pkru is not same for the whole pde range, return failure
7224          * and let vm_fault() cope.  Check after pde allocation, since
7225          * it could sleep.
7226          */
7227         if (!pmap_pkru_same(pmap, va, va + NBPDR)) {
7228                 pmap_abort_ptp(pmap, va, pdpg);
7229                 return (KERN_PROTECTION_FAILURE);
7230         }
7231         if (va < VM_MAXUSER_ADDRESS && pmap->pm_type == PT_X86) {
7232                 newpde &= ~X86_PG_PKU_MASK;
7233                 newpde |= pmap_pkru_get(pmap, va);
7234         }
7235
7236         /*
7237          * If there are existing mappings, either abort or remove them.
7238          */
7239         oldpde = *pde;
7240         if ((oldpde & PG_V) != 0) {
7241                 KASSERT(pdpg == NULL || pdpg->ref_count > 1,
7242                     ("pmap_enter_pde: pdpg's reference count is too low"));
7243                 if ((flags & PMAP_ENTER_NOREPLACE) != 0 && (va <
7244                     VM_MAXUSER_ADDRESS || (oldpde & PG_PS) != 0 ||
7245                     !pmap_every_pte_zero(oldpde & PG_FRAME))) {
7246                         if (pdpg != NULL)
7247                                 pdpg->ref_count--;
7248                         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_enter_pde: failure for va %#lx"
7249                             " in pmap %p", va, pmap);
7250                         return (KERN_FAILURE);
7251                 }
7252                 /* Break the existing mapping(s). */
7253                 SLIST_INIT(&free);
7254                 if ((oldpde & PG_PS) != 0) {
7255                         /*
7256                          * The reference to the PD page that was acquired by
7257                          * pmap_alloc_pde() ensures that it won't be freed.
7258                          * However, if the PDE resulted from a promotion, then
7259                          * a reserved PT page could be freed.
7260                          */
7261                         (void)pmap_remove_pde(pmap, pde, va, &free, lockp);
7262                         if ((oldpde & PG_G) == 0)
7263                                 pmap_invalidate_pde_page(pmap, va, oldpde);
7264                 } else {
7265                         pmap_delayed_invl_start();
7266                         if (pmap_remove_ptes(pmap, va, va + NBPDR, pde, &free,
7267                             lockp))
7268                                pmap_invalidate_all(pmap);
7269                         pmap_delayed_invl_finish();
7270                 }
7271                 if (va < VM_MAXUSER_ADDRESS) {
7272                         vm_page_free_pages_toq(&free, true);
7273                         KASSERT(*pde == 0, ("pmap_enter_pde: non-zero pde %p",
7274                             pde));
7275                 } else {
7276                         KASSERT(SLIST_EMPTY(&free),
7277                             ("pmap_enter_pde: freed kernel page table page"));
7278
7279                         /*
7280                          * Both pmap_remove_pde() and pmap_remove_ptes() will
7281                          * leave the kernel page table page zero filled.
7282                          */
7283                         mt = PHYS_TO_VM_PAGE(*pde & PG_FRAME);
7284                         if (pmap_insert_pt_page(pmap, mt, false))
7285                                 panic("pmap_enter_pde: trie insert failed");
7286                 }
7287         }
7288
7289         if ((newpde & PG_MANAGED) != 0) {
7290                 /*
7291                  * Abort this mapping if its PV entry could not be created.
7292                  */
7293                 if (!pmap_pv_insert_pde(pmap, va, newpde, flags, lockp)) {
7294                         if (pdpg != NULL)
7295                                 pmap_abort_ptp(pmap, va, pdpg);
7296                         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_enter_pde: failure for va %#lx"
7297                             " in pmap %p", va, pmap);
7298                         return (KERN_RESOURCE_SHORTAGE);
7299                 }
7300                 if ((newpde & PG_RW) != 0) {
7301                         for (mt = m; mt < &m[NBPDR / PAGE_SIZE]; mt++)
7302                                 vm_page_aflag_set(mt, PGA_WRITEABLE);
7303                 }
7304         }
7305
7306         /*
7307          * Increment counters.
7308          */
7309         if ((newpde & PG_W) != 0)
7310                 pmap->pm_stats.wired_count += NBPDR / PAGE_SIZE;
7311         pmap_resident_count_adj(pmap, NBPDR / PAGE_SIZE);
7312
7313         /*
7314          * Map the superpage.  (This is not a promoted mapping; there will not
7315          * be any lingering 4KB page mappings in the TLB.)
7316          */
7317         pde_store(pde, newpde);
7318
7319         counter_u64_add(pmap_pde_mappings, 1);
7320         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_enter_pde: success for va %#lx in pmap %p",
7321             va, pmap);
7322         return (KERN_SUCCESS);
7323 }
7324
7325 /*
7326  * Maps a sequence of resident pages belonging to the same object.
7327  * The sequence begins with the given page m_start.  This page is
7328  * mapped at the given virtual address start.  Each subsequent page is
7329  * mapped at a virtual address that is offset from start by the same
7330  * amount as the page is offset from m_start within the object.  The
7331  * last page in the sequence is the page with the largest offset from
7332  * m_start that can be mapped at a virtual address less than the given
7333  * virtual address end.  Not every virtual page between start and end
7334  * is mapped; only those for which a resident page exists with the
7335  * corresponding offset from m_start are mapped.
7336  */
7337 void
7338 pmap_enter_object(pmap_t pmap, vm_offset_t start, vm_offset_t end,
7339     vm_page_t m_start, vm_prot_t prot)
7340 {
7341         struct rwlock *lock;
7342         vm_offset_t va;
7343         vm_page_t m, mpte;
7344         vm_pindex_t diff, psize;
7345
7346         VM_OBJECT_ASSERT_LOCKED(m_start->object);
7347
7348         psize = atop(end - start);
7349         mpte = NULL;
7350         m = m_start;
7351         lock = NULL;
7352         PMAP_LOCK(pmap);
7353         while (m != NULL && (diff = m->pindex - m_start->pindex) < psize) {
7354                 va = start + ptoa(diff);
7355                 if ((va & PDRMASK) == 0 && va + NBPDR <= end &&
7356                     m->psind == 1 && pmap_ps_enabled(pmap) &&
7357                     pmap_enter_2mpage(pmap, va, m, prot, &lock))
7358                         m = &m[NBPDR / PAGE_SIZE - 1];
7359                 else
7360                         mpte = pmap_enter_quick_locked(pmap, va, m, prot,
7361                             mpte, &lock);
7362                 m = TAILQ_NEXT(m, listq);
7363         }
7364         if (lock != NULL)
7365                 rw_wunlock(lock);
7366         PMAP_UNLOCK(pmap);
7367 }
7368
7369 /*
7370  * this code makes some *MAJOR* assumptions:
7371  * 1. Current pmap & pmap exists.
7372  * 2. Not wired.
7373  * 3. Read access.
7374  * 4. No page table pages.
7375  * but is *MUCH* faster than pmap_enter...
7376  */
7377
7378 void
7379 pmap_enter_quick(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m, vm_prot_t prot)
7380 {
7381         struct rwlock *lock;
7382
7383         lock = NULL;
7384         PMAP_LOCK(pmap);
7385         (void)pmap_enter_quick_locked(pmap, va, m, prot, NULL, &lock);
7386         if (lock != NULL)
7387                 rw_wunlock(lock);
7388         PMAP_UNLOCK(pmap);
7389 }
7390
7391 static vm_page_t
7392 pmap_enter_quick_locked(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m,
7393     vm_prot_t prot, vm_page_t mpte, struct rwlock **lockp)
7394 {
7395         pt_entry_t newpte, *pte, PG_V;
7396
7397         KASSERT(va < kmi.clean_sva || va >= kmi.clean_eva ||
7398             (m->oflags & VPO_UNMANAGED) != 0,
7399             ("pmap_enter_quick_locked: managed mapping within the clean submap"));
7400         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
7401         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
7402
7403         /*
7404          * In the case that a page table page is not
7405          * resident, we are creating it here.
7406          */
7407         if (va < VM_MAXUSER_ADDRESS) {
7408                 vm_pindex_t ptepindex;
7409                 pd_entry_t *ptepa;
7410
7411                 /*
7412                  * Calculate pagetable page index
7413                  */
7414                 ptepindex = pmap_pde_pindex(va);
7415                 if (mpte && (mpte->pindex == ptepindex)) {
7416                         mpte->ref_count++;
7417                 } else {
7418                         /*
7419                          * Get the page directory entry
7420                          */
7421                         ptepa = pmap_pde(pmap, va);
7422
7423                         /*
7424                          * If the page table page is mapped, we just increment
7425                          * the hold count, and activate it.  Otherwise, we
7426                          * attempt to allocate a page table page.  If this
7427                          * attempt fails, we don't retry.  Instead, we give up.
7428                          */
7429                         if (ptepa && (*ptepa & PG_V) != 0) {
7430                                 if (*ptepa & PG_PS)
7431                                         return (NULL);
7432                                 mpte = PHYS_TO_VM_PAGE(*ptepa & PG_FRAME);
7433                                 mpte->ref_count++;
7434                         } else {
7435                                 /*
7436                                  * Pass NULL instead of the PV list lock
7437                                  * pointer, because we don't intend to sleep.
7438                                  */
7439                                 mpte = pmap_allocpte_alloc(pmap, ptepindex,
7440                                     NULL, va);
7441                                 if (mpte == NULL)
7442                                         return (mpte);
7443                         }
7444                 }
7445                 pte = (pt_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(mpte));
7446                 pte = &pte[pmap_pte_index(va)];
7447         } else {
7448                 mpte = NULL;
7449                 pte = vtopte(va);
7450         }
7451         if (*pte) {
7452                 if (mpte != NULL)
7453                         mpte->ref_count--;
7454                 return (NULL);
7455         }
7456
7457         /*
7458          * Enter on the PV list if part of our managed memory.
7459          */
7460         if ((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0 &&
7461             !pmap_try_insert_pv_entry(pmap, va, m, lockp)) {
7462                 if (mpte != NULL)
7463                         pmap_abort_ptp(pmap, va, mpte);
7464                 return (NULL);
7465         }
7466
7467         /*
7468          * Increment counters
7469          */
7470         pmap_resident_count_adj(pmap, 1);
7471
7472         newpte = VM_PAGE_TO_PHYS(m) | PG_V |
7473             pmap_cache_bits(pmap, m->md.pat_mode, 0);
7474         if ((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0)
7475                 newpte |= PG_MANAGED;
7476         if ((prot & VM_PROT_EXECUTE) == 0)
7477                 newpte |= pg_nx;
7478         if (va < VM_MAXUSER_ADDRESS)
7479                 newpte |= PG_U | pmap_pkru_get(pmap, va);
7480         pte_store(pte, newpte);
7481         return (mpte);
7482 }
7483
7484 /*
7485  * Make a temporary mapping for a physical address.  This is only intended
7486  * to be used for panic dumps.
7487  */
7488 void *
7489 pmap_kenter_temporary(vm_paddr_t pa, int i)
7490 {
7491         vm_offset_t va;
7492
7493         va = (vm_offset_t)crashdumpmap + (i * PAGE_SIZE);
7494         pmap_kenter(va, pa);
7495         invlpg(va);
7496         return ((void *)crashdumpmap);
7497 }
7498
7499 /*
7500  * This code maps large physical mmap regions into the
7501  * processor address space.  Note that some shortcuts
7502  * are taken, but the code works.
7503  */
7504 void
7505 pmap_object_init_pt(pmap_t pmap, vm_offset_t addr, vm_object_t object,
7506     vm_pindex_t pindex, vm_size_t size)
7507 {
7508         pd_entry_t *pde;
7509         pt_entry_t PG_A, PG_M, PG_RW, PG_V;
7510         vm_paddr_t pa, ptepa;
7511         vm_page_t p, pdpg;
7512         int pat_mode;
7513
7514         PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
7515         PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
7516         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
7517         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
7518
7519         VM_OBJECT_ASSERT_WLOCKED(object);
7520         KASSERT(object->type == OBJT_DEVICE || object->type == OBJT_SG,
7521             ("pmap_object_init_pt: non-device object"));
7522         if ((addr & (NBPDR - 1)) == 0 && (size & (NBPDR - 1)) == 0) {
7523                 if (!pmap_ps_enabled(pmap))
7524                         return;
7525                 if (!vm_object_populate(object, pindex, pindex + atop(size)))
7526                         return;
7527                 p = vm_page_lookup(object, pindex);
7528                 KASSERT(p->valid == VM_PAGE_BITS_ALL,
7529                     ("pmap_object_init_pt: invalid page %p", p));
7530                 pat_mode = p->md.pat_mode;
7531
7532                 /*
7533                  * Abort the mapping if the first page is not physically
7534                  * aligned to a 2MB page boundary.
7535                  */
7536                 ptepa = VM_PAGE_TO_PHYS(p);
7537                 if (ptepa & (NBPDR - 1))
7538                         return;
7539
7540                 /*
7541                  * Skip the first page.  Abort the mapping if the rest of
7542                  * the pages are not physically contiguous or have differing
7543                  * memory attributes.
7544                  */
7545                 p = TAILQ_NEXT(p, listq);
7546                 for (pa = ptepa + PAGE_SIZE; pa < ptepa + size;
7547                     pa += PAGE_SIZE) {
7548                         KASSERT(p->valid == VM_PAGE_BITS_ALL,
7549                             ("pmap_object_init_pt: invalid page %p", p));
7550                         if (pa != VM_PAGE_TO_PHYS(p) ||
7551                             pat_mode != p->md.pat_mode)
7552                                 return;
7553                         p = TAILQ_NEXT(p, listq);
7554                 }
7555
7556                 /*
7557                  * Map using 2MB pages.  Since "ptepa" is 2M aligned and
7558                  * "size" is a multiple of 2M, adding the PAT setting to "pa"
7559                  * will not affect the termination of this loop.
7560                  */ 
7561                 PMAP_LOCK(pmap);
7562                 for (pa = ptepa | pmap_cache_bits(pmap, pat_mode, 1);
7563                     pa < ptepa + size; pa += NBPDR) {
7564                         pde = pmap_alloc_pde(pmap, addr, &pdpg, NULL);
7565                         if (pde == NULL) {
7566                                 /*
7567                                  * The creation of mappings below is only an
7568                                  * optimization.  If a page directory page
7569                                  * cannot be allocated without blocking,
7570                                  * continue on to the next mapping rather than
7571                                  * blocking.
7572                                  */
7573                                 addr += NBPDR;
7574                                 continue;
7575                         }
7576                         if ((*pde & PG_V) == 0) {
7577                                 pde_store(pde, pa | PG_PS | PG_M | PG_A |
7578                                     PG_U | PG_RW | PG_V);
7579                                 pmap_resident_count_adj(pmap, NBPDR / PAGE_SIZE);
7580                                 counter_u64_add(pmap_pde_mappings, 1);
7581                         } else {
7582                                 /* Continue on if the PDE is already valid. */
7583                                 pdpg->ref_count--;
7584                                 KASSERT(pdpg->ref_count > 0,
7585                                     ("pmap_object_init_pt: missing reference "
7586                                     "to page directory page, va: 0x%lx", addr));
7587                         }
7588                         addr += NBPDR;
7589                 }
7590                 PMAP_UNLOCK(pmap);
7591         }
7592 }
7593
7594 /*
7595  *      Clear the wired attribute from the mappings for the specified range of
7596  *      addresses in the given pmap.  Every valid mapping within that range
7597  *      must have the wired attribute set.  In contrast, invalid mappings
7598  *      cannot have the wired attribute set, so they are ignored.
7599  *
7600  *      The wired attribute of the page table entry is not a hardware
7601  *      feature, so there is no need to invalidate any TLB entries.
7602  *      Since pmap_demote_pde() for the wired entry must never fail,
7603  *      pmap_delayed_invl_start()/finish() calls around the
7604  *      function are not needed.
7605  */
7606 void
7607 pmap_unwire(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
7608 {
7609         vm_offset_t va_next;
7610         pml4_entry_t *pml4e;
7611         pdp_entry_t *pdpe;
7612         pd_entry_t *pde;
7613         pt_entry_t *pte, PG_V, PG_G;
7614
7615         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
7616         PG_G = pmap_global_bit(pmap);
7617         PMAP_LOCK(pmap);
7618         for (; sva < eva; sva = va_next) {
7619                 pml4e = pmap_pml4e(pmap, sva);
7620                 if (pml4e == NULL || (*pml4e & PG_V) == 0) {
7621                         va_next = (sva + NBPML4) & ~PML4MASK;
7622                         if (va_next < sva)
7623                                 va_next = eva;
7624                         continue;
7625                 }
7626
7627                 va_next = (sva + NBPDP) & ~PDPMASK;
7628                 if (va_next < sva)
7629                         va_next = eva;
7630                 pdpe = pmap_pml4e_to_pdpe(pml4e, sva);
7631                 if ((*pdpe & PG_V) == 0)
7632                         continue;
7633                 if ((*pdpe & PG_PS) != 0) {
7634                         KASSERT(va_next <= eva,
7635                             ("partial update of non-transparent 1G mapping "
7636                             "pdpe %#lx sva %#lx eva %#lx va_next %#lx",
7637                             *pdpe, sva, eva, va_next));
7638                         MPASS(pmap != kernel_pmap); /* XXXKIB */
7639                         MPASS((*pdpe & (PG_MANAGED | PG_G)) == 0);
7640                         atomic_clear_long(pdpe, PG_W);
7641                         pmap->pm_stats.wired_count -= NBPDP / PAGE_SIZE;
7642                         continue;
7643                 }
7644
7645                 va_next = (sva + NBPDR) & ~PDRMASK;
7646                 if (va_next < sva)
7647                         va_next = eva;
7648                 pde = pmap_pdpe_to_pde(pdpe, sva);
7649                 if ((*pde & PG_V) == 0)
7650                         continue;
7651                 if ((*pde & PG_PS) != 0) {
7652                         if ((*pde & PG_W) == 0)
7653                                 panic("pmap_unwire: pde %#jx is missing PG_W",
7654                                     (uintmax_t)*pde);
7655
7656                         /*
7657                          * Are we unwiring the entire large page?  If not,
7658                          * demote the mapping and fall through.
7659                          */
7660                         if (sva + NBPDR == va_next && eva >= va_next) {
7661                                 atomic_clear_long(pde, PG_W);
7662                                 pmap->pm_stats.wired_count -= NBPDR /
7663                                     PAGE_SIZE;
7664                                 continue;
7665                         } else if (!pmap_demote_pde(pmap, pde, sva))
7666                                 panic("pmap_unwire: demotion failed");
7667                 }
7668                 if (va_next > eva)
7669                         va_next = eva;
7670                 for (pte = pmap_pde_to_pte(pde, sva); sva != va_next; pte++,
7671                     sva += PAGE_SIZE) {
7672                         if ((*pte & PG_V) == 0)
7673                                 continue;
7674                         if ((*pte & PG_W) == 0)
7675                                 panic("pmap_unwire: pte %#jx is missing PG_W",
7676                                     (uintmax_t)*pte);
7677
7678                         /*
7679                          * PG_W must be cleared atomically.  Although the pmap
7680                          * lock synchronizes access to PG_W, another processor
7681                          * could be setting PG_M and/or PG_A concurrently.
7682                          */
7683                         atomic_clear_long(pte, PG_W);
7684                         pmap->pm_stats.wired_count--;
7685                 }
7686         }
7687         PMAP_UNLOCK(pmap);
7688 }
7689
7690 /*
7691  *      Copy the range specified by src_addr/len
7692  *      from the source map to the range dst_addr/len
7693  *      in the destination map.
7694  *
7695  *      This routine is only advisory and need not do anything.
7696  */
7697 void
7698 pmap_copy(pmap_t dst_pmap, pmap_t src_pmap, vm_offset_t dst_addr, vm_size_t len,
7699     vm_offset_t src_addr)
7700 {
7701         struct rwlock *lock;
7702         pml4_entry_t *pml4e;
7703         pdp_entry_t *pdpe;
7704         pd_entry_t *pde, srcptepaddr;
7705         pt_entry_t *dst_pte, PG_A, PG_M, PG_V, ptetemp, *src_pte;
7706         vm_offset_t addr, end_addr, va_next;
7707         vm_page_t dst_pdpg, dstmpte, srcmpte;
7708
7709         if (dst_addr != src_addr)
7710                 return;
7711
7712         if (dst_pmap->pm_type != src_pmap->pm_type)
7713                 return;
7714
7715         /*
7716          * EPT page table entries that require emulation of A/D bits are
7717          * sensitive to clearing the PG_A bit (aka EPT_PG_READ). Although
7718          * we clear PG_M (aka EPT_PG_WRITE) concomitantly, the PG_U bit
7719          * (aka EPT_PG_EXECUTE) could still be set. Since some EPT
7720          * implementations flag an EPT misconfiguration for exec-only
7721          * mappings we skip this function entirely for emulated pmaps.
7722          */
7723         if (pmap_emulate_ad_bits(dst_pmap))
7724                 return;
7725
7726         end_addr = src_addr + len;
7727         lock = NULL;
7728         if (dst_pmap < src_pmap) {
7729                 PMAP_LOCK(dst_pmap);
7730                 PMAP_LOCK(src_pmap);
7731         } else {
7732                 PMAP_LOCK(src_pmap);
7733                 PMAP_LOCK(dst_pmap);
7734         }
7735
7736         PG_A = pmap_accessed_bit(dst_pmap);
7737         PG_M = pmap_modified_bit(dst_pmap);
7738         PG_V = pmap_valid_bit(dst_pmap);
7739
7740         for (addr = src_addr; addr < end_addr; addr = va_next) {
7741                 KASSERT(addr < UPT_MIN_ADDRESS,
7742                     ("pmap_copy: invalid to pmap_copy page tables"));
7743
7744                 pml4e = pmap_pml4e(src_pmap, addr);
7745                 if (pml4e == NULL || (*pml4e & PG_V) == 0) {
7746                         va_next = (addr + NBPML4) & ~PML4MASK;
7747                         if (va_next < addr)
7748                                 va_next = end_addr;
7749                         continue;
7750                 }
7751
7752                 va_next = (addr + NBPDP) & ~PDPMASK;
7753                 if (va_next < addr)
7754                         va_next = end_addr;
7755                 pdpe = pmap_pml4e_to_pdpe(pml4e, addr);
7756                 if ((*pdpe & PG_V) == 0)
7757                         continue;
7758                 if ((*pdpe & PG_PS) != 0) {
7759                         KASSERT(va_next <= end_addr,
7760                             ("partial update of non-transparent 1G mapping "
7761                             "pdpe %#lx sva %#lx eva %#lx va_next %#lx",
7762                             *pdpe, addr, end_addr, va_next));
7763                         MPASS((addr & PDPMASK) == 0);
7764                         MPASS((*pdpe & PG_MANAGED) == 0);
7765                         srcptepaddr = *pdpe;
7766                         pdpe = pmap_pdpe(dst_pmap, addr);
7767                         if (pdpe == NULL) {
7768                                 if (pmap_allocpte_alloc(dst_pmap,
7769                                     pmap_pml4e_pindex(addr), NULL, addr) ==
7770                                     NULL)
7771                                         break;
7772                                 pdpe = pmap_pdpe(dst_pmap, addr);
7773                         } else {
7774                                 pml4e = pmap_pml4e(dst_pmap, addr);
7775                                 dst_pdpg = PHYS_TO_VM_PAGE(*pml4e & PG_FRAME);
7776                                 dst_pdpg->ref_count++;
7777                         }
7778                         KASSERT(*pdpe == 0,
7779                             ("1G mapping present in dst pmap "
7780                             "pdpe %#lx sva %#lx eva %#lx va_next %#lx",
7781                             *pdpe, addr, end_addr, va_next));
7782                         *pdpe = srcptepaddr & ~PG_W;
7783                         pmap_resident_count_adj(dst_pmap, NBPDP / PAGE_SIZE);
7784                         continue;
7785                 }
7786
7787                 va_next = (addr + NBPDR) & ~PDRMASK;
7788                 if (va_next < addr)
7789                         va_next = end_addr;
7790
7791                 pde = pmap_pdpe_to_pde(pdpe, addr);
7792                 srcptepaddr = *pde;
7793                 if (srcptepaddr == 0)
7794                         continue;
7795                         
7796                 if (srcptepaddr & PG_PS) {
7797                         /*
7798                          * We can only virtual copy whole superpages.
7799                          */
7800                         if ((addr & PDRMASK) != 0 || addr + NBPDR > end_addr)
7801                                 continue;
7802                         pde = pmap_alloc_pde(dst_pmap, addr, &dst_pdpg, NULL);
7803                         if (pde == NULL)
7804                                 break;
7805                         if (*pde == 0 && ((srcptepaddr & PG_MANAGED) == 0 ||
7806                             pmap_pv_insert_pde(dst_pmap, addr, srcptepaddr,
7807                             PMAP_ENTER_NORECLAIM, &lock))) {
7808                                 /*
7809                                  * We leave the dirty bit unchanged because
7810                                  * managed read/write superpage mappings are
7811                                  * required to be dirty.  However, managed
7812                                  * superpage mappings are not required to
7813                                  * have their accessed bit set, so we clear
7814                                  * it because we don't know if this mapping
7815                                  * will be used.
7816                                  */
7817                                 srcptepaddr &= ~PG_W;
7818                                 if ((srcptepaddr & PG_MANAGED) != 0)
7819                                         srcptepaddr &= ~PG_A;
7820                                 *pde = srcptepaddr;
7821                                 pmap_resident_count_adj(dst_pmap, NBPDR /
7822                                     PAGE_SIZE);
7823                                 counter_u64_add(pmap_pde_mappings, 1);
7824                         } else
7825                                 pmap_abort_ptp(dst_pmap, addr, dst_pdpg);
7826                         continue;
7827                 }
7828
7829                 srcptepaddr &= PG_FRAME;
7830                 srcmpte = PHYS_TO_VM_PAGE(srcptepaddr);
7831                 KASSERT(srcmpte->ref_count > 0,
7832                     ("pmap_copy: source page table page is unused"));
7833
7834                 if (va_next > end_addr)
7835                         va_next = end_addr;
7836
7837                 src_pte = (pt_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(srcptepaddr);
7838                 src_pte = &src_pte[pmap_pte_index(addr)];
7839                 dstmpte = NULL;
7840                 for (; addr < va_next; addr += PAGE_SIZE, src_pte++) {
7841                         ptetemp = *src_pte;
7842
7843                         /*
7844                          * We only virtual copy managed pages.
7845                          */
7846                         if ((ptetemp & PG_MANAGED) == 0)
7847                                 continue;
7848
7849                         if (dstmpte != NULL) {
7850                                 KASSERT(dstmpte->pindex ==
7851                                     pmap_pde_pindex(addr),
7852                                     ("dstmpte pindex/addr mismatch"));
7853                                 dstmpte->ref_count++;
7854                         } else if ((dstmpte = pmap_allocpte(dst_pmap, addr,
7855                             NULL)) == NULL)
7856                                 goto out;
7857                         dst_pte = (pt_entry_t *)
7858                             PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(dstmpte));
7859                         dst_pte = &dst_pte[pmap_pte_index(addr)];
7860                         if (*dst_pte == 0 &&
7861                             pmap_try_insert_pv_entry(dst_pmap, addr,
7862                             PHYS_TO_VM_PAGE(ptetemp & PG_FRAME), &lock)) {
7863                                 /*
7864                                  * Clear the wired, modified, and accessed
7865                                  * (referenced) bits during the copy.
7866                                  */
7867                                 *dst_pte = ptetemp & ~(PG_W | PG_M | PG_A);
7868                                 pmap_resident_count_adj(dst_pmap, 1);
7869                         } else {
7870                                 pmap_abort_ptp(dst_pmap, addr, dstmpte);
7871                                 goto out;
7872                         }
7873                         /* Have we copied all of the valid mappings? */ 
7874                         if (dstmpte->ref_count >= srcmpte->ref_count)
7875                                 break;
7876                 }
7877         }
7878 out:
7879         if (lock != NULL)
7880                 rw_wunlock(lock);
7881         PMAP_UNLOCK(src_pmap);
7882         PMAP_UNLOCK(dst_pmap);
7883 }
7884
7885 int
7886 pmap_vmspace_copy(pmap_t dst_pmap, pmap_t src_pmap)
7887 {
7888         int error;
7889
7890         if (dst_pmap->pm_type != src_pmap->pm_type ||
7891             dst_pmap->pm_type != PT_X86 ||
7892             (cpu_stdext_feature2 & CPUID_STDEXT2_PKU) == 0)
7893                 return (0);
7894         for (;;) {
7895                 if (dst_pmap < src_pmap) {
7896                         PMAP_LOCK(dst_pmap);
7897                         PMAP_LOCK(src_pmap);
7898                 } else {
7899                         PMAP_LOCK(src_pmap);
7900                         PMAP_LOCK(dst_pmap);
7901                 }
7902                 error = pmap_pkru_copy(dst_pmap, src_pmap);
7903                 /* Clean up partial copy on failure due to no memory. */
7904                 if (error == ENOMEM)
7905                         pmap_pkru_deassign_all(dst_pmap);
7906                 PMAP_UNLOCK(src_pmap);
7907                 PMAP_UNLOCK(dst_pmap);
7908                 if (error != ENOMEM)
7909                         break;
7910                 vm_wait(NULL);
7911         }
7912         return (error);
7913 }
7914
7915 /*
7916  * Zero the specified hardware page.
7917  */
7918 void
7919 pmap_zero_page(vm_page_t m)
7920 {
7921         vm_offset_t va = PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
7922
7923         pagezero((void *)va);
7924 }
7925
7926 /*
7927  * Zero an an area within a single hardware page.  off and size must not
7928  * cover an area beyond a single hardware page.
7929  */
7930 void
7931 pmap_zero_page_area(vm_page_t m, int off, int size)
7932 {
7933         vm_offset_t va = PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
7934
7935         if (off == 0 && size == PAGE_SIZE)
7936                 pagezero((void *)va);
7937         else
7938                 bzero((char *)va + off, size);
7939 }
7940
7941 /*
7942  * Copy 1 specified hardware page to another.
7943  */
7944 void
7945 pmap_copy_page(vm_page_t msrc, vm_page_t mdst)
7946 {
7947         vm_offset_t src = PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(msrc));
7948         vm_offset_t dst = PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(mdst));
7949
7950         pagecopy((void *)src, (void *)dst);
7951 }
7952
7953 int unmapped_buf_allowed = 1;
7954
7955 void
7956 pmap_copy_pages(vm_page_t ma[], vm_offset_t a_offset, vm_page_t mb[],
7957     vm_offset_t b_offset, int xfersize)
7958 {
7959         void *a_cp, *b_cp;
7960         vm_page_t pages[2];
7961         vm_offset_t vaddr[2], a_pg_offset, b_pg_offset;
7962         int cnt;
7963         boolean_t mapped;
7964
7965         while (xfersize > 0) {
7966                 a_pg_offset = a_offset & PAGE_MASK;
7967                 pages[0] = ma[a_offset >> PAGE_SHIFT];
7968                 b_pg_offset = b_offset & PAGE_MASK;
7969                 pages[1] = mb[b_offset >> PAGE_SHIFT];
7970                 cnt = min(xfersize, PAGE_SIZE - a_pg_offset);
7971                 cnt = min(cnt, PAGE_SIZE - b_pg_offset);
7972                 mapped = pmap_map_io_transient(pages, vaddr, 2, FALSE);
7973                 a_cp = (char *)vaddr[0] + a_pg_offset;
7974                 b_cp = (char *)vaddr[1] + b_pg_offset;
7975                 bcopy(a_cp, b_cp, cnt);
7976                 if (__predict_false(mapped))
7977                         pmap_unmap_io_transient(pages, vaddr, 2, FALSE);
7978                 a_offset += cnt;
7979                 b_offset += cnt;
7980                 xfersize -= cnt;
7981         }
7982 }
7983
7984 /*
7985  * Returns true if the pmap's pv is one of the first
7986  * 16 pvs linked to from this page.  This count may
7987  * be changed upwards or downwards in the future; it
7988  * is only necessary that true be returned for a small
7989  * subset of pmaps for proper page aging.
7990  */
7991 boolean_t
7992 pmap_page_exists_quick(pmap_t pmap, vm_page_t m)
7993 {
7994         struct md_page *pvh;
7995         struct rwlock *lock;
7996         pv_entry_t pv;
7997         int loops = 0;
7998         boolean_t rv;
7999
8000         KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
8001             ("pmap_page_exists_quick: page %p is not managed", m));
8002         rv = FALSE;
8003         lock = VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m);
8004         rw_rlock(lock);
8005         TAILQ_FOREACH(pv, &m->md.pv_list, pv_next) {
8006                 if (PV_PMAP(pv) == pmap) {
8007                         rv = TRUE;
8008                         break;
8009                 }
8010                 loops++;
8011                 if (loops >= 16)
8012                         break;
8013         }
8014         if (!rv && loops < 16 && (m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0) {
8015                 pvh = pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
8016                 TAILQ_FOREACH(pv, &pvh->pv_list, pv_next) {
8017                         if (PV_PMAP(pv) == pmap) {
8018                                 rv = TRUE;
8019                                 break;
8020                         }
8021                         loops++;
8022                         if (loops >= 16)
8023                                 break;
8024                 }
8025         }
8026         rw_runlock(lock);
8027         return (rv);
8028 }
8029
8030 /*
8031  *      pmap_page_wired_mappings:
8032  *
8033  *      Return the number of managed mappings to the given physical page
8034  *      that are wired.
8035  */
8036 int
8037 pmap_page_wired_mappings(vm_page_t m)
8038 {
8039         struct rwlock *lock;
8040         struct md_page *pvh;
8041         pmap_t pmap;
8042         pt_entry_t *pte;
8043         pv_entry_t pv;
8044         int count, md_gen, pvh_gen;
8045
8046         if ((m->oflags & VPO_UNMANAGED) != 0)
8047                 return (0);
8048         lock = VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m);
8049         rw_rlock(lock);
8050 restart:
8051         count = 0;
8052         TAILQ_FOREACH(pv, &m->md.pv_list, pv_next) {
8053                 pmap = PV_PMAP(pv);
8054                 if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
8055                         md_gen = m->md.pv_gen;
8056                         rw_runlock(lock);
8057                         PMAP_LOCK(pmap);
8058                         rw_rlock(lock);
8059                         if (md_gen != m->md.pv_gen) {
8060                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
8061                                 goto restart;
8062                         }
8063                 }
8064                 pte = pmap_pte(pmap, pv->pv_va);
8065                 if ((*pte & PG_W) != 0)
8066                         count++;
8067                 PMAP_UNLOCK(pmap);
8068         }
8069         if ((m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0) {
8070                 pvh = pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
8071                 TAILQ_FOREACH(pv, &pvh->pv_list, pv_next) {
8072                         pmap = PV_PMAP(pv);
8073                         if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
8074                                 md_gen = m->md.pv_gen;
8075                                 pvh_gen = pvh->pv_gen;
8076                                 rw_runlock(lock);
8077                                 PMAP_LOCK(pmap);
8078                                 rw_rlock(lock);
8079                                 if (md_gen != m->md.pv_gen ||
8080                                     pvh_gen != pvh->pv_gen) {
8081                                         PMAP_UNLOCK(pmap);
8082                                         goto restart;
8083                                 }
8084                         }
8085                         pte = pmap_pde(pmap, pv->pv_va);
8086                         if ((*pte & PG_W) != 0)
8087                                 count++;
8088                         PMAP_UNLOCK(pmap);
8089                 }
8090         }
8091         rw_runlock(lock);
8092         return (count);
8093 }
8094
8095 /*
8096  * Returns TRUE if the given page is mapped individually or as part of
8097  * a 2mpage.  Otherwise, returns FALSE.
8098  */
8099 boolean_t
8100 pmap_page_is_mapped(vm_page_t m)
8101 {
8102         struct rwlock *lock;
8103         boolean_t rv;
8104
8105         if ((m->oflags & VPO_UNMANAGED) != 0)
8106                 return (FALSE);
8107         lock = VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m);
8108         rw_rlock(lock);
8109         rv = !TAILQ_EMPTY(&m->md.pv_list) ||
8110             ((m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0 &&
8111             !TAILQ_EMPTY(&pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m))->pv_list));
8112         rw_runlock(lock);
8113         return (rv);
8114 }
8115
8116 /*
8117  * Destroy all managed, non-wired mappings in the given user-space
8118  * pmap.  This pmap cannot be active on any processor besides the
8119  * caller.
8120  *
8121  * This function cannot be applied to the kernel pmap.  Moreover, it
8122  * is not intended for general use.  It is only to be used during
8123  * process termination.  Consequently, it can be implemented in ways
8124  * that make it faster than pmap_remove().  First, it can more quickly
8125  * destroy mappings by iterating over the pmap's collection of PV
8126  * entries, rather than searching the page table.  Second, it doesn't
8127  * have to test and clear the page table entries atomically, because
8128  * no processor is currently accessing the user address space.  In
8129  * particular, a page table entry's dirty bit won't change state once
8130  * this function starts.
8131  *
8132  * Although this function destroys all of the pmap's managed,
8133  * non-wired mappings, it can delay and batch the invalidation of TLB
8134  * entries without calling pmap_delayed_invl_start() and
8135  * pmap_delayed_invl_finish().  Because the pmap is not active on
8136  * any other processor, none of these TLB entries will ever be used
8137  * before their eventual invalidation.  Consequently, there is no need
8138  * for either pmap_remove_all() or pmap_remove_write() to wait for
8139  * that eventual TLB invalidation.
8140  */
8141 void
8142 pmap_remove_pages(pmap_t pmap)
8143 {
8144         pd_entry_t ptepde;
8145         pt_entry_t *pte, tpte;
8146         pt_entry_t PG_M, PG_RW, PG_V;
8147         struct spglist free;
8148         struct pv_chunklist free_chunks[PMAP_MEMDOM];
8149         vm_page_t m, mpte, mt;
8150         pv_entry_t pv;
8151         struct md_page *pvh;
8152         struct pv_chunk *pc, *npc;
8153         struct rwlock *lock;
8154         int64_t bit;
8155         uint64_t inuse, bitmask;
8156         int allfree, field, freed, i, idx;
8157         boolean_t superpage;
8158         vm_paddr_t pa;
8159
8160         /*
8161          * Assert that the given pmap is only active on the current
8162          * CPU.  Unfortunately, we cannot block another CPU from
8163          * activating the pmap while this function is executing.
8164          */
8165         KASSERT(pmap == PCPU_GET(curpmap), ("non-current pmap %p", pmap));
8166 #ifdef INVARIANTS
8167         {
8168                 cpuset_t other_cpus;
8169
8170                 other_cpus = all_cpus;
8171                 critical_enter();
8172                 CPU_CLR(PCPU_GET(cpuid), &other_cpus);
8173                 CPU_AND(&other_cpus, &other_cpus, &pmap->pm_active);
8174                 critical_exit();
8175                 KASSERT(CPU_EMPTY(&other_cpus), ("pmap active %p", pmap));
8176         }
8177 #endif
8178
8179         lock = NULL;
8180         PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
8181         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
8182         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
8183
8184         for (i = 0; i < PMAP_MEMDOM; i++)
8185                 TAILQ_INIT(&free_chunks[i]);
8186         SLIST_INIT(&free);
8187         PMAP_LOCK(pmap);
8188         TAILQ_FOREACH_SAFE(pc, &pmap->pm_pvchunk, pc_list, npc) {
8189                 allfree = 1;
8190                 freed = 0;
8191                 for (field = 0; field < _NPCM; field++) {
8192                         inuse = ~pc->pc_map[field] & pc_freemask[field];
8193                         while (inuse != 0) {
8194                                 bit = bsfq(inuse);
8195                                 bitmask = 1UL << bit;
8196                                 idx = field * 64 + bit;
8197                                 pv = &pc->pc_pventry[idx];
8198                                 inuse &= ~bitmask;
8199
8200                                 pte = pmap_pdpe(pmap, pv->pv_va);
8201                                 ptepde = *pte;
8202                                 pte = pmap_pdpe_to_pde(pte, pv->pv_va);
8203                                 tpte = *pte;
8204                                 if ((tpte & (PG_PS | PG_V)) == PG_V) {
8205                                         superpage = FALSE;
8206                                         ptepde = tpte;
8207                                         pte = (pt_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(tpte &
8208                                             PG_FRAME);
8209                                         pte = &pte[pmap_pte_index(pv->pv_va)];
8210                                         tpte = *pte;
8211                                 } else {
8212                                         /*
8213                                          * Keep track whether 'tpte' is a
8214                                          * superpage explicitly instead of
8215                                          * relying on PG_PS being set.
8216                                          *
8217                                          * This is because PG_PS is numerically
8218                                          * identical to PG_PTE_PAT and thus a
8219                                          * regular page could be mistaken for
8220                                          * a superpage.
8221                                          */
8222                                         superpage = TRUE;
8223                                 }
8224
8225                                 if ((tpte & PG_V) == 0) {
8226                                         panic("bad pte va %lx pte %lx",
8227                                             pv->pv_va, tpte);
8228                                 }
8229
8230 /*
8231  * We cannot remove wired pages from a process' mapping at this time
8232  */
8233                                 if (tpte & PG_W) {
8234                                         allfree = 0;
8235                                         continue;
8236                                 }
8237
8238                                 /* Mark free */
8239                                 pc->pc_map[field] |= bitmask;
8240
8241                                 /*
8242                                  * Because this pmap is not active on other
8243                                  * processors, the dirty bit cannot have
8244                                  * changed state since we last loaded pte.
8245                                  */
8246                                 pte_clear(pte);
8247
8248                                 if (superpage)
8249                                         pa = tpte & PG_PS_FRAME;
8250                                 else
8251                                         pa = tpte & PG_FRAME;
8252
8253                                 m = PHYS_TO_VM_PAGE(pa);
8254                                 KASSERT(m->phys_addr == pa,
8255                                     ("vm_page_t %p phys_addr mismatch %016jx %016jx",
8256                                     m, (uintmax_t)m->phys_addr,
8257                                     (uintmax_t)tpte));
8258
8259                                 KASSERT((m->flags & PG_FICTITIOUS) != 0 ||
8260                                     m < &vm_page_array[vm_page_array_size],
8261                                     ("pmap_remove_pages: bad tpte %#jx",
8262                                     (uintmax_t)tpte));
8263
8264                                 /*
8265                                  * Update the vm_page_t clean/reference bits.
8266                                  */
8267                                 if ((tpte & (PG_M | PG_RW)) == (PG_M | PG_RW)) {
8268                                         if (superpage) {
8269                                                 for (mt = m; mt < &m[NBPDR / PAGE_SIZE]; mt++)
8270                                                         vm_page_dirty(mt);
8271                                         } else
8272                                                 vm_page_dirty(m);
8273                                 }
8274
8275                                 CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_VM_PAGE(&lock, m);
8276
8277                                 if (superpage) {
8278                                         pmap_resident_count_adj(pmap, -NBPDR / PAGE_SIZE);
8279                                         pvh = pa_to_pvh(tpte & PG_PS_FRAME);
8280                                         TAILQ_REMOVE(&pvh->pv_list, pv, pv_next);
8281                                         pvh->pv_gen++;
8282                                         if (TAILQ_EMPTY(&pvh->pv_list)) {
8283                                                 for (mt = m; mt < &m[NBPDR / PAGE_SIZE]; mt++)
8284                                                         if ((mt->a.flags & PGA_WRITEABLE) != 0 &&
8285                                                             TAILQ_EMPTY(&mt->md.pv_list))
8286                                                                 vm_page_aflag_clear(mt, PGA_WRITEABLE);
8287                                         }
8288                                         mpte = pmap_remove_pt_page(pmap, pv->pv_va);
8289                                         if (mpte != NULL) {
8290                                                 KASSERT(mpte->valid == VM_PAGE_BITS_ALL,
8291                                                     ("pmap_remove_pages: pte page not promoted"));
8292                                                 pmap_resident_count_adj(pmap, -1);
8293                                                 KASSERT(mpte->ref_count == NPTEPG,
8294                                                     ("pmap_remove_pages: pte page reference count error"));
8295                                                 mpte->ref_count = 0;
8296                                                 pmap_add_delayed_free_list(mpte, &free, FALSE);
8297                                         }
8298                                 } else {
8299                                         pmap_resident_count_adj(pmap, -1);
8300                                         TAILQ_REMOVE(&m->md.pv_list, pv, pv_next);
8301                                         m->md.pv_gen++;
8302                                         if ((m->a.flags & PGA_WRITEABLE) != 0 &&
8303                                             TAILQ_EMPTY(&m->md.pv_list) &&
8304                                             (m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0) {
8305                                                 pvh = pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
8306                                                 if (TAILQ_EMPTY(&pvh->pv_list))
8307                                                         vm_page_aflag_clear(m, PGA_WRITEABLE);
8308                                         }
8309                                 }
8310                                 pmap_unuse_pt(pmap, pv->pv_va, ptepde, &free);
8311                                 freed++;
8312                         }
8313                 }
8314                 PV_STAT(counter_u64_add(pv_entry_frees, freed));
8315                 PV_STAT(counter_u64_add(pv_entry_spare, freed));
8316                 PV_STAT(counter_u64_add(pv_entry_count, -freed));
8317                 if (allfree) {
8318                         TAILQ_REMOVE(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
8319                         TAILQ_INSERT_TAIL(&free_chunks[pc_to_domain(pc)], pc, pc_list);
8320                 }
8321         }
8322         if (lock != NULL)
8323                 rw_wunlock(lock);
8324         pmap_invalidate_all(pmap);
8325         pmap_pkru_deassign_all(pmap);
8326         free_pv_chunk_batch((struct pv_chunklist *)&free_chunks);
8327         PMAP_UNLOCK(pmap);
8328         vm_page_free_pages_toq(&free, true);
8329 }
8330
8331 static boolean_t
8332 pmap_page_test_mappings(vm_page_t m, boolean_t accessed, boolean_t modified)
8333 {
8334         struct rwlock *lock;
8335         pv_entry_t pv;
8336         struct md_page *pvh;
8337         pt_entry_t *pte, mask;
8338         pt_entry_t PG_A, PG_M, PG_RW, PG_V;
8339         pmap_t pmap;
8340         int md_gen, pvh_gen;
8341         boolean_t rv;
8342
8343         rv = FALSE;
8344         lock = VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m);
8345         rw_rlock(lock);
8346 restart:
8347         TAILQ_FOREACH(pv, &m->md.pv_list, pv_next) {
8348                 pmap = PV_PMAP(pv);
8349                 if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
8350                         md_gen = m->md.pv_gen;
8351                         rw_runlock(lock);
8352                         PMAP_LOCK(pmap);
8353                         rw_rlock(lock);
8354                         if (md_gen != m->md.pv_gen) {
8355                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
8356                                 goto restart;
8357                         }
8358                 }
8359                 pte = pmap_pte(pmap, pv->pv_va);
8360                 mask = 0;
8361                 if (modified) {
8362                         PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
8363                         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
8364                         mask |= PG_RW | PG_M;
8365                 }
8366                 if (accessed) {
8367                         PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
8368                         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
8369                         mask |= PG_V | PG_A;
8370                 }
8371                 rv = (*pte & mask) == mask;
8372                 PMAP_UNLOCK(pmap);
8373                 if (rv)
8374                         goto out;
8375         }
8376         if ((m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0) {
8377                 pvh = pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
8378                 TAILQ_FOREACH(pv, &pvh->pv_list, pv_next) {
8379                         pmap = PV_PMAP(pv);
8380                         if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
8381                                 md_gen = m->md.pv_gen;
8382                                 pvh_gen = pvh->pv_gen;
8383                                 rw_runlock(lock);
8384                                 PMAP_LOCK(pmap);
8385                                 rw_rlock(lock);
8386                                 if (md_gen != m->md.pv_gen ||
8387                                     pvh_gen != pvh->pv_gen) {
8388                                         PMAP_UNLOCK(pmap);
8389                                         goto restart;
8390                                 }
8391                         }
8392                         pte = pmap_pde(pmap, pv->pv_va);
8393                         mask = 0;
8394                         if (modified) {
8395                                 PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
8396                                 PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
8397                                 mask |= PG_RW | PG_M;
8398                         }
8399                         if (accessed) {
8400                                 PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
8401                                 PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
8402                                 mask |= PG_V | PG_A;
8403                         }
8404                         rv = (*pte & mask) == mask;
8405                         PMAP_UNLOCK(pmap);
8406                         if (rv)
8407                                 goto out;
8408                 }
8409         }
8410 out:
8411         rw_runlock(lock);
8412         return (rv);
8413 }
8414
8415 /*
8416  *      pmap_is_modified:
8417  *
8418  *      Return whether or not the specified physical page was modified
8419  *      in any physical maps.
8420  */
8421 boolean_t
8422 pmap_is_modified(vm_page_t m)
8423 {
8424
8425         KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
8426             ("pmap_is_modified: page %p is not managed", m));
8427
8428         /*
8429          * If the page is not busied then this check is racy.
8430          */
8431         if (!pmap_page_is_write_mapped(m))
8432                 return (FALSE);
8433         return (pmap_page_test_mappings(m, FALSE, TRUE));
8434 }
8435
8436 /*
8437  *      pmap_is_prefaultable:
8438  *
8439  *      Return whether or not the specified virtual address is eligible
8440  *      for prefault.
8441  */
8442 boolean_t
8443 pmap_is_prefaultable(pmap_t pmap, vm_offset_t addr)
8444 {
8445         pd_entry_t *pde;
8446         pt_entry_t *pte, PG_V;
8447         boolean_t rv;
8448
8449         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
8450         rv = FALSE;
8451         PMAP_LOCK(pmap);
8452         pde = pmap_pde(pmap, addr);
8453         if (pde != NULL && (*pde & (PG_PS | PG_V)) == PG_V) {
8454                 pte = pmap_pde_to_pte(pde, addr);
8455                 rv = (*pte & PG_V) == 0;
8456         }
8457         PMAP_UNLOCK(pmap);
8458         return (rv);
8459 }
8460
8461 /*
8462  *      pmap_is_referenced:
8463  *
8464  *      Return whether or not the specified physical page was referenced
8465  *      in any physical maps.
8466  */
8467 boolean_t
8468 pmap_is_referenced(vm_page_t m)
8469 {
8470
8471         KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
8472             ("pmap_is_referenced: page %p is not managed", m));
8473         return (pmap_page_test_mappings(m, TRUE, FALSE));
8474 }
8475
8476 /*
8477  * Clear the write and modified bits in each of the given page's mappings.
8478  */
8479 void
8480 pmap_remove_write(vm_page_t m)
8481 {
8482         struct md_page *pvh;
8483         pmap_t pmap;
8484         struct rwlock *lock;
8485         pv_entry_t next_pv, pv;
8486         pd_entry_t *pde;
8487         pt_entry_t oldpte, *pte, PG_M, PG_RW;
8488         vm_offset_t va;
8489         int pvh_gen, md_gen;
8490
8491         KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
8492             ("pmap_remove_write: page %p is not managed", m));
8493
8494         vm_page_assert_busied(m);
8495         if (!pmap_page_is_write_mapped(m))
8496                 return;
8497
8498         lock = VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m);
8499         pvh = (m->flags & PG_FICTITIOUS) != 0 ? &pv_dummy :
8500             pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
8501         rw_wlock(lock);
8502 retry:
8503         TAILQ_FOREACH_SAFE(pv, &pvh->pv_list, pv_next, next_pv) {
8504                 pmap = PV_PMAP(pv);
8505                 if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
8506                         pvh_gen = pvh->pv_gen;
8507                         rw_wunlock(lock);
8508                         PMAP_LOCK(pmap);
8509                         rw_wlock(lock);
8510                         if (pvh_gen != pvh->pv_gen) {
8511                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
8512                                 goto retry;
8513                         }
8514                 }
8515                 PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
8516                 va = pv->pv_va;
8517                 pde = pmap_pde(pmap, va);
8518                 if ((*pde & PG_RW) != 0)
8519                         (void)pmap_demote_pde_locked(pmap, pde, va, &lock);
8520                 KASSERT(lock == VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m),
8521                     ("inconsistent pv lock %p %p for page %p",
8522                     lock, VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m), m));
8523                 PMAP_UNLOCK(pmap);
8524         }
8525         TAILQ_FOREACH(pv, &m->md.pv_list, pv_next) {
8526                 pmap = PV_PMAP(pv);
8527                 if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
8528                         pvh_gen = pvh->pv_gen;
8529                         md_gen = m->md.pv_gen;
8530                         rw_wunlock(lock);
8531                         PMAP_LOCK(pmap);
8532                         rw_wlock(lock);
8533                         if (pvh_gen != pvh->pv_gen ||
8534                             md_gen != m->md.pv_gen) {
8535                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
8536                                 goto retry;
8537                         }
8538                 }
8539                 PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
8540                 PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
8541                 pde = pmap_pde(pmap, pv->pv_va);
8542                 KASSERT((*pde & PG_PS) == 0,
8543                     ("pmap_remove_write: found a 2mpage in page %p's pv list",
8544                     m));
8545                 pte = pmap_pde_to_pte(pde, pv->pv_va);
8546                 oldpte = *pte;
8547                 if (oldpte & PG_RW) {
8548                         while (!atomic_fcmpset_long(pte, &oldpte, oldpte &
8549                             ~(PG_RW | PG_M)))
8550                                 cpu_spinwait();
8551                         if ((oldpte & PG_M) != 0)
8552                                 vm_page_dirty(m);
8553                         pmap_invalidate_page(pmap, pv->pv_va);
8554                 }
8555                 PMAP_UNLOCK(pmap);
8556         }
8557         rw_wunlock(lock);
8558         vm_page_aflag_clear(m, PGA_WRITEABLE);
8559         pmap_delayed_invl_wait(m);
8560 }
8561
8562 static __inline boolean_t
8563 safe_to_clear_referenced(pmap_t pmap, pt_entry_t pte)
8564 {
8565
8566         if (!pmap_emulate_ad_bits(pmap))
8567                 return (TRUE);
8568
8569         KASSERT(pmap->pm_type == PT_EPT, ("invalid pm_type %d", pmap->pm_type));
8570
8571         /*
8572          * XWR = 010 or 110 will cause an unconditional EPT misconfiguration
8573          * so we don't let the referenced (aka EPT_PG_READ) bit to be cleared
8574          * if the EPT_PG_WRITE bit is set.
8575          */
8576         if ((pte & EPT_PG_WRITE) != 0)
8577                 return (FALSE);
8578
8579         /*
8580          * XWR = 100 is allowed only if the PMAP_SUPPORTS_EXEC_ONLY is set.
8581          */
8582         if ((pte & EPT_PG_EXECUTE) == 0 ||
8583             ((pmap->pm_flags & PMAP_SUPPORTS_EXEC_ONLY) != 0))
8584                 return (TRUE);
8585         else
8586                 return (FALSE);
8587 }
8588
8589 /*
8590  *      pmap_ts_referenced:
8591  *
8592  *      Return a count of reference bits for a page, clearing those bits.
8593  *      It is not necessary for every reference bit to be cleared, but it
8594  *      is necessary that 0 only be returned when there are truly no
8595  *      reference bits set.
8596  *
8597  *      As an optimization, update the page's dirty field if a modified bit is
8598  *      found while counting reference bits.  This opportunistic update can be
8599  *      performed at low cost and can eliminate the need for some future calls
8600  *      to pmap_is_modified().  However, since this function stops after
8601  *      finding PMAP_TS_REFERENCED_MAX reference bits, it may not detect some
8602  *      dirty pages.  Those dirty pages will only be detected by a future call
8603  *      to pmap_is_modified().
8604  *
8605  *      A DI block is not needed within this function, because
8606  *      invalidations are performed before the PV list lock is
8607  *      released.
8608  */
8609 int
8610 pmap_ts_referenced(vm_page_t m)
8611 {
8612         struct md_page *pvh;
8613         pv_entry_t pv, pvf;
8614         pmap_t pmap;
8615         struct rwlock *lock;
8616         pd_entry_t oldpde, *pde;
8617         pt_entry_t *pte, PG_A, PG_M, PG_RW;
8618         vm_offset_t va;
8619         vm_paddr_t pa;
8620         int cleared, md_gen, not_cleared, pvh_gen;
8621         struct spglist free;
8622         boolean_t demoted;
8623
8624         KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
8625             ("pmap_ts_referenced: page %p is not managed", m));
8626         SLIST_INIT(&free);
8627         cleared = 0;
8628         pa = VM_PAGE_TO_PHYS(m);
8629         lock = PHYS_TO_PV_LIST_LOCK(pa);
8630         pvh = (m->flags & PG_FICTITIOUS) != 0 ? &pv_dummy : pa_to_pvh(pa);
8631         rw_wlock(lock);
8632 retry:
8633         not_cleared = 0;
8634         if ((pvf = TAILQ_FIRST(&pvh->pv_list)) == NULL)
8635                 goto small_mappings;
8636         pv = pvf;
8637         do {
8638                 if (pvf == NULL)
8639                         pvf = pv;
8640                 pmap = PV_PMAP(pv);
8641                 if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
8642                         pvh_gen = pvh->pv_gen;
8643                         rw_wunlock(lock);
8644                         PMAP_LOCK(pmap);
8645                         rw_wlock(lock);
8646                         if (pvh_gen != pvh->pv_gen) {
8647                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
8648                                 goto retry;
8649                         }
8650                 }
8651                 PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
8652                 PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
8653                 PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
8654                 va = pv->pv_va;
8655                 pde = pmap_pde(pmap, pv->pv_va);
8656                 oldpde = *pde;
8657                 if ((oldpde & (PG_M | PG_RW)) == (PG_M | PG_RW)) {
8658                         /*
8659                          * Although "oldpde" is mapping a 2MB page, because
8660                          * this function is called at a 4KB page granularity,
8661                          * we only update the 4KB page under test.
8662                          */
8663                         vm_page_dirty(m);
8664                 }
8665                 if ((oldpde & PG_A) != 0) {
8666                         /*
8667                          * Since this reference bit is shared by 512 4KB
8668                          * pages, it should not be cleared every time it is
8669                          * tested.  Apply a simple "hash" function on the
8670                          * physical page number, the virtual superpage number,
8671                          * and the pmap address to select one 4KB page out of
8672                          * the 512 on which testing the reference bit will
8673                          * result in clearing that reference bit.  This
8674                          * function is designed to avoid the selection of the
8675                          * same 4KB page for every 2MB page mapping.
8676                          *
8677                          * On demotion, a mapping that hasn't been referenced
8678                          * is simply destroyed.  To avoid the possibility of a
8679                          * subsequent page fault on a demoted wired mapping,
8680                          * always leave its reference bit set.  Moreover,
8681                          * since the superpage is wired, the current state of
8682                          * its reference bit won't affect page replacement.
8683                          */
8684                         if ((((pa >> PAGE_SHIFT) ^ (pv->pv_va >> PDRSHIFT) ^
8685                             (uintptr_t)pmap) & (NPTEPG - 1)) == 0 &&
8686                             (oldpde & PG_W) == 0) {
8687                                 if (safe_to_clear_referenced(pmap, oldpde)) {
8688                                         atomic_clear_long(pde, PG_A);
8689                                         pmap_invalidate_page(pmap, pv->pv_va);
8690                                         demoted = FALSE;
8691                                 } else if (pmap_demote_pde_locked(pmap, pde,
8692                                     pv->pv_va, &lock)) {
8693                                         /*
8694                                          * Remove the mapping to a single page
8695                                          * so that a subsequent access may
8696                                          * repromote.  Since the underlying
8697                                          * page table page is fully populated,
8698                                          * this removal never frees a page
8699                                          * table page.
8700                                          */
8701                                         demoted = TRUE;
8702                                         va += VM_PAGE_TO_PHYS(m) - (oldpde &
8703                                             PG_PS_FRAME);
8704                                         pte = pmap_pde_to_pte(pde, va);
8705                                         pmap_remove_pte(pmap, pte, va, *pde,
8706                                             NULL, &lock);
8707                                         pmap_invalidate_page(pmap, va);
8708                                 } else
8709                                         demoted = TRUE;
8710
8711                                 if (demoted) {
8712                                         /*
8713                                          * The superpage mapping was removed
8714                                          * entirely and therefore 'pv' is no
8715                                          * longer valid.
8716                                          */
8717                                         if (pvf == pv)
8718                                                 pvf = NULL;
8719                                         pv = NULL;
8720                                 }
8721                                 cleared++;
8722                                 KASSERT(lock == VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m),
8723                                     ("inconsistent pv lock %p %p for page %p",
8724                                     lock, VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m), m));
8725                         } else
8726                                 not_cleared++;
8727                 }
8728                 PMAP_UNLOCK(pmap);
8729                 /* Rotate the PV list if it has more than one entry. */
8730                 if (pv != NULL && TAILQ_NEXT(pv, pv_next) != NULL) {
8731                         TAILQ_REMOVE(&pvh->pv_list, pv, pv_next);
8732                         TAILQ_INSERT_TAIL(&pvh->pv_list, pv, pv_next);
8733                         pvh->pv_gen++;
8734                 }
8735                 if (cleared + not_cleared >= PMAP_TS_REFERENCED_MAX)
8736                         goto out;
8737         } while ((pv = TAILQ_FIRST(&pvh->pv_list)) != pvf);
8738 small_mappings:
8739         if ((pvf = TAILQ_FIRST(&m->md.pv_list)) == NULL)
8740                 goto out;
8741         pv = pvf;
8742         do {
8743                 if (pvf == NULL)
8744                         pvf = pv;
8745                 pmap = PV_PMAP(pv);
8746                 if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
8747                         pvh_gen = pvh->pv_gen;
8748                         md_gen = m->md.pv_gen;
8749                         rw_wunlock(lock);
8750                         PMAP_LOCK(pmap);
8751                         rw_wlock(lock);
8752                         if (pvh_gen != pvh->pv_gen || md_gen != m->md.pv_gen) {
8753                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
8754                                 goto retry;
8755                         }
8756                 }
8757                 PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
8758                 PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
8759                 PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
8760                 pde = pmap_pde(pmap, pv->pv_va);
8761                 KASSERT((*pde & PG_PS) == 0,
8762                     ("pmap_ts_referenced: found a 2mpage in page %p's pv list",
8763                     m));
8764                 pte = pmap_pde_to_pte(pde, pv->pv_va);
8765                 if ((*pte & (PG_M | PG_RW)) == (PG_M | PG_RW))
8766                         vm_page_dirty(m);
8767                 if ((*pte & PG_A) != 0) {
8768                         if (safe_to_clear_referenced(pmap, *pte)) {
8769                                 atomic_clear_long(pte, PG_A);
8770                                 pmap_invalidate_page(pmap, pv->pv_va);
8771                                 cleared++;
8772                         } else if ((*pte & PG_W) == 0) {
8773                                 /*
8774                                  * Wired pages cannot be paged out so
8775                                  * doing accessed bit emulation for
8776                                  * them is wasted effort. We do the
8777                                  * hard work for unwired pages only.
8778                                  */
8779                                 pmap_remove_pte(pmap, pte, pv->pv_va,
8780                                     *pde, &free, &lock);
8781                                 pmap_invalidate_page(pmap, pv->pv_va);
8782                                 cleared++;
8783                                 if (pvf == pv)
8784                                         pvf = NULL;
8785                                 pv = NULL;
8786                                 KASSERT(lock == VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m),
8787                                     ("inconsistent pv lock %p %p for page %p",
8788                                     lock, VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m), m));
8789                         } else
8790                                 not_cleared++;
8791                 }
8792                 PMAP_UNLOCK(pmap);
8793                 /* Rotate the PV list if it has more than one entry. */
8794                 if (pv != NULL && TAILQ_NEXT(pv, pv_next) != NULL) {
8795                         TAILQ_REMOVE(&m->md.pv_list, pv, pv_next);
8796                         TAILQ_INSERT_TAIL(&m->md.pv_list, pv, pv_next);
8797                         m->md.pv_gen++;
8798                 }
8799         } while ((pv = TAILQ_FIRST(&m->md.pv_list)) != pvf && cleared +
8800             not_cleared < PMAP_TS_REFERENCED_MAX);
8801 out:
8802         rw_wunlock(lock);
8803         vm_page_free_pages_toq(&free, true);
8804         return (cleared + not_cleared);
8805 }
8806
8807 /*
8808  *      Apply the given advice to the specified range of addresses within the
8809  *      given pmap.  Depending on the advice, clear the referenced and/or
8810  *      modified flags in each mapping and set the mapped page's dirty field.
8811  */
8812 void
8813 pmap_advise(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva, int advice)
8814 {
8815         struct rwlock *lock;
8816         pml4_entry_t *pml4e;
8817         pdp_entry_t *pdpe;
8818         pd_entry_t oldpde, *pde;
8819         pt_entry_t *pte, PG_A, PG_G, PG_M, PG_RW, PG_V;
8820         vm_offset_t va, va_next;
8821         vm_page_t m;
8822         bool anychanged;
8823
8824         if (advice != MADV_DONTNEED && advice != MADV_FREE)
8825                 return;
8826
8827         /*
8828          * A/D bit emulation requires an alternate code path when clearing
8829          * the modified and accessed bits below. Since this function is
8830          * advisory in nature we skip it entirely for pmaps that require
8831          * A/D bit emulation.
8832          */
8833         if (pmap_emulate_ad_bits(pmap))
8834                 return;
8835
8836         PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
8837         PG_G = pmap_global_bit(pmap);
8838         PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
8839         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
8840         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
8841         anychanged = false;
8842         pmap_delayed_invl_start();
8843         PMAP_LOCK(pmap);
8844         for (; sva < eva; sva = va_next) {
8845                 pml4e = pmap_pml4e(pmap, sva);
8846                 if (pml4e == NULL || (*pml4e & PG_V) == 0) {
8847                         va_next = (sva + NBPML4) & ~PML4MASK;
8848                         if (va_next < sva)
8849                                 va_next = eva;
8850                         continue;
8851                 }
8852
8853                 va_next = (sva + NBPDP) & ~PDPMASK;
8854                 if (va_next < sva)
8855                         va_next = eva;
8856                 pdpe = pmap_pml4e_to_pdpe(pml4e, sva);
8857                 if ((*pdpe & PG_V) == 0)
8858                         continue;
8859                 if ((*pdpe & PG_PS) != 0) {
8860                         KASSERT(va_next <= eva,
8861                             ("partial update of non-transparent 1G mapping "
8862                             "pdpe %#lx sva %#lx eva %#lx va_next %#lx",
8863                             *pdpe, sva, eva, va_next));
8864                         continue;
8865                 }
8866
8867                 va_next = (sva + NBPDR) & ~PDRMASK;
8868                 if (va_next < sva)
8869                         va_next = eva;
8870                 pde = pmap_pdpe_to_pde(pdpe, sva);
8871                 oldpde = *pde;
8872                 if ((oldpde & PG_V) == 0)
8873                         continue;
8874                 else if ((oldpde & PG_PS) != 0) {
8875                         if ((oldpde & PG_MANAGED) == 0)
8876                                 continue;
8877                         lock = NULL;
8878                         if (!pmap_demote_pde_locked(pmap, pde, sva, &lock)) {
8879                                 if (lock != NULL)
8880                                         rw_wunlock(lock);
8881
8882                                 /*
8883                                  * The large page mapping was destroyed.
8884                                  */
8885                                 continue;
8886                         }
8887
8888                         /*
8889                          * Unless the page mappings are wired, remove the
8890                          * mapping to a single page so that a subsequent
8891                          * access may repromote.  Choosing the last page
8892                          * within the address range [sva, min(va_next, eva))
8893                          * generally results in more repromotions.  Since the
8894                          * underlying page table page is fully populated, this
8895                          * removal never frees a page table page.
8896                          */
8897                         if ((oldpde & PG_W) == 0) {
8898                                 va = eva;
8899                                 if (va > va_next)
8900                                         va = va_next;
8901                                 va -= PAGE_SIZE;
8902                                 KASSERT(va >= sva,
8903                                     ("pmap_advise: no address gap"));
8904                                 pte = pmap_pde_to_pte(pde, va);
8905                                 KASSERT((*pte & PG_V) != 0,
8906                                     ("pmap_advise: invalid PTE"));
8907                                 pmap_remove_pte(pmap, pte, va, *pde, NULL,
8908                                     &lock);
8909                                 anychanged = true;
8910                         }
8911                         if (lock != NULL)
8912                                 rw_wunlock(lock);
8913                 }
8914                 if (va_next > eva)
8915                         va_next = eva;
8916                 va = va_next;
8917                 for (pte = pmap_pde_to_pte(pde, sva); sva != va_next; pte++,
8918                     sva += PAGE_SIZE) {
8919                         if ((*pte & (PG_MANAGED | PG_V)) != (PG_MANAGED | PG_V))
8920                                 goto maybe_invlrng;
8921                         else if ((*pte & (PG_M | PG_RW)) == (PG_M | PG_RW)) {
8922                                 if (advice == MADV_DONTNEED) {
8923                                         /*
8924                                          * Future calls to pmap_is_modified()
8925                                          * can be avoided by making the page
8926                                          * dirty now.
8927                                          */
8928                                         m = PHYS_TO_VM_PAGE(*pte & PG_FRAME);
8929                                         vm_page_dirty(m);
8930                                 }
8931                                 atomic_clear_long(pte, PG_M | PG_A);
8932                         } else if ((*pte & PG_A) != 0)
8933                                 atomic_clear_long(pte, PG_A);
8934                         else
8935                                 goto maybe_invlrng;
8936
8937                         if ((*pte & PG_G) != 0) {
8938                                 if (va == va_next)
8939                                         va = sva;
8940                         } else
8941                                 anychanged = true;
8942                         continue;
8943 maybe_invlrng:
8944                         if (va != va_next) {
8945                                 pmap_invalidate_range(pmap, va, sva);
8946                                 va = va_next;
8947                         }
8948                 }
8949                 if (va != va_next)
8950                         pmap_invalidate_range(pmap, va, sva);
8951         }
8952         if (anychanged)
8953                 pmap_invalidate_all(pmap);
8954         PMAP_UNLOCK(pmap);
8955         pmap_delayed_invl_finish();
8956 }
8957
8958 /*
8959  *      Clear the modify bits on the specified physical page.
8960  */
8961 void
8962 pmap_clear_modify(vm_page_t m)
8963 {
8964         struct md_page *pvh;
8965         pmap_t pmap;
8966         pv_entry_t next_pv, pv;
8967         pd_entry_t oldpde, *pde;
8968         pt_entry_t *pte, PG_M, PG_RW;
8969         struct rwlock *lock;
8970         vm_offset_t va;
8971         int md_gen, pvh_gen;
8972
8973         KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
8974             ("pmap_clear_modify: page %p is not managed", m));
8975         vm_page_assert_busied(m);
8976
8977         if (!pmap_page_is_write_mapped(m))
8978                 return;
8979         pvh = (m->flags & PG_FICTITIOUS) != 0 ? &pv_dummy :
8980             pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
8981         lock = VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m);
8982         rw_wlock(lock);
8983 restart:
8984         TAILQ_FOREACH_SAFE(pv, &pvh->pv_list, pv_next, next_pv) {
8985                 pmap = PV_PMAP(pv);
8986                 if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
8987                         pvh_gen = pvh->pv_gen;
8988                         rw_wunlock(lock);
8989                         PMAP_LOCK(pmap);
8990                         rw_wlock(lock);
8991                         if (pvh_gen != pvh->pv_gen) {
8992                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
8993                                 goto restart;
8994                         }
8995                 }
8996                 PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
8997                 PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
8998                 va = pv->pv_va;
8999                 pde = pmap_pde(pmap, va);
9000                 oldpde = *pde;
9001                 /* If oldpde has PG_RW set, then it also has PG_M set. */
9002                 if ((oldpde & PG_RW) != 0 &&
9003                     pmap_demote_pde_locked(pmap, pde, va, &lock) &&
9004                     (oldpde & PG_W) == 0) {
9005                         /*
9006                          * Write protect the mapping to a single page so that
9007                          * a subsequent write access may repromote.
9008                          */
9009                         va += VM_PAGE_TO_PHYS(m) - (oldpde & PG_PS_FRAME);
9010                         pte = pmap_pde_to_pte(pde, va);
9011                         atomic_clear_long(pte, PG_M | PG_RW);
9012                         vm_page_dirty(m);
9013                         pmap_invalidate_page(pmap, va);
9014                 }
9015                 PMAP_UNLOCK(pmap);
9016         }
9017         TAILQ_FOREACH(pv, &m->md.pv_list, pv_next) {
9018                 pmap = PV_PMAP(pv);
9019                 if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
9020                         md_gen = m->md.pv_gen;
9021                         pvh_gen = pvh->pv_gen;
9022                         rw_wunlock(lock);
9023                         PMAP_LOCK(pmap);
9024                         rw_wlock(lock);
9025                         if (pvh_gen != pvh->pv_gen || md_gen != m->md.pv_gen) {
9026                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
9027                                 goto restart;
9028                         }
9029                 }
9030                 PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
9031                 PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
9032                 pde = pmap_pde(pmap, pv->pv_va);
9033                 KASSERT((*pde & PG_PS) == 0, ("pmap_clear_modify: found"
9034                     " a 2mpage in page %p's pv list", m));
9035                 pte = pmap_pde_to_pte(pde, pv->pv_va);
9036                 if ((*pte & (PG_M | PG_RW)) == (PG_M | PG_RW)) {
9037                         atomic_clear_long(pte, PG_M);
9038                         pmap_invalidate_page(pmap, pv->pv_va);
9039                 }
9040                 PMAP_UNLOCK(pmap);
9041         }
9042         rw_wunlock(lock);
9043 }
9044
9045 /*
9046  * Miscellaneous support routines follow
9047  */
9048
9049 /* Adjust the properties for a leaf page table entry. */
9050 static __inline void
9051 pmap_pte_props(pt_entry_t *pte, u_long bits, u_long mask)
9052 {
9053         u_long opte, npte;
9054
9055         opte = *(u_long *)pte;
9056         do {
9057                 npte = opte & ~mask;
9058                 npte |= bits;
9059         } while (npte != opte && !atomic_fcmpset_long((u_long *)pte, &opte,
9060             npte));
9061 }
9062
9063 /*
9064  * Map a set of physical memory pages into the kernel virtual
9065  * address space. Return a pointer to where it is mapped. This
9066  * routine is intended to be used for mapping device memory,
9067  * NOT real memory.
9068  */
9069 static void *
9070 pmap_mapdev_internal(vm_paddr_t pa, vm_size_t size, int mode, int flags)
9071 {
9072         struct pmap_preinit_mapping *ppim;
9073         vm_offset_t va, offset;
9074         vm_size_t tmpsize;
9075         int i;
9076
9077         offset = pa & PAGE_MASK;
9078         size = round_page(offset + size);
9079         pa = trunc_page(pa);
9080
9081         if (!pmap_initialized) {
9082                 va = 0;
9083                 for (i = 0; i < PMAP_PREINIT_MAPPING_COUNT; i++) {
9084                         ppim = pmap_preinit_mapping + i;
9085                         if (ppim->va == 0) {
9086                                 ppim->pa = pa;
9087                                 ppim->sz = size;
9088                                 ppim->mode = mode;
9089                                 ppim->va = virtual_avail;
9090                                 virtual_avail += size;
9091                                 va = ppim->va;
9092                                 break;
9093                         }
9094                 }
9095                 if (va == 0)
9096                         panic("%s: too many preinit mappings", __func__);
9097         } else {
9098                 /*
9099                  * If we have a preinit mapping, re-use it.
9100                  */
9101                 for (i = 0; i < PMAP_PREINIT_MAPPING_COUNT; i++) {
9102                         ppim = pmap_preinit_mapping + i;
9103                         if (ppim->pa == pa && ppim->sz == size &&
9104                             (ppim->mode == mode ||
9105                             (flags & MAPDEV_SETATTR) == 0))
9106                                 return ((void *)(ppim->va + offset));
9107                 }
9108                 /*
9109                  * If the specified range of physical addresses fits within
9110                  * the direct map window, use the direct map.
9111                  */
9112                 if (pa < dmaplimit && pa + size <= dmaplimit) {
9113                         va = PHYS_TO_DMAP(pa);
9114                         if ((flags & MAPDEV_SETATTR) != 0) {
9115                                 PMAP_LOCK(kernel_pmap);
9116                                 i = pmap_change_props_locked(va, size,
9117                                     PROT_NONE, mode, flags);
9118                                 PMAP_UNLOCK(kernel_pmap);
9119                         } else
9120                                 i = 0;
9121                         if (!i)
9122                                 return ((void *)(va + offset));
9123                 }
9124                 va = kva_alloc(size);
9125                 if (va == 0)
9126                         panic("%s: Couldn't allocate KVA", __func__);
9127         }
9128         for (tmpsize = 0; tmpsize < size; tmpsize += PAGE_SIZE)
9129                 pmap_kenter_attr(va + tmpsize, pa + tmpsize, mode);
9130         pmap_invalidate_range(kernel_pmap, va, va + tmpsize);
9131         if ((flags & MAPDEV_FLUSHCACHE) != 0)
9132                 pmap_invalidate_cache_range(va, va + tmpsize);
9133         return ((void *)(va + offset));
9134 }
9135
9136 void *
9137 pmap_mapdev_attr(vm_paddr_t pa, vm_size_t size, int mode)
9138 {
9139
9140         return (pmap_mapdev_internal(pa, size, mode, MAPDEV_FLUSHCACHE |
9141             MAPDEV_SETATTR));
9142 }
9143
9144 void *
9145 pmap_mapdev(vm_paddr_t pa, vm_size_t size)
9146 {
9147
9148         return (pmap_mapdev_attr(pa, size, PAT_UNCACHEABLE));
9149 }
9150
9151 void *
9152 pmap_mapdev_pciecfg(vm_paddr_t pa, vm_size_t size)
9153 {
9154
9155         return (pmap_mapdev_internal(pa, size, PAT_UNCACHEABLE,
9156             MAPDEV_SETATTR));
9157 }
9158
9159 void *
9160 pmap_mapbios(vm_paddr_t pa, vm_size_t size)
9161 {
9162
9163         return (pmap_mapdev_internal(pa, size, PAT_WRITE_BACK,
9164             MAPDEV_FLUSHCACHE));
9165 }
9166
9167 void
9168 pmap_unmapdev(vm_offset_t va, vm_size_t size)
9169 {
9170         struct pmap_preinit_mapping *ppim;
9171         vm_offset_t offset;
9172         int i;
9173
9174         /* If we gave a direct map region in pmap_mapdev, do nothing */
9175         if (va >= DMAP_MIN_ADDRESS && va < DMAP_MAX_ADDRESS)
9176                 return;
9177         offset = va & PAGE_MASK;
9178         size = round_page(offset + size);
9179         va = trunc_page(va);
9180         for (i = 0; i < PMAP_PREINIT_MAPPING_COUNT; i++) {
9181                 ppim = pmap_preinit_mapping + i;
9182                 if (ppim->va == va && ppim->sz == size) {
9183                         if (pmap_initialized)
9184                                 return;
9185                         ppim->pa = 0;
9186                         ppim->va = 0;
9187                         ppim->sz = 0;
9188                         ppim->mode = 0;
9189                         if (va + size == virtual_avail)
9190                                 virtual_avail = va;
9191                         return;
9192                 }
9193         }
9194         if (pmap_initialized) {
9195                 pmap_qremove(va, atop(size));
9196                 kva_free(va, size);
9197         }
9198 }
9199
9200 /*
9201  * Tries to demote a 1GB page mapping.
9202  */
9203 static boolean_t
9204 pmap_demote_pdpe(pmap_t pmap, pdp_entry_t *pdpe, vm_offset_t va)
9205 {
9206         pdp_entry_t newpdpe, oldpdpe;
9207         pd_entry_t *firstpde, newpde, *pde;
9208         pt_entry_t PG_A, PG_M, PG_RW, PG_V;
9209         vm_paddr_t pdpgpa;
9210         vm_page_t pdpg;
9211
9212         PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
9213         PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
9214         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
9215         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
9216
9217         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
9218         oldpdpe = *pdpe;
9219         KASSERT((oldpdpe & (PG_PS | PG_V)) == (PG_PS | PG_V),
9220             ("pmap_demote_pdpe: oldpdpe is missing PG_PS and/or PG_V"));
9221         pdpg = pmap_alloc_pt_page(pmap, va >> PDPSHIFT,
9222             VM_ALLOC_WIRED | VM_ALLOC_INTERRUPT);
9223         if (pdpg  == NULL) {
9224                 CTR2(KTR_PMAP, "pmap_demote_pdpe: failure for va %#lx"
9225                     " in pmap %p", va, pmap);
9226                 return (FALSE);
9227         }
9228         pdpgpa = VM_PAGE_TO_PHYS(pdpg);
9229         firstpde = (pd_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(pdpgpa);
9230         newpdpe = pdpgpa | PG_M | PG_A | (oldpdpe & PG_U) | PG_RW | PG_V;
9231         KASSERT((oldpdpe & PG_A) != 0,
9232             ("pmap_demote_pdpe: oldpdpe is missing PG_A"));
9233         KASSERT((oldpdpe & (PG_M | PG_RW)) != PG_RW,
9234             ("pmap_demote_pdpe: oldpdpe is missing PG_M"));
9235         newpde = oldpdpe;
9236
9237         /*
9238          * Initialize the page directory page.
9239          */
9240         for (pde = firstpde; pde < firstpde + NPDEPG; pde++) {
9241                 *pde = newpde;
9242                 newpde += NBPDR;
9243         }
9244
9245         /*
9246          * Demote the mapping.
9247          */
9248         *pdpe = newpdpe;
9249
9250         /*
9251          * Invalidate a stale recursive mapping of the page directory page.
9252          */
9253         pmap_invalidate_page(pmap, (vm_offset_t)vtopde(va));
9254
9255         counter_u64_add(pmap_pdpe_demotions, 1);
9256         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_demote_pdpe: success for va %#lx"
9257             " in pmap %p", va, pmap);
9258         return (TRUE);
9259 }
9260
9261 /*
9262  * Sets the memory attribute for the specified page.
9263  */
9264 void
9265 pmap_page_set_memattr(vm_page_t m, vm_memattr_t ma)
9266 {
9267
9268         m->md.pat_mode = ma;
9269
9270         /*
9271          * If "m" is a normal page, update its direct mapping.  This update
9272          * can be relied upon to perform any cache operations that are
9273          * required for data coherence.
9274          */
9275         if ((m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0 &&
9276             pmap_change_attr(PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(m)), PAGE_SIZE,
9277             m->md.pat_mode))
9278                 panic("memory attribute change on the direct map failed");
9279 }
9280
9281 void
9282 pmap_page_set_memattr_noflush(vm_page_t m, vm_memattr_t ma)
9283 {
9284         int error;
9285
9286         m->md.pat_mode = ma;
9287
9288         if ((m->flags & PG_FICTITIOUS) != 0)
9289                 return;
9290         PMAP_LOCK(kernel_pmap);
9291         error = pmap_change_props_locked(PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(m)),
9292             PAGE_SIZE, PROT_NONE, m->md.pat_mode, 0);
9293         PMAP_UNLOCK(kernel_pmap);
9294         if (error != 0)
9295                 panic("memory attribute change on the direct map failed");
9296 }
9297
9298 /*
9299  * Changes the specified virtual address range's memory type to that given by
9300  * the parameter "mode".  The specified virtual address range must be
9301  * completely contained within either the direct map or the kernel map.  If
9302  * the virtual address range is contained within the kernel map, then the
9303  * memory type for each of the corresponding ranges of the direct map is also
9304  * changed.  (The corresponding ranges of the direct map are those ranges that
9305  * map the same physical pages as the specified virtual address range.)  These
9306  * changes to the direct map are necessary because Intel describes the
9307  * behavior of their processors as "undefined" if two or more mappings to the
9308  * same physical page have different memory types.
9309  *
9310  * Returns zero if the change completed successfully, and either EINVAL or
9311  * ENOMEM if the change failed.  Specifically, EINVAL is returned if some part
9312  * of the virtual address range was not mapped, and ENOMEM is returned if
9313  * there was insufficient memory available to complete the change.  In the
9314  * latter case, the memory type may have been changed on some part of the
9315  * virtual address range or the direct map.
9316  */
9317 int
9318 pmap_change_attr(vm_offset_t va, vm_size_t size, int mode)
9319 {
9320         int error;
9321
9322         PMAP_LOCK(kernel_pmap);
9323         error = pmap_change_props_locked(va, size, PROT_NONE, mode,
9324             MAPDEV_FLUSHCACHE);
9325         PMAP_UNLOCK(kernel_pmap);
9326         return (error);
9327 }
9328
9329 /*
9330  * Changes the specified virtual address range's protections to those
9331  * specified by "prot".  Like pmap_change_attr(), protections for aliases
9332  * in the direct map are updated as well.  Protections on aliasing mappings may
9333  * be a subset of the requested protections; for example, mappings in the direct
9334  * map are never executable.
9335  */
9336 int
9337 pmap_change_prot(vm_offset_t va, vm_size_t size, vm_prot_t prot)
9338 {
9339         int error;
9340
9341         /* Only supported within the kernel map. */
9342         if (va < VM_MIN_KERNEL_ADDRESS)
9343                 return (EINVAL);
9344
9345         PMAP_LOCK(kernel_pmap);
9346         error = pmap_change_props_locked(va, size, prot, -1,
9347             MAPDEV_ASSERTVALID);
9348         PMAP_UNLOCK(kernel_pmap);
9349         return (error);
9350 }
9351
9352 static int
9353 pmap_change_props_locked(vm_offset_t va, vm_size_t size, vm_prot_t prot,
9354     int mode, int flags)
9355 {
9356         vm_offset_t base, offset, tmpva;
9357         vm_paddr_t pa_start, pa_end, pa_end1;
9358         pdp_entry_t *pdpe;
9359         pd_entry_t *pde, pde_bits, pde_mask;
9360         pt_entry_t *pte, pte_bits, pte_mask;
9361         int error;
9362         bool changed;
9363
9364         PMAP_LOCK_ASSERT(kernel_pmap, MA_OWNED);
9365         base = trunc_page(va);
9366         offset = va & PAGE_MASK;
9367         size = round_page(offset + size);
9368
9369         /*
9370          * Only supported on kernel virtual addresses, including the direct
9371          * map but excluding the recursive map.
9372          */
9373         if (base < DMAP_MIN_ADDRESS)
9374                 return (EINVAL);
9375
9376         /*
9377          * Construct our flag sets and masks.  "bits" is the subset of
9378          * "mask" that will be set in each modified PTE.
9379          *
9380          * Mappings in the direct map are never allowed to be executable.
9381          */
9382         pde_bits = pte_bits = 0;
9383         pde_mask = pte_mask = 0;
9384         if (mode != -1) {
9385                 pde_bits |= pmap_cache_bits(kernel_pmap, mode, true);
9386                 pde_mask |= X86_PG_PDE_CACHE;
9387                 pte_bits |= pmap_cache_bits(kernel_pmap, mode, false);
9388                 pte_mask |= X86_PG_PTE_CACHE;
9389         }
9390         if (prot != VM_PROT_NONE) {
9391                 if ((prot & VM_PROT_WRITE) != 0) {
9392                         pde_bits |= X86_PG_RW;
9393                         pte_bits |= X86_PG_RW;
9394                 }
9395                 if ((prot & VM_PROT_EXECUTE) == 0 ||
9396                     va < VM_MIN_KERNEL_ADDRESS) {
9397                         pde_bits |= pg_nx;
9398                         pte_bits |= pg_nx;
9399                 }
9400                 pde_mask |= X86_PG_RW | pg_nx;
9401                 pte_mask |= X86_PG_RW | pg_nx;
9402         }
9403
9404         /*
9405          * Pages that aren't mapped aren't supported.  Also break down 2MB pages
9406          * into 4KB pages if required.
9407          */
9408         for (tmpva = base; tmpva < base + size; ) {
9409                 pdpe = pmap_pdpe(kernel_pmap, tmpva);
9410                 if (pdpe == NULL || *pdpe == 0) {
9411                         KASSERT((flags & MAPDEV_ASSERTVALID) == 0,
9412                             ("%s: addr %#lx is not mapped", __func__, tmpva));
9413                         return (EINVAL);
9414                 }
9415                 if (*pdpe & PG_PS) {
9416                         /*
9417                          * If the current 1GB page already has the required
9418                          * properties, then we need not demote this page.  Just
9419                          * increment tmpva to the next 1GB page frame.
9420                          */
9421                         if ((*pdpe & pde_mask) == pde_bits) {
9422                                 tmpva = trunc_1gpage(tmpva) + NBPDP;
9423                                 continue;
9424                         }
9425
9426                         /*
9427                          * If the current offset aligns with a 1GB page frame
9428                          * and there is at least 1GB left within the range, then
9429                          * we need not break down this page into 2MB pages.
9430                          */
9431                         if ((tmpva & PDPMASK) == 0 &&
9432                             tmpva + PDPMASK < base + size) {
9433                                 tmpva += NBPDP;
9434                                 continue;
9435                         }
9436                         if (!pmap_demote_pdpe(kernel_pmap, pdpe, tmpva))
9437                                 return (ENOMEM);
9438                 }
9439                 pde = pmap_pdpe_to_pde(pdpe, tmpva);
9440                 if (*pde == 0) {
9441                         KASSERT((flags & MAPDEV_ASSERTVALID) == 0,
9442                             ("%s: addr %#lx is not mapped", __func__, tmpva));
9443                         return (EINVAL);
9444                 }
9445                 if (*pde & PG_PS) {
9446                         /*
9447                          * If the current 2MB page already has the required
9448                          * properties, then we need not demote this page.  Just
9449                          * increment tmpva to the next 2MB page frame.
9450                          */
9451                         if ((*pde & pde_mask) == pde_bits) {
9452                                 tmpva = trunc_2mpage(tmpva) + NBPDR;
9453                                 continue;
9454                         }
9455
9456                         /*
9457                          * If the current offset aligns with a 2MB page frame
9458                          * and there is at least 2MB left within the range, then
9459                          * we need not break down this page into 4KB pages.
9460                          */
9461                         if ((tmpva & PDRMASK) == 0 &&
9462                             tmpva + PDRMASK < base + size) {
9463                                 tmpva += NBPDR;
9464                                 continue;
9465                         }
9466                         if (!pmap_demote_pde(kernel_pmap, pde, tmpva))
9467                                 return (ENOMEM);
9468                 }
9469                 pte = pmap_pde_to_pte(pde, tmpva);
9470                 if (*pte == 0) {
9471                         KASSERT((flags & MAPDEV_ASSERTVALID) == 0,
9472                             ("%s: addr %#lx is not mapped", __func__, tmpva));
9473                         return (EINVAL);
9474                 }
9475                 tmpva += PAGE_SIZE;
9476         }
9477         error = 0;
9478
9479         /*
9480          * Ok, all the pages exist, so run through them updating their
9481          * properties if required.
9482          */
9483         changed = false;
9484         pa_start = pa_end = 0;
9485         for (tmpva = base; tmpva < base + size; ) {
9486                 pdpe = pmap_pdpe(kernel_pmap, tmpva);
9487                 if (*pdpe & PG_PS) {
9488                         if ((*pdpe & pde_mask) != pde_bits) {
9489                                 pmap_pte_props(pdpe, pde_bits, pde_mask);
9490                                 changed = true;
9491                         }
9492                         if (tmpva >= VM_MIN_KERNEL_ADDRESS &&
9493                             (*pdpe & PG_PS_FRAME) < dmaplimit) {
9494                                 if (pa_start == pa_end) {
9495                                         /* Start physical address run. */
9496                                         pa_start = *pdpe & PG_PS_FRAME;
9497                                         pa_end = pa_start + NBPDP;
9498                                 } else if (pa_end == (*pdpe & PG_PS_FRAME))
9499                                         pa_end += NBPDP;
9500                                 else {
9501                                         /* Run ended, update direct map. */
9502                                         error = pmap_change_props_locked(
9503                                             PHYS_TO_DMAP(pa_start),
9504                                             pa_end - pa_start, prot, mode,
9505                                             flags);
9506                                         if (error != 0)
9507                                                 break;
9508                                         /* Start physical address run. */
9509                                         pa_start = *pdpe & PG_PS_FRAME;
9510                                         pa_end = pa_start + NBPDP;
9511                                 }
9512                         }
9513                         tmpva = trunc_1gpage(tmpva) + NBPDP;
9514                         continue;
9515                 }
9516                 pde = pmap_pdpe_to_pde(pdpe, tmpva);
9517                 if (*pde & PG_PS) {
9518                         if ((*pde & pde_mask) != pde_bits) {
9519                                 pmap_pte_props(pde, pde_bits, pde_mask);
9520                                 changed = true;
9521                         }
9522                         if (tmpva >= VM_MIN_KERNEL_ADDRESS &&
9523                             (*pde & PG_PS_FRAME) < dmaplimit) {
9524                                 if (pa_start == pa_end) {
9525                                         /* Start physical address run. */
9526                                         pa_start = *pde & PG_PS_FRAME;
9527                                         pa_end = pa_start + NBPDR;
9528                                 } else if (pa_end == (*pde & PG_PS_FRAME))
9529                                         pa_end += NBPDR;
9530                                 else {
9531                                         /* Run ended, update direct map. */
9532                                         error = pmap_change_props_locked(
9533                                             PHYS_TO_DMAP(pa_start),
9534                                             pa_end - pa_start, prot, mode,
9535                                             flags);
9536                                         if (error != 0)
9537                                                 break;
9538                                         /* Start physical address run. */
9539                                         pa_start = *pde & PG_PS_FRAME;
9540                                         pa_end = pa_start + NBPDR;
9541                                 }
9542                         }
9543                         tmpva = trunc_2mpage(tmpva) + NBPDR;
9544                 } else {
9545                         pte = pmap_pde_to_pte(pde, tmpva);
9546                         if ((*pte & pte_mask) != pte_bits) {
9547                                 pmap_pte_props(pte, pte_bits, pte_mask);
9548                                 changed = true;
9549                         }
9550                         if (tmpva >= VM_MIN_KERNEL_ADDRESS &&
9551                             (*pte & PG_FRAME) < dmaplimit) {
9552                                 if (pa_start == pa_end) {
9553                                         /* Start physical address run. */
9554                                         pa_start = *pte & PG_FRAME;
9555                                         pa_end = pa_start + PAGE_SIZE;
9556                                 } else if (pa_end == (*pte & PG_FRAME))
9557                                         pa_end += PAGE_SIZE;
9558                                 else {
9559                                         /* Run ended, update direct map. */
9560                                         error = pmap_change_props_locked(
9561                                             PHYS_TO_DMAP(pa_start),
9562                                             pa_end - pa_start, prot, mode,
9563                                             flags);
9564                                         if (error != 0)
9565                                                 break;
9566                                         /* Start physical address run. */
9567                                         pa_start = *pte & PG_FRAME;
9568                                         pa_end = pa_start + PAGE_SIZE;
9569                                 }
9570                         }
9571                         tmpva += PAGE_SIZE;
9572                 }
9573         }
9574         if (error == 0 && pa_start != pa_end && pa_start < dmaplimit) {
9575                 pa_end1 = MIN(pa_end, dmaplimit);
9576                 if (pa_start != pa_end1)
9577                         error = pmap_change_props_locked(PHYS_TO_DMAP(pa_start),
9578                             pa_end1 - pa_start, prot, mode, flags);
9579         }
9580
9581         /*
9582          * Flush CPU caches if required to make sure any data isn't cached that
9583          * shouldn't be, etc.
9584          */
9585         if (changed) {
9586                 pmap_invalidate_range(kernel_pmap, base, tmpva);
9587                 if ((flags & MAPDEV_FLUSHCACHE) != 0)
9588                         pmap_invalidate_cache_range(base, tmpva);
9589         }
9590         return (error);
9591 }
9592
9593 /*
9594  * Demotes any mapping within the direct map region that covers more than the
9595  * specified range of physical addresses.  This range's size must be a power
9596  * of two and its starting address must be a multiple of its size.  Since the
9597  * demotion does not change any attributes of the mapping, a TLB invalidation
9598  * is not mandatory.  The caller may, however, request a TLB invalidation.
9599  */
9600 void
9601 pmap_demote_DMAP(vm_paddr_t base, vm_size_t len, boolean_t invalidate)
9602 {
9603         pdp_entry_t *pdpe;
9604         pd_entry_t *pde;
9605         vm_offset_t va;
9606         boolean_t changed;
9607
9608         if (len == 0)
9609                 return;
9610         KASSERT(powerof2(len), ("pmap_demote_DMAP: len is not a power of 2"));
9611         KASSERT((base & (len - 1)) == 0,
9612             ("pmap_demote_DMAP: base is not a multiple of len"));
9613         if (len < NBPDP && base < dmaplimit) {
9614                 va = PHYS_TO_DMAP(base);
9615                 changed = FALSE;
9616                 PMAP_LOCK(kernel_pmap);
9617                 pdpe = pmap_pdpe(kernel_pmap, va);
9618                 if ((*pdpe & X86_PG_V) == 0)
9619                         panic("pmap_demote_DMAP: invalid PDPE");
9620                 if ((*pdpe & PG_PS) != 0) {
9621                         if (!pmap_demote_pdpe(kernel_pmap, pdpe, va))
9622                                 panic("pmap_demote_DMAP: PDPE failed");
9623                         changed = TRUE;
9624                 }
9625                 if (len < NBPDR) {
9626                         pde = pmap_pdpe_to_pde(pdpe, va);
9627                         if ((*pde & X86_PG_V) == 0)
9628                                 panic("pmap_demote_DMAP: invalid PDE");
9629                         if ((*pde & PG_PS) != 0) {
9630                                 if (!pmap_demote_pde(kernel_pmap, pde, va))
9631                                         panic("pmap_demote_DMAP: PDE failed");
9632                                 changed = TRUE;
9633                         }
9634                 }
9635                 if (changed && invalidate)
9636                         pmap_invalidate_page(kernel_pmap, va);
9637                 PMAP_UNLOCK(kernel_pmap);
9638         }
9639 }
9640
9641 /*
9642  * Perform the pmap work for mincore(2).  If the page is not both referenced and
9643  * modified by this pmap, returns its physical address so that the caller can
9644  * find other mappings.
9645  */
9646 int
9647 pmap_mincore(pmap_t pmap, vm_offset_t addr, vm_paddr_t *pap)
9648 {
9649         pdp_entry_t *pdpe;
9650         pd_entry_t *pdep;
9651         pt_entry_t pte, PG_A, PG_M, PG_RW, PG_V;
9652         vm_paddr_t pa;
9653         int val;
9654
9655         PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
9656         PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
9657         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
9658         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
9659
9660         PMAP_LOCK(pmap);
9661         pte = 0;
9662         pa = 0;
9663         val = 0;
9664         pdpe = pmap_pdpe(pmap, addr);
9665         if (pdpe == NULL)
9666                 goto out;
9667         if ((*pdpe & PG_V) != 0) {
9668                 if ((*pdpe & PG_PS) != 0) {
9669                         pte = *pdpe;
9670                         pa = ((pte & PG_PS_PDP_FRAME) | (addr & PDPMASK)) &
9671                             PG_FRAME;
9672                         val = MINCORE_PSIND(2);
9673                 } else {
9674                         pdep = pmap_pde(pmap, addr);
9675                         if (pdep != NULL && (*pdep & PG_V) != 0) {
9676                                 if ((*pdep & PG_PS) != 0) {
9677                                         pte = *pdep;
9678                         /* Compute the physical address of the 4KB page. */
9679                                         pa = ((pte & PG_PS_FRAME) | (addr &
9680                                             PDRMASK)) & PG_FRAME;
9681                                         val = MINCORE_PSIND(1);
9682                                 } else {
9683                                         pte = *pmap_pde_to_pte(pdep, addr);
9684                                         pa = pte & PG_FRAME;
9685                                         val = 0;
9686                                 }
9687                         }
9688                 }
9689         }
9690         if ((pte & PG_V) != 0) {
9691                 val |= MINCORE_INCORE;
9692                 if ((pte & (PG_M | PG_RW)) == (PG_M | PG_RW))
9693                         val |= MINCORE_MODIFIED | MINCORE_MODIFIED_OTHER;
9694                 if ((pte & PG_A) != 0)
9695                         val |= MINCORE_REFERENCED | MINCORE_REFERENCED_OTHER;
9696         }
9697         if ((val & (MINCORE_MODIFIED_OTHER | MINCORE_REFERENCED_OTHER)) !=
9698             (MINCORE_MODIFIED_OTHER | MINCORE_REFERENCED_OTHER) &&
9699             (pte & (PG_MANAGED | PG_V)) == (PG_MANAGED | PG_V)) {
9700                 *pap = pa;
9701         }
9702 out:
9703         PMAP_UNLOCK(pmap);
9704         return (val);
9705 }
9706
9707 static uint64_t
9708 pmap_pcid_alloc(pmap_t pmap, u_int cpuid)
9709 {
9710         uint32_t gen, new_gen, pcid_next;
9711
9712         CRITICAL_ASSERT(curthread);
9713         gen = PCPU_GET(pcid_gen);
9714         if (pmap->pm_pcids[cpuid].pm_pcid == PMAP_PCID_KERN)
9715                 return (pti ? 0 : CR3_PCID_SAVE);
9716         if (pmap->pm_pcids[cpuid].pm_gen == gen)
9717                 return (CR3_PCID_SAVE);
9718         pcid_next = PCPU_GET(pcid_next);
9719         KASSERT((!pti && pcid_next <= PMAP_PCID_OVERMAX) ||
9720             (pti && pcid_next <= PMAP_PCID_OVERMAX_KERN),
9721             ("cpu %d pcid_next %#x", cpuid, pcid_next));
9722         if ((!pti && pcid_next == PMAP_PCID_OVERMAX) ||
9723             (pti && pcid_next == PMAP_PCID_OVERMAX_KERN)) {
9724                 new_gen = gen + 1;
9725                 if (new_gen == 0)
9726                         new_gen = 1;
9727                 PCPU_SET(pcid_gen, new_gen);
9728                 pcid_next = PMAP_PCID_KERN + 1;
9729         } else {
9730                 new_gen = gen;
9731         }
9732         pmap->pm_pcids[cpuid].pm_pcid = pcid_next;
9733         pmap->pm_pcids[cpuid].pm_gen = new_gen;
9734         PCPU_SET(pcid_next, pcid_next + 1);
9735         return (0);
9736 }
9737
9738 static uint64_t
9739 pmap_pcid_alloc_checked(pmap_t pmap, u_int cpuid)
9740 {
9741         uint64_t cached;
9742
9743         cached = pmap_pcid_alloc(pmap, cpuid);
9744         KASSERT(pmap->pm_pcids[cpuid].pm_pcid < PMAP_PCID_OVERMAX,
9745             ("pmap %p cpu %d pcid %#x", pmap, cpuid,
9746             pmap->pm_pcids[cpuid].pm_pcid));
9747         KASSERT(pmap->pm_pcids[cpuid].pm_pcid != PMAP_PCID_KERN ||
9748             pmap == kernel_pmap,
9749             ("non-kernel pmap pmap %p cpu %d pcid %#x",
9750             pmap, cpuid, pmap->pm_pcids[cpuid].pm_pcid));
9751         return (cached);
9752 }
9753
9754 static void
9755 pmap_activate_sw_pti_post(struct thread *td, pmap_t pmap)
9756 {
9757
9758         PCPU_GET(tssp)->tss_rsp0 = pmap->pm_ucr3 != PMAP_NO_CR3 ?
9759             PCPU_GET(pti_rsp0) : (uintptr_t)td->td_md.md_stack_base;
9760 }
9761
9762 static void
9763 pmap_activate_sw_pcid_pti(struct thread *td, pmap_t pmap, u_int cpuid)
9764 {
9765         pmap_t old_pmap;
9766         uint64_t cached, cr3, kcr3, ucr3;
9767
9768         KASSERT((read_rflags() & PSL_I) == 0,
9769             ("PCID needs interrupts disabled in pmap_activate_sw()"));
9770
9771         /* See the comment in pmap_invalidate_page_pcid(). */
9772         if (PCPU_GET(ucr3_load_mask) != PMAP_UCR3_NOMASK) {
9773                 PCPU_SET(ucr3_load_mask, PMAP_UCR3_NOMASK);
9774                 old_pmap = PCPU_GET(curpmap);
9775                 MPASS(old_pmap->pm_ucr3 != PMAP_NO_CR3);
9776                 old_pmap->pm_pcids[cpuid].pm_gen = 0;
9777         }
9778
9779         cached = pmap_pcid_alloc_checked(pmap, cpuid);
9780         cr3 = rcr3();
9781         if ((cr3 & ~CR3_PCID_MASK) != pmap->pm_cr3)
9782                 load_cr3(pmap->pm_cr3 | pmap->pm_pcids[cpuid].pm_pcid);
9783         PCPU_SET(curpmap, pmap);
9784         kcr3 = pmap->pm_cr3 | pmap->pm_pcids[cpuid].pm_pcid;
9785         ucr3 = pmap->pm_ucr3 | pmap->pm_pcids[cpuid].pm_pcid |
9786             PMAP_PCID_USER_PT;
9787
9788         if (!cached && pmap->pm_ucr3 != PMAP_NO_CR3)
9789                 PCPU_SET(ucr3_load_mask, ~CR3_PCID_SAVE);
9790
9791         PCPU_SET(kcr3, kcr3 | CR3_PCID_SAVE);
9792         PCPU_SET(ucr3, ucr3 | CR3_PCID_SAVE);
9793         if (cached)
9794                 counter_u64_add(pcid_save_cnt, 1);
9795
9796         pmap_activate_sw_pti_post(td, pmap);
9797 }
9798
9799 static void
9800 pmap_activate_sw_pcid_nopti(struct thread *td __unused, pmap_t pmap,
9801     u_int cpuid)
9802 {
9803         uint64_t cached, cr3;
9804
9805         KASSERT((read_rflags() & PSL_I) == 0,
9806             ("PCID needs interrupts disabled in pmap_activate_sw()"));
9807
9808         cached = pmap_pcid_alloc_checked(pmap, cpuid);
9809         cr3 = rcr3();
9810         if (!cached || (cr3 & ~CR3_PCID_MASK) != pmap->pm_cr3)
9811                 load_cr3(pmap->pm_cr3 | pmap->pm_pcids[cpuid].pm_pcid |
9812                     cached);
9813         PCPU_SET(curpmap, pmap);
9814         if (cached)
9815                 counter_u64_add(pcid_save_cnt, 1);
9816 }
9817
9818 static void
9819 pmap_activate_sw_nopcid_nopti(struct thread *td __unused, pmap_t pmap,
9820     u_int cpuid __unused)
9821 {
9822
9823         load_cr3(pmap->pm_cr3);
9824         PCPU_SET(curpmap, pmap);
9825 }
9826
9827 static void
9828 pmap_activate_sw_nopcid_pti(struct thread *td, pmap_t pmap,
9829     u_int cpuid __unused)
9830 {
9831
9832         pmap_activate_sw_nopcid_nopti(td, pmap, cpuid);
9833         PCPU_SET(kcr3, pmap->pm_cr3);
9834         PCPU_SET(ucr3, pmap->pm_ucr3);
9835         pmap_activate_sw_pti_post(td, pmap);
9836 }
9837
9838 DEFINE_IFUNC(static, void, pmap_activate_sw_mode, (struct thread *, pmap_t,
9839     u_int))
9840 {
9841
9842         if (pmap_pcid_enabled && pti)
9843                 return (pmap_activate_sw_pcid_pti);
9844         else if (pmap_pcid_enabled && !pti)
9845                 return (pmap_activate_sw_pcid_nopti);
9846         else if (!pmap_pcid_enabled && pti)
9847                 return (pmap_activate_sw_nopcid_pti);
9848         else /* if (!pmap_pcid_enabled && !pti) */
9849                 return (pmap_activate_sw_nopcid_nopti);
9850 }
9851
9852 void
9853 pmap_activate_sw(struct thread *td)
9854 {
9855         pmap_t oldpmap, pmap;
9856         u_int cpuid;
9857
9858         oldpmap = PCPU_GET(curpmap);
9859         pmap = vmspace_pmap(td->td_proc->p_vmspace);
9860         if (oldpmap == pmap) {
9861                 if (cpu_vendor_id != CPU_VENDOR_INTEL)
9862                         mfence();
9863                 return;
9864         }
9865         cpuid = PCPU_GET(cpuid);
9866 #ifdef SMP
9867         CPU_SET_ATOMIC(cpuid, &pmap->pm_active);
9868 #else
9869         CPU_SET(cpuid, &pmap->pm_active);
9870 #endif
9871         pmap_activate_sw_mode(td, pmap, cpuid);
9872 #ifdef SMP
9873         CPU_CLR_ATOMIC(cpuid, &oldpmap->pm_active);
9874 #else
9875         CPU_CLR(cpuid, &oldpmap->pm_active);
9876 #endif
9877 }
9878
9879 void
9880 pmap_activate(struct thread *td)
9881 {
9882         /*
9883          * invltlb_{invpcid,}_pcid_handler() is used to handle an
9884          * invalidate_all IPI, which checks for curpmap ==
9885          * smp_tlb_pmap.  The below sequence of operations has a
9886          * window where %CR3 is loaded with the new pmap's PML4
9887          * address, but the curpmap value has not yet been updated.
9888          * This causes the invltlb IPI handler, which is called
9889          * between the updates, to execute as a NOP, which leaves
9890          * stale TLB entries.
9891          *
9892          * Note that the most common use of pmap_activate_sw(), from
9893          * a context switch, is immune to this race, because
9894          * interrupts are disabled (while the thread lock is owned),
9895          * so the IPI is delayed until after curpmap is updated.  Protect
9896          * other callers in a similar way, by disabling interrupts
9897          * around the %cr3 register reload and curpmap assignment.
9898          */
9899         spinlock_enter();
9900         pmap_activate_sw(td);
9901         spinlock_exit();
9902 }
9903
9904 void
9905 pmap_activate_boot(pmap_t pmap)
9906 {
9907         uint64_t kcr3;
9908         u_int cpuid;
9909
9910         /*
9911          * kernel_pmap must be never deactivated, and we ensure that
9912          * by never activating it at all.
9913          */
9914         MPASS(pmap != kernel_pmap);
9915
9916         cpuid = PCPU_GET(cpuid);
9917 #ifdef SMP
9918         CPU_SET_ATOMIC(cpuid, &pmap->pm_active);
9919 #else
9920         CPU_SET(cpuid, &pmap->pm_active);
9921 #endif
9922         PCPU_SET(curpmap, pmap);
9923         if (pti) {
9924                 kcr3 = pmap->pm_cr3;
9925                 if (pmap_pcid_enabled)
9926                         kcr3 |= pmap->pm_pcids[cpuid].pm_pcid | CR3_PCID_SAVE;
9927         } else {
9928                 kcr3 = PMAP_NO_CR3;
9929         }
9930         PCPU_SET(kcr3, kcr3);
9931         PCPU_SET(ucr3, PMAP_NO_CR3);
9932 }
9933
9934 void
9935 pmap_sync_icache(pmap_t pm, vm_offset_t va, vm_size_t sz)
9936 {
9937 }
9938
9939 /*
9940  *      Increase the starting virtual address of the given mapping if a
9941  *      different alignment might result in more superpage mappings.
9942  */
9943 void
9944 pmap_align_superpage(vm_object_t object, vm_ooffset_t offset,
9945     vm_offset_t *addr, vm_size_t size)
9946 {
9947         vm_offset_t superpage_offset;
9948
9949         if (size < NBPDR)
9950                 return;
9951         if (object != NULL && (object->flags & OBJ_COLORED) != 0)
9952                 offset += ptoa(object->pg_color);
9953         superpage_offset = offset & PDRMASK;
9954         if (size - ((NBPDR - superpage_offset) & PDRMASK) < NBPDR ||
9955             (*addr & PDRMASK) == superpage_offset)
9956                 return;
9957         if ((*addr & PDRMASK) < superpage_offset)
9958                 *addr = (*addr & ~PDRMASK) + superpage_offset;
9959         else
9960                 *addr = ((*addr + PDRMASK) & ~PDRMASK) + superpage_offset;
9961 }
9962
9963 #ifdef INVARIANTS
9964 static unsigned long num_dirty_emulations;
9965 SYSCTL_ULONG(_vm_pmap, OID_AUTO, num_dirty_emulations, CTLFLAG_RW,
9966              &num_dirty_emulations, 0, NULL);
9967
9968 static unsigned long num_accessed_emulations;
9969 SYSCTL_ULONG(_vm_pmap, OID_AUTO, num_accessed_emulations, CTLFLAG_RW,
9970              &num_accessed_emulations, 0, NULL);
9971
9972 static unsigned long num_superpage_accessed_emulations;
9973 SYSCTL_ULONG(_vm_pmap, OID_AUTO, num_superpage_accessed_emulations, CTLFLAG_RW,
9974              &num_superpage_accessed_emulations, 0, NULL);
9975
9976 static unsigned long ad_emulation_superpage_promotions;
9977 SYSCTL_ULONG(_vm_pmap, OID_AUTO, ad_emulation_superpage_promotions, CTLFLAG_RW,
9978              &ad_emulation_superpage_promotions, 0, NULL);
9979 #endif  /* INVARIANTS */
9980
9981 int
9982 pmap_emulate_accessed_dirty(pmap_t pmap, vm_offset_t va, int ftype)
9983 {
9984         int rv;
9985         struct rwlock *lock;
9986 #if VM_NRESERVLEVEL > 0
9987         vm_page_t m, mpte;
9988 #endif
9989         pd_entry_t *pde;
9990         pt_entry_t *pte, PG_A, PG_M, PG_RW, PG_V;
9991
9992         KASSERT(ftype == VM_PROT_READ || ftype == VM_PROT_WRITE,
9993             ("pmap_emulate_accessed_dirty: invalid fault type %d", ftype));
9994
9995         if (!pmap_emulate_ad_bits(pmap))
9996                 return (-1);
9997
9998         PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
9999         PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
10000         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
10001         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
10002
10003         rv = -1;
10004         lock = NULL;
10005         PMAP_LOCK(pmap);
10006
10007         pde = pmap_pde(pmap, va);
10008         if (pde == NULL || (*pde & PG_V) == 0)
10009                 goto done;
10010
10011         if ((*pde & PG_PS) != 0) {
10012                 if (ftype == VM_PROT_READ) {
10013 #ifdef INVARIANTS
10014                         atomic_add_long(&num_superpage_accessed_emulations, 1);
10015 #endif
10016                         *pde |= PG_A;
10017                         rv = 0;
10018                 }
10019                 goto done;
10020         }
10021
10022         pte = pmap_pde_to_pte(pde, va);
10023         if ((*pte & PG_V) == 0)
10024                 goto done;
10025
10026         if (ftype == VM_PROT_WRITE) {
10027                 if ((*pte & PG_RW) == 0)
10028                         goto done;
10029                 /*
10030                  * Set the modified and accessed bits simultaneously.
10031                  *
10032                  * Intel EPT PTEs that do software emulation of A/D bits map
10033                  * PG_A and PG_M to EPT_PG_READ and EPT_PG_WRITE respectively.
10034                  * An EPT misconfiguration is triggered if the PTE is writable
10035                  * but not readable (WR=10). This is avoided by setting PG_A
10036                  * and PG_M simultaneously.
10037                  */
10038                 *pte |= PG_M | PG_A;
10039         } else {
10040                 *pte |= PG_A;
10041         }
10042
10043 #if VM_NRESERVLEVEL > 0
10044         /* try to promote the mapping */
10045         if (va < VM_MAXUSER_ADDRESS)
10046                 mpte = PHYS_TO_VM_PAGE(*pde & PG_FRAME);
10047         else
10048                 mpte = NULL;
10049
10050         m = PHYS_TO_VM_PAGE(*pte & PG_FRAME);
10051
10052         if ((mpte == NULL || mpte->ref_count == NPTEPG) &&
10053             pmap_ps_enabled(pmap) &&
10054             (m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0 &&
10055             vm_reserv_level_iffullpop(m) == 0) {
10056                 pmap_promote_pde(pmap, pde, va, &lock);
10057 #ifdef INVARIANTS
10058                 atomic_add_long(&ad_emulation_superpage_promotions, 1);
10059 #endif
10060         }
10061 #endif
10062
10063 #ifdef INVARIANTS
10064         if (ftype == VM_PROT_WRITE)
10065                 atomic_add_long(&num_dirty_emulations, 1);
10066         else
10067                 atomic_add_long(&num_accessed_emulations, 1);
10068 #endif
10069         rv = 0;         /* success */
10070 done:
10071         if (lock != NULL)
10072                 rw_wunlock(lock);
10073         PMAP_UNLOCK(pmap);
10074         return (rv);
10075 }
10076
10077 void
10078 pmap_get_mapping(pmap_t pmap, vm_offset_t va, uint64_t *ptr, int *num)
10079 {
10080         pml4_entry_t *pml4;
10081         pdp_entry_t *pdp;
10082         pd_entry_t *pde;
10083         pt_entry_t *pte, PG_V;
10084         int idx;
10085
10086         idx = 0;
10087         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
10088         PMAP_LOCK(pmap);
10089
10090         pml4 = pmap_pml4e(pmap, va);
10091         if (pml4 == NULL)
10092                 goto done;
10093         ptr[idx++] = *pml4;
10094         if ((*pml4 & PG_V) == 0)
10095                 goto done;
10096
10097         pdp = pmap_pml4e_to_pdpe(pml4, va);
10098         ptr[idx++] = *pdp;
10099         if ((*pdp & PG_V) == 0 || (*pdp & PG_PS) != 0)
10100                 goto done;
10101
10102         pde = pmap_pdpe_to_pde(pdp, va);
10103         ptr[idx++] = *pde;
10104         if ((*pde & PG_V) == 0 || (*pde & PG_PS) != 0)
10105                 goto done;
10106
10107         pte = pmap_pde_to_pte(pde, va);
10108         ptr[idx++] = *pte;
10109
10110 done:
10111         PMAP_UNLOCK(pmap);
10112         *num = idx;
10113 }
10114
10115 /**
10116  * Get the kernel virtual address of a set of physical pages. If there are
10117  * physical addresses not covered by the DMAP perform a transient mapping
10118  * that will be removed when calling pmap_unmap_io_transient.
10119  *
10120  * \param page        The pages the caller wishes to obtain the virtual
10121  *                    address on the kernel memory map.
10122  * \param vaddr       On return contains the kernel virtual memory address
10123  *                    of the pages passed in the page parameter.
10124  * \param count       Number of pages passed in.
10125  * \param can_fault   TRUE if the thread using the mapped pages can take
10126  *                    page faults, FALSE otherwise.
10127  *
10128  * \returns TRUE if the caller must call pmap_unmap_io_transient when
10129  *          finished or FALSE otherwise.
10130  *
10131  */
10132 boolean_t
10133 pmap_map_io_transient(vm_page_t page[], vm_offset_t vaddr[], int count,
10134     boolean_t can_fault)
10135 {
10136         vm_paddr_t paddr;
10137         boolean_t needs_mapping;
10138         pt_entry_t *pte;
10139         int cache_bits, error __unused, i;
10140
10141         /*
10142          * Allocate any KVA space that we need, this is done in a separate
10143          * loop to prevent calling vmem_alloc while pinned.
10144          */
10145         needs_mapping = FALSE;
10146         for (i = 0; i < count; i++) {
10147                 paddr = VM_PAGE_TO_PHYS(page[i]);
10148                 if (__predict_false(paddr >= dmaplimit)) {
10149                         error = vmem_alloc(kernel_arena, PAGE_SIZE,
10150                             M_BESTFIT | M_WAITOK, &vaddr[i]);
10151                         KASSERT(error == 0, ("vmem_alloc failed: %d", error));
10152                         needs_mapping = TRUE;
10153                 } else {
10154                         vaddr[i] = PHYS_TO_DMAP(paddr);
10155                 }
10156         }
10157
10158         /* Exit early if everything is covered by the DMAP */
10159         if (!needs_mapping)
10160                 return (FALSE);
10161
10162         /*
10163          * NB:  The sequence of updating a page table followed by accesses
10164          * to the corresponding pages used in the !DMAP case is subject to
10165          * the situation described in the "AMD64 Architecture Programmer's
10166          * Manual Volume 2: System Programming" rev. 3.23, "7.3.1 Special
10167          * Coherency Considerations".  Therefore, issuing the INVLPG right
10168          * after modifying the PTE bits is crucial.
10169          */
10170         if (!can_fault)
10171                 sched_pin();
10172         for (i = 0; i < count; i++) {
10173                 paddr = VM_PAGE_TO_PHYS(page[i]);
10174                 if (paddr >= dmaplimit) {
10175                         if (can_fault) {
10176                                 /*
10177                                  * Slow path, since we can get page faults
10178                                  * while mappings are active don't pin the
10179                                  * thread to the CPU and instead add a global
10180                                  * mapping visible to all CPUs.
10181                                  */
10182                                 pmap_qenter(vaddr[i], &page[i], 1);
10183                         } else {
10184                                 pte = vtopte(vaddr[i]);
10185                                 cache_bits = pmap_cache_bits(kernel_pmap,
10186                                     page[i]->md.pat_mode, 0);
10187                                 pte_store(pte, paddr | X86_PG_RW | X86_PG_V |
10188                                     cache_bits);
10189                                 invlpg(vaddr[i]);
10190                         }
10191                 }
10192         }
10193
10194         return (needs_mapping);
10195 }
10196
10197 void
10198 pmap_unmap_io_transient(vm_page_t page[], vm_offset_t vaddr[], int count,
10199     boolean_t can_fault)
10200 {
10201         vm_paddr_t paddr;
10202         int i;
10203
10204         if (!can_fault)
10205                 sched_unpin();
10206         for (i = 0; i < count; i++) {
10207                 paddr = VM_PAGE_TO_PHYS(page[i]);
10208                 if (paddr >= dmaplimit) {
10209                         if (can_fault)
10210                                 pmap_qremove(vaddr[i], 1);
10211                         vmem_free(kernel_arena, vaddr[i], PAGE_SIZE);
10212                 }
10213         }
10214 }
10215
10216 vm_offset_t
10217 pmap_quick_enter_page(vm_page_t m)
10218 {
10219         vm_paddr_t paddr;
10220
10221         paddr = VM_PAGE_TO_PHYS(m);
10222         if (paddr < dmaplimit)
10223                 return (PHYS_TO_DMAP(paddr));
10224         mtx_lock_spin(&qframe_mtx);
10225         KASSERT(*vtopte(qframe) == 0, ("qframe busy"));
10226         pte_store(vtopte(qframe), paddr | X86_PG_RW | X86_PG_V | X86_PG_A |
10227             X86_PG_M | pmap_cache_bits(kernel_pmap, m->md.pat_mode, 0));
10228         return (qframe);
10229 }
10230
10231 void
10232 pmap_quick_remove_page(vm_offset_t addr)
10233 {
10234
10235         if (addr != qframe)
10236                 return;
10237         pte_store(vtopte(qframe), 0);
10238         invlpg(qframe);
10239         mtx_unlock_spin(&qframe_mtx);
10240 }
10241
10242 /*
10243  * Pdp pages from the large map are managed differently from either
10244  * kernel or user page table pages.  They are permanently allocated at
10245  * initialization time, and their reference count is permanently set to
10246  * zero.  The pml4 entries pointing to those pages are copied into
10247  * each allocated pmap.
10248  *
10249  * In contrast, pd and pt pages are managed like user page table
10250  * pages.  They are dynamically allocated, and their reference count
10251  * represents the number of valid entries within the page.
10252  */
10253 static vm_page_t
10254 pmap_large_map_getptp_unlocked(void)
10255 {
10256         return (pmap_alloc_pt_page(kernel_pmap, 0, VM_ALLOC_ZERO));
10257 }
10258
10259 static vm_page_t
10260 pmap_large_map_getptp(void)
10261 {
10262         vm_page_t m;
10263
10264         PMAP_LOCK_ASSERT(kernel_pmap, MA_OWNED);
10265         m = pmap_large_map_getptp_unlocked();
10266         if (m == NULL) {
10267                 PMAP_UNLOCK(kernel_pmap);
10268                 vm_wait(NULL);
10269                 PMAP_LOCK(kernel_pmap);
10270                 /* Callers retry. */
10271         }
10272         return (m);
10273 }
10274
10275 static pdp_entry_t *
10276 pmap_large_map_pdpe(vm_offset_t va)
10277 {
10278         vm_pindex_t pml4_idx;
10279         vm_paddr_t mphys;
10280
10281         pml4_idx = pmap_pml4e_index(va);
10282         KASSERT(LMSPML4I <= pml4_idx && pml4_idx < LMSPML4I + lm_ents,
10283             ("pmap_large_map_pdpe: va %#jx out of range idx %#jx LMSPML4I "
10284             "%#jx lm_ents %d",
10285             (uintmax_t)va, (uintmax_t)pml4_idx, LMSPML4I, lm_ents));
10286         KASSERT((kernel_pml4[pml4_idx] & X86_PG_V) != 0,
10287             ("pmap_large_map_pdpe: invalid pml4 for va %#jx idx %#jx "
10288             "LMSPML4I %#jx lm_ents %d",
10289             (uintmax_t)va, (uintmax_t)pml4_idx, LMSPML4I, lm_ents));
10290         mphys = kernel_pml4[pml4_idx] & PG_FRAME;
10291         return ((pdp_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(mphys) + pmap_pdpe_index(va));
10292 }
10293
10294 static pd_entry_t *
10295 pmap_large_map_pde(vm_offset_t va)
10296 {
10297         pdp_entry_t *pdpe;
10298         vm_page_t m;
10299         vm_paddr_t mphys;
10300
10301 retry:
10302         pdpe = pmap_large_map_pdpe(va);
10303         if (*pdpe == 0) {
10304                 m = pmap_large_map_getptp();
10305                 if (m == NULL)
10306                         goto retry;
10307                 mphys = VM_PAGE_TO_PHYS(m);
10308                 *pdpe = mphys | X86_PG_A | X86_PG_RW | X86_PG_V | pg_nx;
10309         } else {
10310                 MPASS((*pdpe & X86_PG_PS) == 0);
10311                 mphys = *pdpe & PG_FRAME;
10312         }
10313         return ((pd_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(mphys) + pmap_pde_index(va));
10314 }
10315
10316 static pt_entry_t *
10317 pmap_large_map_pte(vm_offset_t va)
10318 {
10319         pd_entry_t *pde;
10320         vm_page_t m;
10321         vm_paddr_t mphys;
10322
10323 retry:
10324         pde = pmap_large_map_pde(va);
10325         if (*pde == 0) {
10326                 m = pmap_large_map_getptp();
10327                 if (m == NULL)
10328                         goto retry;
10329                 mphys = VM_PAGE_TO_PHYS(m);
10330                 *pde = mphys | X86_PG_A | X86_PG_RW | X86_PG_V | pg_nx;
10331                 PHYS_TO_VM_PAGE(DMAP_TO_PHYS((uintptr_t)pde))->ref_count++;
10332         } else {
10333                 MPASS((*pde & X86_PG_PS) == 0);
10334                 mphys = *pde & PG_FRAME;
10335         }
10336         return ((pt_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(mphys) + pmap_pte_index(va));
10337 }
10338
10339 static vm_paddr_t
10340 pmap_large_map_kextract(vm_offset_t va)
10341 {
10342         pdp_entry_t *pdpe, pdp;
10343         pd_entry_t *pde, pd;
10344         pt_entry_t *pte, pt;
10345
10346         KASSERT(PMAP_ADDRESS_IN_LARGEMAP(va),
10347             ("not largemap range %#lx", (u_long)va));
10348         pdpe = pmap_large_map_pdpe(va);
10349         pdp = *pdpe;
10350         KASSERT((pdp & X86_PG_V) != 0,
10351             ("invalid pdp va %#lx pdpe %#lx pdp %#lx", va,
10352             (u_long)pdpe, pdp));
10353         if ((pdp & X86_PG_PS) != 0) {
10354                 KASSERT((amd_feature & AMDID_PAGE1GB) != 0,
10355                     ("no 1G pages, va %#lx pdpe %#lx pdp %#lx", va,
10356                     (u_long)pdpe, pdp));
10357                 return ((pdp & PG_PS_PDP_FRAME) | (va & PDPMASK));
10358         }
10359         pde = pmap_pdpe_to_pde(pdpe, va);
10360         pd = *pde;
10361         KASSERT((pd & X86_PG_V) != 0,
10362             ("invalid pd va %#lx pde %#lx pd %#lx", va, (u_long)pde, pd));
10363         if ((pd & X86_PG_PS) != 0)
10364                 return ((pd & PG_PS_FRAME) | (va & PDRMASK));
10365         pte = pmap_pde_to_pte(pde, va);
10366         pt = *pte;
10367         KASSERT((pt & X86_PG_V) != 0,
10368             ("invalid pte va %#lx pte %#lx pt %#lx", va, (u_long)pte, pt));
10369         return ((pt & PG_FRAME) | (va & PAGE_MASK));
10370 }
10371
10372 static int
10373 pmap_large_map_getva(vm_size_t len, vm_offset_t align, vm_offset_t phase,
10374     vmem_addr_t *vmem_res)
10375 {
10376
10377         /*
10378          * Large mappings are all but static.  Consequently, there
10379          * is no point in waiting for an earlier allocation to be
10380          * freed.
10381          */
10382         return (vmem_xalloc(large_vmem, len, align, phase, 0, VMEM_ADDR_MIN,
10383             VMEM_ADDR_MAX, M_NOWAIT | M_BESTFIT, vmem_res));
10384 }
10385
10386 int
10387 pmap_large_map(vm_paddr_t spa, vm_size_t len, void **addr,
10388     vm_memattr_t mattr)
10389 {
10390         pdp_entry_t *pdpe;
10391         pd_entry_t *pde;
10392         pt_entry_t *pte;
10393         vm_offset_t va, inc;
10394         vmem_addr_t vmem_res;
10395         vm_paddr_t pa;
10396         int error;
10397
10398         if (len == 0 || spa + len < spa)
10399                 return (EINVAL);
10400
10401         /* See if DMAP can serve. */
10402         if (spa + len <= dmaplimit) {
10403                 va = PHYS_TO_DMAP(spa);
10404                 *addr = (void *)va;
10405                 return (pmap_change_attr(va, len, mattr));
10406         }
10407
10408         /*
10409          * No, allocate KVA.  Fit the address with best possible
10410          * alignment for superpages.  Fall back to worse align if
10411          * failed.
10412          */
10413         error = ENOMEM;
10414         if ((amd_feature & AMDID_PAGE1GB) != 0 && rounddown2(spa + len,
10415             NBPDP) >= roundup2(spa, NBPDP) + NBPDP)
10416                 error = pmap_large_map_getva(len, NBPDP, spa & PDPMASK,
10417                     &vmem_res);
10418         if (error != 0 && rounddown2(spa + len, NBPDR) >= roundup2(spa,
10419             NBPDR) + NBPDR)
10420                 error = pmap_large_map_getva(len, NBPDR, spa & PDRMASK,
10421                     &vmem_res);
10422         if (error != 0)
10423                 error = pmap_large_map_getva(len, PAGE_SIZE, 0, &vmem_res);
10424         if (error != 0)
10425                 return (error);
10426
10427         /*
10428          * Fill pagetable.  PG_M is not pre-set, we scan modified bits
10429          * in the pagetable to minimize flushing.  No need to
10430          * invalidate TLB, since we only update invalid entries.
10431          */
10432         PMAP_LOCK(kernel_pmap);
10433         for (pa = spa, va = vmem_res; len > 0; pa += inc, va += inc,
10434             len -= inc) {
10435                 if ((amd_feature & AMDID_PAGE1GB) != 0 && len >= NBPDP &&
10436                     (pa & PDPMASK) == 0 && (va & PDPMASK) == 0) {
10437                         pdpe = pmap_large_map_pdpe(va);
10438                         MPASS(*pdpe == 0);
10439                         *pdpe = pa | pg_g | X86_PG_PS | X86_PG_RW |
10440                             X86_PG_V | X86_PG_A | pg_nx |
10441                             pmap_cache_bits(kernel_pmap, mattr, TRUE);
10442                         inc = NBPDP;
10443                 } else if (len >= NBPDR && (pa & PDRMASK) == 0 &&
10444                     (va & PDRMASK) == 0) {
10445                         pde = pmap_large_map_pde(va);
10446                         MPASS(*pde == 0);
10447                         *pde = pa | pg_g | X86_PG_PS | X86_PG_RW |
10448                             X86_PG_V | X86_PG_A | pg_nx |
10449                             pmap_cache_bits(kernel_pmap, mattr, TRUE);
10450                         PHYS_TO_VM_PAGE(DMAP_TO_PHYS((uintptr_t)pde))->
10451                             ref_count++;
10452                         inc = NBPDR;
10453                 } else {
10454                         pte = pmap_large_map_pte(va);
10455                         MPASS(*pte == 0);
10456                         *pte = pa | pg_g | X86_PG_RW | X86_PG_V |
10457                             X86_PG_A | pg_nx | pmap_cache_bits(kernel_pmap,
10458                             mattr, FALSE);
10459                         PHYS_TO_VM_PAGE(DMAP_TO_PHYS((uintptr_t)pte))->
10460                             ref_count++;
10461                         inc = PAGE_SIZE;
10462                 }
10463         }
10464         PMAP_UNLOCK(kernel_pmap);
10465         MPASS(len == 0);
10466
10467         *addr = (void *)vmem_res;
10468         return (0);
10469 }
10470
10471 void
10472 pmap_large_unmap(void *svaa, vm_size_t len)
10473 {
10474         vm_offset_t sva, va;
10475         vm_size_t inc;
10476         pdp_entry_t *pdpe, pdp;
10477         pd_entry_t *pde, pd;
10478         pt_entry_t *pte;
10479         vm_page_t m;
10480         struct spglist spgf;
10481
10482         sva = (vm_offset_t)svaa;
10483         if (len == 0 || sva + len < sva || (sva >= DMAP_MIN_ADDRESS &&
10484             sva + len <= DMAP_MIN_ADDRESS + dmaplimit))
10485                 return;
10486
10487         SLIST_INIT(&spgf);
10488         KASSERT(PMAP_ADDRESS_IN_LARGEMAP(sva) &&
10489             PMAP_ADDRESS_IN_LARGEMAP(sva + len - 1),
10490             ("not largemap range %#lx %#lx", (u_long)svaa, (u_long)svaa + len));
10491         PMAP_LOCK(kernel_pmap);
10492         for (va = sva; va < sva + len; va += inc) {
10493                 pdpe = pmap_large_map_pdpe(va);
10494                 pdp = *pdpe;
10495                 KASSERT((pdp & X86_PG_V) != 0,
10496                     ("invalid pdp va %#lx pdpe %#lx pdp %#lx", va,
10497                     (u_long)pdpe, pdp));
10498                 if ((pdp & X86_PG_PS) != 0) {
10499                         KASSERT((amd_feature & AMDID_PAGE1GB) != 0,
10500                             ("no 1G pages, va %#lx pdpe %#lx pdp %#lx", va,
10501                             (u_long)pdpe, pdp));
10502                         KASSERT((va & PDPMASK) == 0,
10503                             ("PDPMASK bit set, va %#lx pdpe %#lx pdp %#lx", va,
10504                             (u_long)pdpe, pdp));
10505                         KASSERT(va + NBPDP <= sva + len,
10506                             ("unmap covers partial 1GB page, sva %#lx va %#lx "
10507                             "pdpe %#lx pdp %#lx len %#lx", sva, va,
10508                             (u_long)pdpe, pdp, len));
10509                         *pdpe = 0;
10510                         inc = NBPDP;
10511                         continue;
10512                 }
10513                 pde = pmap_pdpe_to_pde(pdpe, va);
10514                 pd = *pde;
10515                 KASSERT((pd & X86_PG_V) != 0,
10516                     ("invalid pd va %#lx pde %#lx pd %#lx", va,
10517                     (u_long)pde, pd));
10518                 if ((pd & X86_PG_PS) != 0) {
10519                         KASSERT((va & PDRMASK) == 0,
10520                             ("PDRMASK bit set, va %#lx pde %#lx pd %#lx", va,
10521                             (u_long)pde, pd));
10522                         KASSERT(va + NBPDR <= sva + len,
10523                             ("unmap covers partial 2MB page, sva %#lx va %#lx "
10524                             "pde %#lx pd %#lx len %#lx", sva, va, (u_long)pde,
10525                             pd, len));
10526                         pde_store(pde, 0);
10527                         inc = NBPDR;
10528                         m = PHYS_TO_VM_PAGE(DMAP_TO_PHYS((vm_offset_t)pde));
10529                         m->ref_count--;
10530                         if (m->ref_count == 0) {
10531                                 *pdpe = 0;
10532                                 SLIST_INSERT_HEAD(&spgf, m, plinks.s.ss);
10533                         }
10534                         continue;
10535                 }
10536                 pte = pmap_pde_to_pte(pde, va);
10537                 KASSERT((*pte & X86_PG_V) != 0,
10538                     ("invalid pte va %#lx pte %#lx pt %#lx", va,
10539                     (u_long)pte, *pte));
10540                 pte_clear(pte);
10541                 inc = PAGE_SIZE;
10542                 m = PHYS_TO_VM_PAGE(DMAP_TO_PHYS((vm_offset_t)pte));
10543                 m->ref_count--;
10544                 if (m->ref_count == 0) {
10545                         *pde = 0;
10546                         SLIST_INSERT_HEAD(&spgf, m, plinks.s.ss);
10547                         m = PHYS_TO_VM_PAGE(DMAP_TO_PHYS((vm_offset_t)pde));
10548                         m->ref_count--;
10549                         if (m->ref_count == 0) {
10550                                 *pdpe = 0;
10551                                 SLIST_INSERT_HEAD(&spgf, m, plinks.s.ss);
10552                         }
10553                 }
10554         }
10555         pmap_invalidate_range(kernel_pmap, sva, sva + len);
10556         PMAP_UNLOCK(kernel_pmap);
10557         vm_page_free_pages_toq(&spgf, false);
10558         vmem_free(large_vmem, sva, len);
10559 }
10560
10561 static void
10562 pmap_large_map_wb_fence_mfence(void)
10563 {
10564
10565         mfence();
10566 }
10567
10568 static void
10569 pmap_large_map_wb_fence_atomic(void)
10570 {
10571
10572         atomic_thread_fence_seq_cst();
10573 }
10574
10575 static void
10576 pmap_large_map_wb_fence_nop(void)
10577 {
10578 }
10579
10580 DEFINE_IFUNC(static, void, pmap_large_map_wb_fence, (void))
10581 {
10582
10583         if (cpu_vendor_id != CPU_VENDOR_INTEL)
10584                 return (pmap_large_map_wb_fence_mfence);
10585         else if ((cpu_stdext_feature & (CPUID_STDEXT_CLWB |
10586             CPUID_STDEXT_CLFLUSHOPT)) == 0)
10587                 return (pmap_large_map_wb_fence_atomic);
10588         else
10589                 /* clflush is strongly enough ordered */
10590                 return (pmap_large_map_wb_fence_nop);
10591 }
10592
10593 static void
10594 pmap_large_map_flush_range_clwb(vm_offset_t va, vm_size_t len)
10595 {
10596
10597         for (; len > 0; len -= cpu_clflush_line_size,
10598             va += cpu_clflush_line_size)
10599                 clwb(va);
10600 }
10601
10602 static void
10603 pmap_large_map_flush_range_clflushopt(vm_offset_t va, vm_size_t len)
10604 {
10605
10606         for (; len > 0; len -= cpu_clflush_line_size,
10607             va += cpu_clflush_line_size)
10608                 clflushopt(va);
10609 }
10610
10611 static void
10612 pmap_large_map_flush_range_clflush(vm_offset_t va, vm_size_t len)
10613 {
10614
10615         for (; len > 0; len -= cpu_clflush_line_size,
10616             va += cpu_clflush_line_size)
10617                 clflush(va);
10618 }
10619
10620 static void
10621 pmap_large_map_flush_range_nop(vm_offset_t sva __unused, vm_size_t len __unused)
10622 {
10623 }
10624
10625 DEFINE_IFUNC(static, void, pmap_large_map_flush_range, (vm_offset_t, vm_size_t))
10626 {
10627
10628         if ((cpu_stdext_feature & CPUID_STDEXT_CLWB) != 0)
10629                 return (pmap_large_map_flush_range_clwb);
10630         else if ((cpu_stdext_feature & CPUID_STDEXT_CLFLUSHOPT) != 0)
10631                 return (pmap_large_map_flush_range_clflushopt);
10632         else if ((cpu_feature & CPUID_CLFSH) != 0)
10633                 return (pmap_large_map_flush_range_clflush);
10634         else
10635                 return (pmap_large_map_flush_range_nop);
10636 }
10637
10638 static void
10639 pmap_large_map_wb_large(vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
10640 {
10641         volatile u_long *pe;
10642         u_long p;
10643         vm_offset_t va;
10644         vm_size_t inc;
10645         bool seen_other;
10646
10647         for (va = sva; va < eva; va += inc) {
10648                 inc = 0;
10649                 if ((amd_feature & AMDID_PAGE1GB) != 0) {
10650                         pe = (volatile u_long *)pmap_large_map_pdpe(va);
10651                         p = *pe;
10652                         if ((p & X86_PG_PS) != 0)
10653                                 inc = NBPDP;
10654                 }
10655                 if (inc == 0) {
10656                         pe = (volatile u_long *)pmap_large_map_pde(va);
10657                         p = *pe;
10658                         if ((p & X86_PG_PS) != 0)
10659                                 inc = NBPDR;
10660                 }
10661                 if (inc == 0) {
10662                         pe = (volatile u_long *)pmap_large_map_pte(va);
10663                         p = *pe;
10664                         inc = PAGE_SIZE;
10665                 }
10666                 seen_other = false;
10667                 for (;;) {
10668                         if ((p & X86_PG_AVAIL1) != 0) {
10669                                 /*
10670                                  * Spin-wait for the end of a parallel
10671                                  * write-back.
10672                                  */
10673                                 cpu_spinwait();
10674                                 p = *pe;
10675
10676                                 /*
10677                                  * If we saw other write-back
10678                                  * occuring, we cannot rely on PG_M to
10679                                  * indicate state of the cache.  The
10680                                  * PG_M bit is cleared before the
10681                                  * flush to avoid ignoring new writes,
10682                                  * and writes which are relevant for
10683                                  * us might happen after.
10684                                  */
10685                                 seen_other = true;
10686                                 continue;
10687                         }
10688
10689                         if ((p & X86_PG_M) != 0 || seen_other) {
10690                                 if (!atomic_fcmpset_long(pe, &p,
10691                                     (p & ~X86_PG_M) | X86_PG_AVAIL1))
10692                                         /*
10693                                          * If we saw PG_M without
10694                                          * PG_AVAIL1, and then on the
10695                                          * next attempt we do not
10696                                          * observe either PG_M or
10697                                          * PG_AVAIL1, the other
10698                                          * write-back started after us
10699                                          * and finished before us.  We
10700                                          * can rely on it doing our
10701                                          * work.
10702                                          */
10703                                         continue;
10704                                 pmap_large_map_flush_range(va, inc);
10705                                 atomic_clear_long(pe, X86_PG_AVAIL1);
10706                         }
10707                         break;
10708                 }
10709                 maybe_yield();
10710         }
10711 }
10712
10713 /*
10714  * Write-back cache lines for the given address range.
10715  *
10716  * Must be called only on the range or sub-range returned from
10717  * pmap_large_map().  Must not be called on the coalesced ranges.
10718  *
10719  * Does nothing on CPUs without CLWB, CLFLUSHOPT, or CLFLUSH
10720  * instructions support.
10721  */
10722 void
10723 pmap_large_map_wb(void *svap, vm_size_t len)
10724 {
10725         vm_offset_t eva, sva;
10726
10727         sva = (vm_offset_t)svap;
10728         eva = sva + len;
10729         pmap_large_map_wb_fence();
10730         if (sva >= DMAP_MIN_ADDRESS && eva <= DMAP_MIN_ADDRESS + dmaplimit) {
10731                 pmap_large_map_flush_range(sva, len);
10732         } else {
10733                 KASSERT(sva >= LARGEMAP_MIN_ADDRESS &&
10734                     eva <= LARGEMAP_MIN_ADDRESS + lm_ents * NBPML4,
10735                     ("pmap_large_map_wb: not largemap %#lx %#lx", sva, len));
10736                 pmap_large_map_wb_large(sva, eva);
10737         }
10738         pmap_large_map_wb_fence();
10739 }
10740
10741 static vm_page_t
10742 pmap_pti_alloc_page(void)
10743 {
10744         vm_page_t m;
10745
10746         VM_OBJECT_ASSERT_WLOCKED(pti_obj);
10747         m = vm_page_grab(pti_obj, pti_pg_idx++, VM_ALLOC_NOBUSY |
10748             VM_ALLOC_WIRED | VM_ALLOC_ZERO);
10749         return (m);
10750 }
10751
10752 static bool
10753 pmap_pti_free_page(vm_page_t m)
10754 {
10755
10756         KASSERT(m->ref_count > 0, ("page %p not referenced", m));
10757         if (!vm_page_unwire_noq(m))
10758                 return (false);
10759         vm_page_free_zero(m);
10760         return (true);
10761 }
10762
10763 static void
10764 pmap_pti_init(void)
10765 {
10766         vm_page_t pml4_pg;
10767         pdp_entry_t *pdpe;
10768         vm_offset_t va;
10769         int i;
10770
10771         if (!pti)
10772                 return;
10773         pti_obj = vm_pager_allocate(OBJT_PHYS, NULL, 0, VM_PROT_ALL, 0, NULL);
10774         VM_OBJECT_WLOCK(pti_obj);
10775         pml4_pg = pmap_pti_alloc_page();
10776         pti_pml4 = (pml4_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(pml4_pg));
10777         for (va = VM_MIN_KERNEL_ADDRESS; va <= VM_MAX_KERNEL_ADDRESS &&
10778             va >= VM_MIN_KERNEL_ADDRESS && va > NBPML4; va += NBPML4) {
10779                 pdpe = pmap_pti_pdpe(va);
10780                 pmap_pti_wire_pte(pdpe);
10781         }
10782         pmap_pti_add_kva_locked((vm_offset_t)&__pcpu[0],
10783             (vm_offset_t)&__pcpu[0] + sizeof(__pcpu[0]) * MAXCPU, false);
10784         pmap_pti_add_kva_locked((vm_offset_t)idt, (vm_offset_t)idt +
10785             sizeof(struct gate_descriptor) * NIDT, false);
10786         CPU_FOREACH(i) {
10787                 /* Doublefault stack IST 1 */
10788                 va = __pcpu[i].pc_common_tss.tss_ist1 + sizeof(struct nmi_pcpu);
10789                 pmap_pti_add_kva_locked(va - DBLFAULT_STACK_SIZE, va, false);
10790                 /* NMI stack IST 2 */
10791                 va = __pcpu[i].pc_common_tss.tss_ist2 + sizeof(struct nmi_pcpu);
10792                 pmap_pti_add_kva_locked(va - NMI_STACK_SIZE, va, false);
10793                 /* MC# stack IST 3 */
10794                 va = __pcpu[i].pc_common_tss.tss_ist3 +
10795                     sizeof(struct nmi_pcpu);
10796                 pmap_pti_add_kva_locked(va - MCE_STACK_SIZE, va, false);
10797                 /* DB# stack IST 4 */
10798                 va = __pcpu[i].pc_common_tss.tss_ist4 + sizeof(struct nmi_pcpu);
10799                 pmap_pti_add_kva_locked(va - DBG_STACK_SIZE, va, false);
10800         }
10801         pmap_pti_add_kva_locked((vm_offset_t)KERNSTART, (vm_offset_t)etext,
10802             true);
10803         pti_finalized = true;
10804         VM_OBJECT_WUNLOCK(pti_obj);
10805 }
10806
10807 static void
10808 pmap_cpu_init(void *arg __unused)
10809 {
10810         CPU_COPY(&all_cpus, &kernel_pmap->pm_active);
10811         pmap_pti_init();
10812 }
10813 SYSINIT(pmap_cpu, SI_SUB_CPU + 1, SI_ORDER_ANY, pmap_cpu_init, NULL);
10814
10815 static pdp_entry_t *
10816 pmap_pti_pdpe(vm_offset_t va)
10817 {
10818         pml4_entry_t *pml4e;
10819         pdp_entry_t *pdpe;
10820         vm_page_t m;
10821         vm_pindex_t pml4_idx;
10822         vm_paddr_t mphys;
10823
10824         VM_OBJECT_ASSERT_WLOCKED(pti_obj);
10825
10826         pml4_idx = pmap_pml4e_index(va);
10827         pml4e = &pti_pml4[pml4_idx];
10828         m = NULL;
10829         if (*pml4e == 0) {
10830                 if (pti_finalized)
10831                         panic("pml4 alloc after finalization\n");
10832                 m = pmap_pti_alloc_page();
10833                 if (*pml4e != 0) {
10834                         pmap_pti_free_page(m);
10835                         mphys = *pml4e & ~PAGE_MASK;
10836                 } else {
10837                         mphys = VM_PAGE_TO_PHYS(m);
10838                         *pml4e = mphys | X86_PG_RW | X86_PG_V;
10839                 }
10840         } else {
10841                 mphys = *pml4e & ~PAGE_MASK;
10842         }
10843         pdpe = (pdp_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(mphys) + pmap_pdpe_index(va);
10844         return (pdpe);
10845 }
10846
10847 static void
10848 pmap_pti_wire_pte(void *pte)
10849 {
10850         vm_page_t m;
10851
10852         VM_OBJECT_ASSERT_WLOCKED(pti_obj);
10853         m = PHYS_TO_VM_PAGE(DMAP_TO_PHYS((uintptr_t)pte));
10854         m->ref_count++;
10855 }
10856
10857 static void
10858 pmap_pti_unwire_pde(void *pde, bool only_ref)
10859 {
10860         vm_page_t m;
10861
10862         VM_OBJECT_ASSERT_WLOCKED(pti_obj);
10863         m = PHYS_TO_VM_PAGE(DMAP_TO_PHYS((uintptr_t)pde));
10864         MPASS(m->ref_count > 0);
10865         MPASS(only_ref || m->ref_count > 1);
10866         pmap_pti_free_page(m);
10867 }
10868
10869 static void
10870 pmap_pti_unwire_pte(void *pte, vm_offset_t va)
10871 {
10872         vm_page_t m;
10873         pd_entry_t *pde;
10874
10875         VM_OBJECT_ASSERT_WLOCKED(pti_obj);
10876         m = PHYS_TO_VM_PAGE(DMAP_TO_PHYS((uintptr_t)pte));
10877         MPASS(m->ref_count > 0);
10878         if (pmap_pti_free_page(m)) {
10879                 pde = pmap_pti_pde(va);
10880                 MPASS((*pde & (X86_PG_PS | X86_PG_V)) == X86_PG_V);
10881                 *pde = 0;
10882                 pmap_pti_unwire_pde(pde, false);
10883         }
10884 }
10885
10886 static pd_entry_t *
10887 pmap_pti_pde(vm_offset_t va)
10888 {
10889         pdp_entry_t *pdpe;
10890         pd_entry_t *pde;
10891         vm_page_t m;
10892         vm_pindex_t pd_idx;
10893         vm_paddr_t mphys;
10894
10895         VM_OBJECT_ASSERT_WLOCKED(pti_obj);
10896
10897         pdpe = pmap_pti_pdpe(va);
10898         if (*pdpe == 0) {
10899                 m = pmap_pti_alloc_page();
10900                 if (*pdpe != 0) {
10901                         pmap_pti_free_page(m);
10902                         MPASS((*pdpe & X86_PG_PS) == 0);
10903                         mphys = *pdpe & ~PAGE_MASK;
10904                 } else {
10905                         mphys =  VM_PAGE_TO_PHYS(m);
10906                         *pdpe = mphys | X86_PG_RW | X86_PG_V;
10907                 }
10908         } else {
10909                 MPASS((*pdpe & X86_PG_PS) == 0);
10910                 mphys = *pdpe & ~PAGE_MASK;
10911         }
10912
10913         pde = (pd_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(mphys);
10914         pd_idx = pmap_pde_index(va);
10915         pde += pd_idx;
10916         return (pde);
10917 }
10918
10919 static pt_entry_t *
10920 pmap_pti_pte(vm_offset_t va, bool *unwire_pde)
10921 {
10922         pd_entry_t *pde;
10923         pt_entry_t *pte;
10924         vm_page_t m;
10925         vm_paddr_t mphys;
10926
10927         VM_OBJECT_ASSERT_WLOCKED(pti_obj);
10928
10929         pde = pmap_pti_pde(va);
10930         if (unwire_pde != NULL) {
10931                 *unwire_pde = true;
10932                 pmap_pti_wire_pte(pde);
10933         }
10934         if (*pde == 0) {
10935                 m = pmap_pti_alloc_page();
10936                 if (*pde != 0) {
10937                         pmap_pti_free_page(m);
10938                         MPASS((*pde & X86_PG_PS) == 0);
10939                         mphys = *pde & ~(PAGE_MASK | pg_nx);
10940                 } else {
10941                         mphys = VM_PAGE_TO_PHYS(m);
10942                         *pde = mphys | X86_PG_RW | X86_PG_V;
10943                         if (unwire_pde != NULL)
10944                                 *unwire_pde = false;
10945                 }
10946         } else {
10947                 MPASS((*pde & X86_PG_PS) == 0);
10948                 mphys = *pde & ~(PAGE_MASK | pg_nx);
10949         }
10950
10951         pte = (pt_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(mphys);
10952         pte += pmap_pte_index(va);
10953
10954         return (pte);
10955 }
10956
10957 static void
10958 pmap_pti_add_kva_locked(vm_offset_t sva, vm_offset_t eva, bool exec)
10959 {
10960         vm_paddr_t pa;
10961         pd_entry_t *pde;
10962         pt_entry_t *pte, ptev;
10963         bool unwire_pde;
10964
10965         VM_OBJECT_ASSERT_WLOCKED(pti_obj);
10966
10967         sva = trunc_page(sva);
10968         MPASS(sva > VM_MAXUSER_ADDRESS);
10969         eva = round_page(eva);
10970         MPASS(sva < eva);
10971         for (; sva < eva; sva += PAGE_SIZE) {
10972                 pte = pmap_pti_pte(sva, &unwire_pde);
10973                 pa = pmap_kextract(sva);
10974                 ptev = pa | X86_PG_RW | X86_PG_V | X86_PG_A | X86_PG_G |
10975                     (exec ? 0 : pg_nx) | pmap_cache_bits(kernel_pmap,
10976                     VM_MEMATTR_DEFAULT, FALSE);
10977                 if (*pte == 0) {
10978                         pte_store(pte, ptev);
10979                         pmap_pti_wire_pte(pte);
10980                 } else {
10981                         KASSERT(!pti_finalized,
10982                             ("pti overlap after fin %#lx %#lx %#lx",
10983                             sva, *pte, ptev));
10984                         KASSERT(*pte == ptev,
10985                             ("pti non-identical pte after fin %#lx %#lx %#lx",
10986                             sva, *pte, ptev));
10987                 }
10988                 if (unwire_pde) {
10989                         pde = pmap_pti_pde(sva);
10990                         pmap_pti_unwire_pde(pde, true);
10991                 }
10992         }
10993 }
10994
10995 void
10996 pmap_pti_add_kva(vm_offset_t sva, vm_offset_t eva, bool exec)
10997 {
10998
10999         if (!pti)
11000                 return;
11001         VM_OBJECT_WLOCK(pti_obj);
11002         pmap_pti_add_kva_locked(sva, eva, exec);
11003         VM_OBJECT_WUNLOCK(pti_obj);
11004 }
11005
11006 void
11007 pmap_pti_remove_kva(vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
11008 {
11009         pt_entry_t *pte;
11010         vm_offset_t va;
11011
11012         if (!pti)
11013                 return;
11014         sva = rounddown2(sva, PAGE_SIZE);
11015         MPASS(sva > VM_MAXUSER_ADDRESS);
11016         eva = roundup2(eva, PAGE_SIZE);
11017         MPASS(sva < eva);
11018         VM_OBJECT_WLOCK(pti_obj);
11019         for (va = sva; va < eva; va += PAGE_SIZE) {
11020                 pte = pmap_pti_pte(va, NULL);
11021                 KASSERT((*pte & X86_PG_V) != 0,
11022                     ("invalid pte va %#lx pte %#lx pt %#lx", va,
11023                     (u_long)pte, *pte));
11024                 pte_clear(pte);
11025                 pmap_pti_unwire_pte(pte, va);
11026         }
11027         pmap_invalidate_range(kernel_pmap, sva, eva);
11028         VM_OBJECT_WUNLOCK(pti_obj);
11029 }
11030
11031 static void *
11032 pkru_dup_range(void *ctx __unused, void *data)
11033 {
11034         struct pmap_pkru_range *node, *new_node;
11035
11036         new_node = uma_zalloc(pmap_pkru_ranges_zone, M_NOWAIT);
11037         if (new_node == NULL)
11038                 return (NULL);
11039         node = data;
11040         memcpy(new_node, node, sizeof(*node));
11041         return (new_node);
11042 }
11043
11044 static void
11045 pkru_free_range(void *ctx __unused, void *node)
11046 {
11047
11048         uma_zfree(pmap_pkru_ranges_zone, node);
11049 }
11050
11051 static int
11052 pmap_pkru_assign(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva, u_int keyidx,
11053     int flags)
11054 {
11055         struct pmap_pkru_range *ppr;
11056         int error;
11057
11058         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
11059         MPASS(pmap->pm_type == PT_X86);
11060         MPASS((cpu_stdext_feature2 & CPUID_STDEXT2_PKU) != 0);
11061         if ((flags & AMD64_PKRU_EXCL) != 0 &&
11062             !rangeset_check_empty(&pmap->pm_pkru, sva, eva))
11063                 return (EBUSY);
11064         ppr = uma_zalloc(pmap_pkru_ranges_zone, M_NOWAIT);
11065         if (ppr == NULL)
11066                 return (ENOMEM);
11067         ppr->pkru_keyidx = keyidx;
11068         ppr->pkru_flags = flags & AMD64_PKRU_PERSIST;
11069         error = rangeset_insert(&pmap->pm_pkru, sva, eva, ppr);
11070         if (error != 0)
11071                 uma_zfree(pmap_pkru_ranges_zone, ppr);
11072         return (error);
11073 }
11074
11075 static int
11076 pmap_pkru_deassign(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
11077 {
11078
11079         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
11080         MPASS(pmap->pm_type == PT_X86);
11081         MPASS((cpu_stdext_feature2 & CPUID_STDEXT2_PKU) != 0);
11082         return (rangeset_remove(&pmap->pm_pkru, sva, eva));
11083 }
11084
11085 static void
11086 pmap_pkru_deassign_all(pmap_t pmap)
11087 {
11088
11089         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
11090         if (pmap->pm_type == PT_X86 &&
11091             (cpu_stdext_feature2 & CPUID_STDEXT2_PKU) != 0)
11092                 rangeset_remove_all(&pmap->pm_pkru);
11093 }
11094
11095 static bool
11096 pmap_pkru_same(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
11097 {
11098         struct pmap_pkru_range *ppr, *prev_ppr;
11099         vm_offset_t va;
11100
11101         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
11102         if (pmap->pm_type != PT_X86 ||
11103             (cpu_stdext_feature2 & CPUID_STDEXT2_PKU) == 0 ||
11104             sva >= VM_MAXUSER_ADDRESS)
11105                 return (true);
11106         MPASS(eva <= VM_MAXUSER_ADDRESS);
11107         for (va = sva; va < eva; prev_ppr = ppr) {
11108                 ppr = rangeset_lookup(&pmap->pm_pkru, va);
11109                 if (va == sva)
11110                         prev_ppr = ppr;
11111                 else if ((ppr == NULL) ^ (prev_ppr == NULL))
11112                         return (false);
11113                 if (ppr == NULL) {
11114                         va += PAGE_SIZE;
11115                         continue;
11116                 }
11117                 if (prev_ppr->pkru_keyidx != ppr->pkru_keyidx)
11118                         return (false);
11119                 va = ppr->pkru_rs_el.re_end;
11120         }
11121         return (true);
11122 }
11123
11124 static pt_entry_t
11125 pmap_pkru_get(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
11126 {
11127         struct pmap_pkru_range *ppr;
11128
11129         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
11130         if (pmap->pm_type != PT_X86 ||
11131             (cpu_stdext_feature2 & CPUID_STDEXT2_PKU) == 0 ||
11132             va >= VM_MAXUSER_ADDRESS)
11133                 return (0);
11134         ppr = rangeset_lookup(&pmap->pm_pkru, va);
11135         if (ppr != NULL)
11136                 return (X86_PG_PKU(ppr->pkru_keyidx));
11137         return (0);
11138 }
11139
11140 static bool
11141 pred_pkru_on_remove(void *ctx __unused, void *r)
11142 {
11143         struct pmap_pkru_range *ppr;
11144
11145         ppr = r;
11146         return ((ppr->pkru_flags & AMD64_PKRU_PERSIST) == 0);
11147 }
11148
11149 static void
11150 pmap_pkru_on_remove(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
11151 {
11152
11153         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
11154         if (pmap->pm_type == PT_X86 &&
11155             (cpu_stdext_feature2 & CPUID_STDEXT2_PKU) != 0) {
11156                 rangeset_remove_pred(&pmap->pm_pkru, sva, eva,
11157                     pred_pkru_on_remove);
11158         }
11159 }
11160
11161 static int
11162 pmap_pkru_copy(pmap_t dst_pmap, pmap_t src_pmap)
11163 {
11164
11165         PMAP_LOCK_ASSERT(dst_pmap, MA_OWNED);
11166         PMAP_LOCK_ASSERT(src_pmap, MA_OWNED);
11167         MPASS(dst_pmap->pm_type == PT_X86);
11168         MPASS(src_pmap->pm_type == PT_X86);
11169         MPASS((cpu_stdext_feature2 & CPUID_STDEXT2_PKU) != 0);
11170         if (src_pmap->pm_pkru.rs_data_ctx == NULL)
11171                 return (0);
11172         return (rangeset_copy(&dst_pmap->pm_pkru, &src_pmap->pm_pkru));
11173 }
11174
11175 static void
11176 pmap_pkru_update_range(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva,
11177     u_int keyidx)
11178 {
11179         pml4_entry_t *pml4e;
11180         pdp_entry_t *pdpe;
11181         pd_entry_t newpde, ptpaddr, *pde;
11182         pt_entry_t newpte, *ptep, pte;
11183         vm_offset_t va, va_next;
11184         bool changed;
11185
11186         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
11187         MPASS(pmap->pm_type == PT_X86);
11188         MPASS(keyidx <= PMAP_MAX_PKRU_IDX);
11189
11190         for (changed = false, va = sva; va < eva; va = va_next) {
11191                 pml4e = pmap_pml4e(pmap, va);
11192                 if (pml4e == NULL || (*pml4e & X86_PG_V) == 0) {
11193                         va_next = (va + NBPML4) & ~PML4MASK;
11194                         if (va_next < va)
11195                                 va_next = eva;
11196                         continue;
11197                 }
11198
11199                 pdpe = pmap_pml4e_to_pdpe(pml4e, va);
11200                 if ((*pdpe & X86_PG_V) == 0) {
11201                         va_next = (va + NBPDP) & ~PDPMASK;
11202                         if (va_next < va)
11203                                 va_next = eva;
11204                         continue;
11205                 }
11206
11207                 va_next = (va + NBPDR) & ~PDRMASK;
11208                 if (va_next < va)
11209                         va_next = eva;
11210
11211                 pde = pmap_pdpe_to_pde(pdpe, va);
11212                 ptpaddr = *pde;
11213                 if (ptpaddr == 0)
11214                         continue;
11215
11216                 MPASS((ptpaddr & X86_PG_V) != 0);
11217                 if ((ptpaddr & PG_PS) != 0) {
11218                         if (va + NBPDR == va_next && eva >= va_next) {
11219                                 newpde = (ptpaddr & ~X86_PG_PKU_MASK) |
11220                                     X86_PG_PKU(keyidx);
11221                                 if (newpde != ptpaddr) {
11222                                         *pde = newpde;
11223                                         changed = true;
11224                                 }
11225                                 continue;
11226                         } else if (!pmap_demote_pde(pmap, pde, va)) {
11227                                 continue;
11228                         }
11229                 }
11230
11231                 if (va_next > eva)
11232                         va_next = eva;
11233
11234                 for (ptep = pmap_pde_to_pte(pde, va); va != va_next;
11235                     ptep++, va += PAGE_SIZE) {
11236                         pte = *ptep;
11237                         if ((pte & X86_PG_V) == 0)
11238                                 continue;
11239                         newpte = (pte & ~X86_PG_PKU_MASK) | X86_PG_PKU(keyidx);
11240                         if (newpte != pte) {
11241                                 *ptep = newpte;
11242                                 changed = true;
11243                         }
11244                 }
11245         }
11246         if (changed)
11247                 pmap_invalidate_range(pmap, sva, eva);
11248 }
11249
11250 static int
11251 pmap_pkru_check_uargs(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva,
11252     u_int keyidx, int flags)
11253 {
11254
11255         if (pmap->pm_type != PT_X86 || keyidx > PMAP_MAX_PKRU_IDX ||
11256             (flags & ~(AMD64_PKRU_PERSIST | AMD64_PKRU_EXCL)) != 0)
11257                 return (EINVAL);
11258         if (eva <= sva || eva > VM_MAXUSER_ADDRESS)
11259                 return (EFAULT);
11260         if ((cpu_stdext_feature2 & CPUID_STDEXT2_PKU) == 0)
11261                 return (ENOTSUP);
11262         return (0);
11263 }
11264
11265 int
11266 pmap_pkru_set(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva, u_int keyidx,
11267     int flags)
11268 {
11269         int error;
11270
11271         sva = trunc_page(sva);
11272         eva = round_page(eva);
11273         error = pmap_pkru_check_uargs(pmap, sva, eva, keyidx, flags);
11274         if (error != 0)
11275                 return (error);
11276         for (;;) {
11277                 PMAP_LOCK(pmap);
11278                 error = pmap_pkru_assign(pmap, sva, eva, keyidx, flags);
11279                 if (error == 0)
11280                         pmap_pkru_update_range(pmap, sva, eva, keyidx);
11281                 PMAP_UNLOCK(pmap);
11282                 if (error != ENOMEM)
11283                         break;
11284                 vm_wait(NULL);
11285         }
11286         return (error);
11287 }
11288
11289 int
11290 pmap_pkru_clear(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
11291 {
11292         int error;
11293
11294         sva = trunc_page(sva);
11295         eva = round_page(eva);
11296         error = pmap_pkru_check_uargs(pmap, sva, eva, 0, 0);
11297         if (error != 0)
11298                 return (error);
11299         for (;;) {
11300                 PMAP_LOCK(pmap);
11301                 error = pmap_pkru_deassign(pmap, sva, eva);
11302                 if (error == 0)
11303                         pmap_pkru_update_range(pmap, sva, eva, 0);
11304                 PMAP_UNLOCK(pmap);
11305                 if (error != ENOMEM)
11306                         break;
11307                 vm_wait(NULL);
11308         }
11309         return (error);
11310 }
11311
11312 #ifdef KASAN
11313 static vm_page_t
11314 pmap_kasan_enter_alloc_4k(void)
11315 {
11316         vm_page_t m;
11317
11318         m = vm_page_alloc_noobj(VM_ALLOC_INTERRUPT | VM_ALLOC_WIRED |
11319             VM_ALLOC_ZERO);
11320         if (m == NULL)
11321                 panic("%s: no memory to grow shadow map", __func__);
11322         return (m);
11323 }
11324
11325 static vm_page_t
11326 pmap_kasan_enter_alloc_2m(void)
11327 {
11328         return (vm_page_alloc_noobj_contig(VM_ALLOC_WIRED | VM_ALLOC_ZERO,
11329             NPTEPG, 0, ~0ul, NBPDR, 0, VM_MEMATTR_DEFAULT));
11330 }
11331
11332 /*
11333  * Grow the shadow map by at least one 4KB page at the specified address.  Use
11334  * 2MB pages when possible.
11335  */
11336 void
11337 pmap_kasan_enter(vm_offset_t va)
11338 {
11339         pdp_entry_t *pdpe;
11340         pd_entry_t *pde;
11341         pt_entry_t *pte;
11342         vm_page_t m;
11343
11344         mtx_assert(&kernel_map->system_mtx, MA_OWNED);
11345
11346         pdpe = pmap_pdpe(kernel_pmap, va);
11347         if ((*pdpe & X86_PG_V) == 0) {
11348                 m = pmap_kasan_enter_alloc_4k();
11349                 *pdpe = (pdp_entry_t)(VM_PAGE_TO_PHYS(m) | X86_PG_RW |
11350                     X86_PG_V | pg_nx);
11351         }
11352         pde = pmap_pdpe_to_pde(pdpe, va);
11353         if ((*pde & X86_PG_V) == 0) {
11354                 m = pmap_kasan_enter_alloc_2m();
11355                 if (m != NULL) {
11356                         *pde = (pd_entry_t)(VM_PAGE_TO_PHYS(m) | X86_PG_RW |
11357                             X86_PG_PS | X86_PG_V | X86_PG_A | X86_PG_M | pg_nx);
11358                 } else {
11359                         m = pmap_kasan_enter_alloc_4k();
11360                         *pde = (pd_entry_t)(VM_PAGE_TO_PHYS(m) | X86_PG_RW |
11361                             X86_PG_V | pg_nx);
11362                 }
11363         }
11364         if ((*pde & X86_PG_PS) != 0)
11365                 return;
11366         pte = pmap_pde_to_pte(pde, va);
11367         if ((*pte & X86_PG_V) != 0)
11368                 return;
11369         m = pmap_kasan_enter_alloc_4k();
11370         *pte = (pt_entry_t)(VM_PAGE_TO_PHYS(m) | X86_PG_RW | X86_PG_V |
11371             X86_PG_M | X86_PG_A | pg_nx);
11372 }
11373 #endif
11374
11375 #ifdef KMSAN
11376 static vm_page_t
11377 pmap_kmsan_enter_alloc_4k(void)
11378 {
11379         vm_page_t m;
11380
11381         m = vm_page_alloc_noobj(VM_ALLOC_INTERRUPT | VM_ALLOC_WIRED |
11382             VM_ALLOC_ZERO);
11383         if (m == NULL)
11384                 panic("%s: no memory to grow shadow map", __func__);
11385         return (m);
11386 }
11387
11388 static vm_page_t
11389 pmap_kmsan_enter_alloc_2m(void)
11390 {
11391         return (vm_page_alloc_noobj_contig(VM_ALLOC_ZERO | VM_ALLOC_WIRED,
11392             NPTEPG, 0, ~0ul, NBPDR, 0, VM_MEMATTR_DEFAULT));
11393 }
11394
11395 /*
11396  * Grow the shadow or origin maps by at least one 4KB page at the specified
11397  * address.  Use 2MB pages when possible.
11398  */
11399 void
11400 pmap_kmsan_enter(vm_offset_t va)
11401 {
11402         pdp_entry_t *pdpe;
11403         pd_entry_t *pde;
11404         pt_entry_t *pte;
11405         vm_page_t m;
11406
11407         mtx_assert(&kernel_map->system_mtx, MA_OWNED);
11408
11409         pdpe = pmap_pdpe(kernel_pmap, va);
11410         if ((*pdpe & X86_PG_V) == 0) {
11411                 m = pmap_kmsan_enter_alloc_4k();
11412                 *pdpe = (pdp_entry_t)(VM_PAGE_TO_PHYS(m) | X86_PG_RW |
11413                     X86_PG_V | pg_nx);
11414         }
11415         pde = pmap_pdpe_to_pde(pdpe, va);
11416         if ((*pde & X86_PG_V) == 0) {
11417                 m = pmap_kmsan_enter_alloc_2m();
11418                 if (m != NULL) {
11419                         *pde = (pd_entry_t)(VM_PAGE_TO_PHYS(m) | X86_PG_RW |
11420                             X86_PG_PS | X86_PG_V | X86_PG_A | X86_PG_M | pg_nx);
11421                 } else {
11422                         m = pmap_kmsan_enter_alloc_4k();
11423                         *pde = (pd_entry_t)(VM_PAGE_TO_PHYS(m) | X86_PG_RW |
11424                             X86_PG_V | pg_nx);
11425                 }
11426         }
11427         if ((*pde & X86_PG_PS) != 0)
11428                 return;
11429         pte = pmap_pde_to_pte(pde, va);
11430         if ((*pte & X86_PG_V) != 0)
11431                 return;
11432         m = pmap_kmsan_enter_alloc_4k();
11433         *pte = (pt_entry_t)(VM_PAGE_TO_PHYS(m) | X86_PG_RW | X86_PG_V |
11434             X86_PG_M | X86_PG_A | pg_nx);
11435 }
11436 #endif
11437
11438 /*
11439  * Track a range of the kernel's virtual address space that is contiguous
11440  * in various mapping attributes.
11441  */
11442 struct pmap_kernel_map_range {
11443         vm_offset_t sva;
11444         pt_entry_t attrs;
11445         int ptes;
11446         int pdes;
11447         int pdpes;
11448 };
11449
11450 static void
11451 sysctl_kmaps_dump(struct sbuf *sb, struct pmap_kernel_map_range *range,
11452     vm_offset_t eva)
11453 {
11454         const char *mode;
11455         int i, pat_idx;
11456
11457         if (eva <= range->sva)
11458                 return;
11459
11460         pat_idx = pmap_pat_index(kernel_pmap, range->attrs, true);
11461         for (i = 0; i < PAT_INDEX_SIZE; i++)
11462                 if (pat_index[i] == pat_idx)
11463                         break;
11464
11465         switch (i) {
11466         case PAT_WRITE_BACK:
11467                 mode = "WB";
11468                 break;
11469         case PAT_WRITE_THROUGH:
11470                 mode = "WT";
11471                 break;
11472         case PAT_UNCACHEABLE:
11473                 mode = "UC";
11474                 break;
11475         case PAT_UNCACHED:
11476                 mode = "U-";
11477                 break;
11478         case PAT_WRITE_PROTECTED:
11479                 mode = "WP";
11480                 break;
11481         case PAT_WRITE_COMBINING:
11482                 mode = "WC";
11483                 break;
11484         default:
11485                 printf("%s: unknown PAT mode %#x for range 0x%016lx-0x%016lx\n",
11486                     __func__, pat_idx, range->sva, eva);
11487                 mode = "??";
11488                 break;
11489         }
11490
11491         sbuf_printf(sb, "0x%016lx-0x%016lx r%c%c%c%c %s %d %d %d\n",
11492             range->sva, eva,
11493             (range->attrs & X86_PG_RW) != 0 ? 'w' : '-',
11494             (range->attrs & pg_nx) != 0 ? '-' : 'x',
11495             (range->attrs & X86_PG_U) != 0 ? 'u' : 's',
11496             (range->attrs & X86_PG_G) != 0 ? 'g' : '-',
11497             mode, range->pdpes, range->pdes, range->ptes);
11498
11499         /* Reset to sentinel value. */
11500         range->sva = la57 ? KV5ADDR(NPML5EPG - 1, NPML4EPG - 1, NPDPEPG - 1,
11501             NPDEPG - 1, NPTEPG - 1) : KV4ADDR(NPML4EPG - 1, NPDPEPG - 1,
11502             NPDEPG - 1, NPTEPG - 1);
11503 }
11504
11505 /*
11506  * Determine whether the attributes specified by a page table entry match those
11507  * being tracked by the current range.  This is not quite as simple as a direct
11508  * flag comparison since some PAT modes have multiple representations.
11509  */
11510 static bool
11511 sysctl_kmaps_match(struct pmap_kernel_map_range *range, pt_entry_t attrs)
11512 {
11513         pt_entry_t diff, mask;
11514
11515         mask = X86_PG_G | X86_PG_RW | X86_PG_U | X86_PG_PDE_CACHE | pg_nx;
11516         diff = (range->attrs ^ attrs) & mask;
11517         if (diff == 0)
11518                 return (true);
11519         if ((diff & ~X86_PG_PDE_PAT) == 0 &&
11520             pmap_pat_index(kernel_pmap, range->attrs, true) ==
11521             pmap_pat_index(kernel_pmap, attrs, true))
11522                 return (true);
11523         return (false);
11524 }
11525
11526 static void
11527 sysctl_kmaps_reinit(struct pmap_kernel_map_range *range, vm_offset_t va,
11528     pt_entry_t attrs)
11529 {
11530
11531         memset(range, 0, sizeof(*range));
11532         range->sva = va;
11533         range->attrs = attrs;
11534 }
11535
11536 /*
11537  * Given a leaf PTE, derive the mapping's attributes.  If they do not match
11538  * those of the current run, dump the address range and its attributes, and
11539  * begin a new run.
11540  */
11541 static void
11542 sysctl_kmaps_check(struct sbuf *sb, struct pmap_kernel_map_range *range,
11543     vm_offset_t va, pml4_entry_t pml4e, pdp_entry_t pdpe, pd_entry_t pde,
11544     pt_entry_t pte)
11545 {
11546         pt_entry_t attrs;
11547
11548         attrs = pml4e & (X86_PG_RW | X86_PG_U | pg_nx);
11549
11550         attrs |= pdpe & pg_nx;
11551         attrs &= pg_nx | (pdpe & (X86_PG_RW | X86_PG_U));
11552         if ((pdpe & PG_PS) != 0) {
11553                 attrs |= pdpe & (X86_PG_G | X86_PG_PDE_CACHE);
11554         } else if (pde != 0) {
11555                 attrs |= pde & pg_nx;
11556                 attrs &= pg_nx | (pde & (X86_PG_RW | X86_PG_U));
11557         }
11558         if ((pde & PG_PS) != 0) {
11559                 attrs |= pde & (X86_PG_G | X86_PG_PDE_CACHE);
11560         } else if (pte != 0) {
11561                 attrs |= pte & pg_nx;
11562                 attrs &= pg_nx | (pte & (X86_PG_RW | X86_PG_U));
11563                 attrs |= pte & (X86_PG_G | X86_PG_PTE_CACHE);
11564
11565                 /* Canonicalize by always using the PDE PAT bit. */
11566                 if ((attrs & X86_PG_PTE_PAT) != 0)
11567                         attrs ^= X86_PG_PDE_PAT | X86_PG_PTE_PAT;
11568         }
11569
11570         if (range->sva > va || !sysctl_kmaps_match(range, attrs)) {
11571                 sysctl_kmaps_dump(sb, range, va);
11572                 sysctl_kmaps_reinit(range, va, attrs);
11573         }
11574 }
11575
11576 static int
11577 sysctl_kmaps(SYSCTL_HANDLER_ARGS)
11578 {
11579         struct pmap_kernel_map_range range;
11580         struct sbuf sbuf, *sb;
11581         pml4_entry_t pml4e;
11582         pdp_entry_t *pdp, pdpe;
11583         pd_entry_t *pd, pde;
11584         pt_entry_t *pt, pte;
11585         vm_offset_t sva;
11586         vm_paddr_t pa;
11587         int error, i, j, k, l;
11588
11589         error = sysctl_wire_old_buffer(req, 0);
11590         if (error != 0)
11591                 return (error);
11592         sb = &sbuf;
11593         sbuf_new_for_sysctl(sb, NULL, PAGE_SIZE, req);
11594
11595         /* Sentinel value. */
11596         range.sva = la57 ? KV5ADDR(NPML5EPG - 1, NPML4EPG - 1, NPDPEPG - 1,
11597             NPDEPG - 1, NPTEPG - 1) : KV4ADDR(NPML4EPG - 1, NPDPEPG - 1,
11598             NPDEPG - 1, NPTEPG - 1);
11599
11600         /*
11601          * Iterate over the kernel page tables without holding the kernel pmap
11602          * lock.  Outside of the large map, kernel page table pages are never
11603          * freed, so at worst we will observe inconsistencies in the output.
11604          * Within the large map, ensure that PDP and PD page addresses are
11605          * valid before descending.
11606          */
11607         for (sva = 0, i = pmap_pml4e_index(sva); i < NPML4EPG; i++) {
11608                 switch (i) {
11609                 case PML4PML4I:
11610                         sbuf_printf(sb, "\nRecursive map:\n");
11611                         break;
11612                 case DMPML4I:
11613                         sbuf_printf(sb, "\nDirect map:\n");
11614                         break;
11615 #ifdef KASAN
11616                 case KASANPML4I:
11617                         sbuf_printf(sb, "\nKASAN shadow map:\n");
11618                         break;
11619 #endif
11620 #ifdef KMSAN
11621                 case KMSANSHADPML4I:
11622                         sbuf_printf(sb, "\nKMSAN shadow map:\n");
11623                         break;
11624                 case KMSANORIGPML4I:
11625                         sbuf_printf(sb, "\nKMSAN origin map:\n");
11626                         break;
11627 #endif
11628                 case KPML4BASE:
11629                         sbuf_printf(sb, "\nKernel map:\n");
11630                         break;
11631                 case LMSPML4I:
11632                         sbuf_printf(sb, "\nLarge map:\n");
11633                         break;
11634                 }
11635
11636                 /* Convert to canonical form. */
11637                 if (sva == 1ul << 47)
11638                         sva |= -1ul << 48;
11639
11640 restart:
11641                 pml4e = kernel_pml4[i];
11642                 if ((pml4e & X86_PG_V) == 0) {
11643                         sva = rounddown2(sva, NBPML4);
11644                         sysctl_kmaps_dump(sb, &range, sva);
11645                         sva += NBPML4;
11646                         continue;
11647                 }
11648                 pa = pml4e & PG_FRAME;
11649                 pdp = (pdp_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(pa);
11650
11651                 for (j = pmap_pdpe_index(sva); j < NPDPEPG; j++) {
11652                         pdpe = pdp[j];
11653                         if ((pdpe & X86_PG_V) == 0) {
11654                                 sva = rounddown2(sva, NBPDP);
11655                                 sysctl_kmaps_dump(sb, &range, sva);
11656                                 sva += NBPDP;
11657                                 continue;
11658                         }
11659                         pa = pdpe & PG_FRAME;
11660                         if ((pdpe & PG_PS) != 0) {
11661                                 sva = rounddown2(sva, NBPDP);
11662                                 sysctl_kmaps_check(sb, &range, sva, pml4e, pdpe,
11663                                     0, 0);
11664                                 range.pdpes++;
11665                                 sva += NBPDP;
11666                                 continue;
11667                         }
11668                         if (PMAP_ADDRESS_IN_LARGEMAP(sva) &&
11669                             vm_phys_paddr_to_vm_page(pa) == NULL) {
11670                                 /*
11671                                  * Page table pages for the large map may be
11672                                  * freed.  Validate the next-level address
11673                                  * before descending.
11674                                  */
11675                                 goto restart;
11676                         }
11677                         pd = (pd_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(pa);
11678
11679                         for (k = pmap_pde_index(sva); k < NPDEPG; k++) {
11680                                 pde = pd[k];
11681                                 if ((pde & X86_PG_V) == 0) {
11682                                         sva = rounddown2(sva, NBPDR);
11683                                         sysctl_kmaps_dump(sb, &range, sva);
11684                                         sva += NBPDR;
11685                                         continue;
11686                                 }
11687                                 pa = pde & PG_FRAME;
11688                                 if ((pde & PG_PS) != 0) {
11689                                         sva = rounddown2(sva, NBPDR);
11690                                         sysctl_kmaps_check(sb, &range, sva,
11691                                             pml4e, pdpe, pde, 0);
11692                                         range.pdes++;
11693                                         sva += NBPDR;
11694                                         continue;
11695                                 }
11696                                 if (PMAP_ADDRESS_IN_LARGEMAP(sva) &&
11697                                     vm_phys_paddr_to_vm_page(pa) == NULL) {
11698                                         /*
11699                                          * Page table pages for the large map
11700                                          * may be freed.  Validate the
11701                                          * next-level address before descending.
11702                                          */
11703                                         goto restart;
11704                                 }
11705                                 pt = (pt_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(pa);
11706
11707                                 for (l = pmap_pte_index(sva); l < NPTEPG; l++,
11708                                     sva += PAGE_SIZE) {
11709                                         pte = pt[l];
11710                                         if ((pte & X86_PG_V) == 0) {
11711                                                 sysctl_kmaps_dump(sb, &range,
11712                                                     sva);
11713                                                 continue;
11714                                         }
11715                                         sysctl_kmaps_check(sb, &range, sva,
11716                                             pml4e, pdpe, pde, pte);
11717                                         range.ptes++;
11718                                 }
11719                         }
11720                 }
11721         }
11722
11723         error = sbuf_finish(sb);
11724         sbuf_delete(sb);
11725         return (error);
11726 }
11727 SYSCTL_OID(_vm_pmap, OID_AUTO, kernel_maps,
11728     CTLTYPE_STRING | CTLFLAG_RD | CTLFLAG_MPSAFE | CTLFLAG_SKIP,
11729     NULL, 0, sysctl_kmaps, "A",
11730     "Dump kernel address layout");
11731
11732 #ifdef DDB
11733 DB_SHOW_COMMAND(pte, pmap_print_pte)
11734 {
11735         pmap_t pmap;
11736         pml5_entry_t *pml5;
11737         pml4_entry_t *pml4;
11738         pdp_entry_t *pdp;
11739         pd_entry_t *pde;
11740         pt_entry_t *pte, PG_V;
11741         vm_offset_t va;
11742
11743         if (!have_addr) {
11744                 db_printf("show pte addr\n");
11745                 return;
11746         }
11747         va = (vm_offset_t)addr;
11748
11749         if (kdb_thread != NULL)
11750                 pmap = vmspace_pmap(kdb_thread->td_proc->p_vmspace);
11751         else
11752                 pmap = PCPU_GET(curpmap);
11753
11754         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
11755         db_printf("VA 0x%016lx", va);
11756
11757         if (pmap_is_la57(pmap)) {
11758                 pml5 = pmap_pml5e(pmap, va);
11759                 db_printf(" pml5e 0x%016lx", *pml5);
11760                 if ((*pml5 & PG_V) == 0) {
11761                         db_printf("\n");
11762                         return;
11763                 }
11764                 pml4 = pmap_pml5e_to_pml4e(pml5, va);
11765         } else {
11766                 pml4 = pmap_pml4e(pmap, va);
11767         }
11768         db_printf(" pml4e 0x%016lx", *pml4);
11769         if ((*pml4 & PG_V) == 0) {
11770                 db_printf("\n");
11771                 return;
11772         }
11773         pdp = pmap_pml4e_to_pdpe(pml4, va);
11774         db_printf(" pdpe 0x%016lx", *pdp);
11775         if ((*pdp & PG_V) == 0 || (*pdp & PG_PS) != 0) {
11776                 db_printf("\n");
11777                 return;
11778         }
11779         pde = pmap_pdpe_to_pde(pdp, va);
11780         db_printf(" pde 0x%016lx", *pde);
11781         if ((*pde & PG_V) == 0 || (*pde & PG_PS) != 0) {
11782                 db_printf("\n");
11783                 return;
11784         }
11785         pte = pmap_pde_to_pte(pde, va);
11786         db_printf(" pte 0x%016lx\n", *pte);
11787 }
11788
11789 DB_SHOW_COMMAND(phys2dmap, pmap_phys2dmap)
11790 {
11791         vm_paddr_t a;
11792
11793         if (have_addr) {
11794                 a = (vm_paddr_t)addr;
11795                 db_printf("0x%jx\n", (uintmax_t)PHYS_TO_DMAP(a));
11796         } else {
11797                 db_printf("show phys2dmap addr\n");
11798         }
11799 }
11800
11801 static void
11802 ptpages_show_page(int level, int idx, vm_page_t pg)
11803 {
11804         db_printf("l %d i %d pg %p phys %#lx ref %x\n",
11805             level, idx, pg, VM_PAGE_TO_PHYS(pg), pg->ref_count);
11806 }
11807
11808 static void
11809 ptpages_show_complain(int level, int idx, uint64_t pte)
11810 {
11811         db_printf("l %d i %d pte %#lx\n", level, idx, pte);
11812 }
11813
11814 static void
11815 ptpages_show_pml4(vm_page_t pg4, int num_entries, uint64_t PG_V)
11816 {
11817         vm_page_t pg3, pg2, pg1;
11818         pml4_entry_t *pml4;
11819         pdp_entry_t *pdp;
11820         pd_entry_t *pd;
11821         int i4, i3, i2;
11822
11823         pml4 = (pml4_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(pg4));
11824         for (i4 = 0; i4 < num_entries; i4++) {
11825                 if ((pml4[i4] & PG_V) == 0)
11826                         continue;
11827                 pg3 = PHYS_TO_VM_PAGE(pml4[i4] & PG_FRAME);
11828                 if (pg3 == NULL) {
11829                         ptpages_show_complain(3, i4, pml4[i4]);
11830                         continue;
11831                 }
11832                 ptpages_show_page(3, i4, pg3);
11833                 pdp = (pdp_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(pg3));
11834                 for (i3 = 0; i3 < NPDPEPG; i3++) {
11835                         if ((pdp[i3] & PG_V) == 0)
11836                                 continue;
11837                         pg2 = PHYS_TO_VM_PAGE(pdp[i3] & PG_FRAME);
11838                         if (pg3 == NULL) {
11839                                 ptpages_show_complain(2, i3, pdp[i3]);
11840                                 continue;
11841                         }
11842                         ptpages_show_page(2, i3, pg2);
11843                         pd = (pd_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(pg2));
11844                         for (i2 = 0; i2 < NPDEPG; i2++) {
11845                                 if ((pd[i2] & PG_V) == 0)
11846                                         continue;
11847                                 pg1 = PHYS_TO_VM_PAGE(pd[i2] & PG_FRAME);
11848                                 if (pg1 == NULL) {
11849                                         ptpages_show_complain(1, i2, pd[i2]);
11850                                         continue;
11851                                 }
11852                                 ptpages_show_page(1, i2, pg1);
11853                         }
11854                 }
11855         }
11856 }
11857
11858 DB_SHOW_COMMAND(ptpages, pmap_ptpages)
11859 {
11860         pmap_t pmap;
11861         vm_page_t pg;
11862         pml5_entry_t *pml5;
11863         uint64_t PG_V;
11864         int i5;
11865
11866         if (have_addr)
11867                 pmap = (pmap_t)addr;
11868         else
11869                 pmap = PCPU_GET(curpmap);
11870
11871         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
11872
11873         if (pmap_is_la57(pmap)) {
11874                 pml5 = pmap->pm_pmltop;
11875                 for (i5 = 0; i5 < NUPML5E; i5++) {
11876                         if ((pml5[i5] & PG_V) == 0)
11877                                 continue;
11878                         pg = PHYS_TO_VM_PAGE(pml5[i5] & PG_FRAME);
11879                         if (pg == NULL) {
11880                                 ptpages_show_complain(4, i5, pml5[i5]);
11881                                 continue;
11882                         }
11883                         ptpages_show_page(4, i5, pg);
11884                         ptpages_show_pml4(pg, NPML4EPG, PG_V);
11885                 }
11886         } else {
11887                 ptpages_show_pml4(PHYS_TO_VM_PAGE(DMAP_TO_PHYS(
11888                     (vm_offset_t)pmap->pm_pmltop)), NUP4ML4E, PG_V);
11889         }
11890 }
11891 #endif