]> CyberLeo.Net >> Repos - FreeBSD/FreeBSD.git/blob - sys/amd64/amd64/pmap.c
MFC r341096:
[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) 2014-2018 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_pmap.h"
111 #include "opt_vm.h"
112
113 #include <sys/param.h>
114 #include <sys/bitstring.h>
115 #include <sys/bus.h>
116 #include <sys/systm.h>
117 #include <sys/kernel.h>
118 #include <sys/ktr.h>
119 #include <sys/lock.h>
120 #include <sys/malloc.h>
121 #include <sys/mman.h>
122 #include <sys/mutex.h>
123 #include <sys/proc.h>
124 #include <sys/rwlock.h>
125 #include <sys/sx.h>
126 #include <sys/turnstile.h>
127 #include <sys/vmem.h>
128 #include <sys/vmmeter.h>
129 #include <sys/sched.h>
130 #include <sys/sysctl.h>
131 #include <sys/smp.h>
132
133 #include <vm/vm.h>
134 #include <vm/vm_param.h>
135 #include <vm/vm_kern.h>
136 #include <vm/vm_page.h>
137 #include <vm/vm_map.h>
138 #include <vm/vm_object.h>
139 #include <vm/vm_extern.h>
140 #include <vm/vm_pageout.h>
141 #include <vm/vm_pager.h>
142 #include <vm/vm_phys.h>
143 #include <vm/vm_radix.h>
144 #include <vm/vm_reserv.h>
145 #include <vm/uma.h>
146
147 #include <machine/intr_machdep.h>
148 #include <x86/apicvar.h>
149 #include <x86/ifunc.h>
150 #include <machine/cpu.h>
151 #include <machine/cputypes.h>
152 #include <machine/md_var.h>
153 #include <machine/pcb.h>
154 #include <machine/specialreg.h>
155 #ifdef SMP
156 #include <machine/smp.h>
157 #endif
158 #include <machine/tss.h>
159
160 static __inline boolean_t
161 pmap_type_guest(pmap_t pmap)
162 {
163
164         return ((pmap->pm_type == PT_EPT) || (pmap->pm_type == PT_RVI));
165 }
166
167 static __inline boolean_t
168 pmap_emulate_ad_bits(pmap_t pmap)
169 {
170
171         return ((pmap->pm_flags & PMAP_EMULATE_AD_BITS) != 0);
172 }
173
174 static __inline pt_entry_t
175 pmap_valid_bit(pmap_t pmap)
176 {
177         pt_entry_t mask;
178
179         switch (pmap->pm_type) {
180         case PT_X86:
181         case PT_RVI:
182                 mask = X86_PG_V;
183                 break;
184         case PT_EPT:
185                 if (pmap_emulate_ad_bits(pmap))
186                         mask = EPT_PG_EMUL_V;
187                 else
188                         mask = EPT_PG_READ;
189                 break;
190         default:
191                 panic("pmap_valid_bit: invalid pm_type %d", pmap->pm_type);
192         }
193
194         return (mask);
195 }
196
197 static __inline pt_entry_t
198 pmap_rw_bit(pmap_t pmap)
199 {
200         pt_entry_t mask;
201
202         switch (pmap->pm_type) {
203         case PT_X86:
204         case PT_RVI:
205                 mask = X86_PG_RW;
206                 break;
207         case PT_EPT:
208                 if (pmap_emulate_ad_bits(pmap))
209                         mask = EPT_PG_EMUL_RW;
210                 else
211                         mask = EPT_PG_WRITE;
212                 break;
213         default:
214                 panic("pmap_rw_bit: invalid pm_type %d", pmap->pm_type);
215         }
216
217         return (mask);
218 }
219
220 static pt_entry_t pg_g;
221
222 static __inline pt_entry_t
223 pmap_global_bit(pmap_t pmap)
224 {
225         pt_entry_t mask;
226
227         switch (pmap->pm_type) {
228         case PT_X86:
229                 mask = pg_g;
230                 break;
231         case PT_RVI:
232         case PT_EPT:
233                 mask = 0;
234                 break;
235         default:
236                 panic("pmap_global_bit: invalid pm_type %d", pmap->pm_type);
237         }
238
239         return (mask);
240 }
241
242 static __inline pt_entry_t
243 pmap_accessed_bit(pmap_t pmap)
244 {
245         pt_entry_t mask;
246
247         switch (pmap->pm_type) {
248         case PT_X86:
249         case PT_RVI:
250                 mask = X86_PG_A;
251                 break;
252         case PT_EPT:
253                 if (pmap_emulate_ad_bits(pmap))
254                         mask = EPT_PG_READ;
255                 else
256                         mask = EPT_PG_A;
257                 break;
258         default:
259                 panic("pmap_accessed_bit: invalid pm_type %d", pmap->pm_type);
260         }
261
262         return (mask);
263 }
264
265 static __inline pt_entry_t
266 pmap_modified_bit(pmap_t pmap)
267 {
268         pt_entry_t mask;
269
270         switch (pmap->pm_type) {
271         case PT_X86:
272         case PT_RVI:
273                 mask = X86_PG_M;
274                 break;
275         case PT_EPT:
276                 if (pmap_emulate_ad_bits(pmap))
277                         mask = EPT_PG_WRITE;
278                 else
279                         mask = EPT_PG_M;
280                 break;
281         default:
282                 panic("pmap_modified_bit: invalid pm_type %d", pmap->pm_type);
283         }
284
285         return (mask);
286 }
287
288 #if !defined(DIAGNOSTIC)
289 #ifdef __GNUC_GNU_INLINE__
290 #define PMAP_INLINE     __attribute__((__gnu_inline__)) inline
291 #else
292 #define PMAP_INLINE     extern inline
293 #endif
294 #else
295 #define PMAP_INLINE
296 #endif
297
298 #ifdef PV_STATS
299 #define PV_STAT(x)      do { x ; } while (0)
300 #else
301 #define PV_STAT(x)      do { } while (0)
302 #endif
303
304 #define pa_index(pa)    ((pa) >> PDRSHIFT)
305 #define pa_to_pvh(pa)   (&pv_table[pa_index(pa)])
306
307 #define NPV_LIST_LOCKS  MAXCPU
308
309 #define PHYS_TO_PV_LIST_LOCK(pa)        \
310                         (&pv_list_locks[pa_index(pa) % NPV_LIST_LOCKS])
311
312 #define CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_PHYS(lockp, pa)  do {    \
313         struct rwlock **_lockp = (lockp);               \
314         struct rwlock *_new_lock;                       \
315                                                         \
316         _new_lock = PHYS_TO_PV_LIST_LOCK(pa);           \
317         if (_new_lock != *_lockp) {                     \
318                 if (*_lockp != NULL)                    \
319                         rw_wunlock(*_lockp);            \
320                 *_lockp = _new_lock;                    \
321                 rw_wlock(*_lockp);                      \
322         }                                               \
323 } while (0)
324
325 #define CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_VM_PAGE(lockp, m)        \
326                         CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_PHYS(lockp, VM_PAGE_TO_PHYS(m))
327
328 #define RELEASE_PV_LIST_LOCK(lockp)             do {    \
329         struct rwlock **_lockp = (lockp);               \
330                                                         \
331         if (*_lockp != NULL) {                          \
332                 rw_wunlock(*_lockp);                    \
333                 *_lockp = NULL;                         \
334         }                                               \
335 } while (0)
336
337 #define VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m)      \
338                         PHYS_TO_PV_LIST_LOCK(VM_PAGE_TO_PHYS(m))
339
340 struct pmap kernel_pmap_store;
341
342 vm_offset_t virtual_avail;      /* VA of first avail page (after kernel bss) */
343 vm_offset_t virtual_end;        /* VA of last avail page (end of kernel AS) */
344
345 int nkpt;
346 SYSCTL_INT(_machdep, OID_AUTO, nkpt, CTLFLAG_RD, &nkpt, 0,
347     "Number of kernel page table pages allocated on bootup");
348
349 static int ndmpdp;
350 vm_paddr_t dmaplimit;
351 vm_offset_t kernel_vm_end = VM_MIN_KERNEL_ADDRESS;
352 pt_entry_t pg_nx;
353
354 static SYSCTL_NODE(_vm, OID_AUTO, pmap, CTLFLAG_RD, 0, "VM/pmap parameters");
355
356 static int pat_works = 1;
357 SYSCTL_INT(_vm_pmap, OID_AUTO, pat_works, CTLFLAG_RD, &pat_works, 1,
358     "Is page attribute table fully functional?");
359
360 static int pg_ps_enabled = 1;
361 SYSCTL_INT(_vm_pmap, OID_AUTO, pg_ps_enabled, CTLFLAG_RDTUN | CTLFLAG_NOFETCH,
362     &pg_ps_enabled, 0, "Are large page mappings enabled?");
363
364 #define PAT_INDEX_SIZE  8
365 static int pat_index[PAT_INDEX_SIZE];   /* cache mode to PAT index conversion */
366
367 static u_int64_t        KPTphys;        /* phys addr of kernel level 1 */
368 static u_int64_t        KPDphys;        /* phys addr of kernel level 2 */
369 u_int64_t               KPDPphys;       /* phys addr of kernel level 3 */
370 u_int64_t               KPML4phys;      /* phys addr of kernel level 4 */
371
372 static u_int64_t        DMPDphys;       /* phys addr of direct mapped level 2 */
373 static u_int64_t        DMPDPphys;      /* phys addr of direct mapped level 3 */
374 static int              ndmpdpphys;     /* number of DMPDPphys pages */
375
376 static vm_paddr_t       KERNend;        /* phys addr of end of bootstrap data */
377
378 /*
379  * pmap_mapdev support pre initialization (i.e. console)
380  */
381 #define PMAP_PREINIT_MAPPING_COUNT      8
382 static struct pmap_preinit_mapping {
383         vm_paddr_t      pa;
384         vm_offset_t     va;
385         vm_size_t       sz;
386         int             mode;
387 } pmap_preinit_mapping[PMAP_PREINIT_MAPPING_COUNT];
388 static int pmap_initialized;
389
390 /*
391  * Data for the pv entry allocation mechanism.
392  * Updates to pv_invl_gen are protected by the pv_list_locks[]
393  * elements, but reads are not.
394  */
395 static TAILQ_HEAD(pch, pv_chunk) pv_chunks = TAILQ_HEAD_INITIALIZER(pv_chunks);
396 static struct mtx __exclusive_cache_line pv_chunks_mutex;
397 static struct rwlock __exclusive_cache_line pv_list_locks[NPV_LIST_LOCKS];
398 static u_long pv_invl_gen[NPV_LIST_LOCKS];
399 static struct md_page *pv_table;
400 static struct md_page pv_dummy;
401
402 /*
403  * All those kernel PT submaps that BSD is so fond of
404  */
405 pt_entry_t *CMAP1 = NULL;
406 caddr_t CADDR1 = 0;
407 static vm_offset_t qframe = 0;
408 static struct mtx qframe_mtx;
409
410 static int pmap_flags = PMAP_PDE_SUPERPAGE;     /* flags for x86 pmaps */
411
412 static vmem_t *large_vmem;
413 static u_int lm_ents;
414
415 int pmap_pcid_enabled = 1;
416 SYSCTL_INT(_vm_pmap, OID_AUTO, pcid_enabled, CTLFLAG_RDTUN | CTLFLAG_NOFETCH,
417     &pmap_pcid_enabled, 0, "Is TLB Context ID enabled ?");
418 int invpcid_works = 0;
419 SYSCTL_INT(_vm_pmap, OID_AUTO, invpcid_works, CTLFLAG_RD, &invpcid_works, 0,
420     "Is the invpcid instruction available ?");
421
422 int __read_frequently pti = 0;
423 SYSCTL_INT(_vm_pmap, OID_AUTO, pti, CTLFLAG_RDTUN | CTLFLAG_NOFETCH,
424     &pti, 0,
425     "Page Table Isolation enabled");
426 static vm_object_t pti_obj;
427 static pml4_entry_t *pti_pml4;
428 static vm_pindex_t pti_pg_idx;
429 static bool pti_finalized;
430
431 static int
432 pmap_pcid_save_cnt_proc(SYSCTL_HANDLER_ARGS)
433 {
434         int i;
435         uint64_t res;
436
437         res = 0;
438         CPU_FOREACH(i) {
439                 res += cpuid_to_pcpu[i]->pc_pm_save_cnt;
440         }
441         return (sysctl_handle_64(oidp, &res, 0, req));
442 }
443 SYSCTL_PROC(_vm_pmap, OID_AUTO, pcid_save_cnt, CTLTYPE_U64 | CTLFLAG_RW |
444     CTLFLAG_MPSAFE, NULL, 0, pmap_pcid_save_cnt_proc, "QU",
445     "Count of saved TLB context on switch");
446
447 static LIST_HEAD(, pmap_invl_gen) pmap_invl_gen_tracker =
448     LIST_HEAD_INITIALIZER(&pmap_invl_gen_tracker);
449 static struct mtx invl_gen_mtx;
450 static u_long pmap_invl_gen = 0;
451 /* Fake lock object to satisfy turnstiles interface. */
452 static struct lock_object invl_gen_ts = {
453         .lo_name = "invlts",
454 };
455
456 static bool
457 pmap_not_in_di(void)
458 {
459
460         return (curthread->td_md.md_invl_gen.gen == 0);
461 }
462
463 #define PMAP_ASSERT_NOT_IN_DI() \
464     KASSERT(pmap_not_in_di(), ("DI already started"))
465
466 /*
467  * Start a new Delayed Invalidation (DI) block of code, executed by
468  * the current thread.  Within a DI block, the current thread may
469  * destroy both the page table and PV list entries for a mapping and
470  * then release the corresponding PV list lock before ensuring that
471  * the mapping is flushed from the TLBs of any processors with the
472  * pmap active.
473  */
474 static void
475 pmap_delayed_invl_started(void)
476 {
477         struct pmap_invl_gen *invl_gen;
478         u_long currgen;
479
480         invl_gen = &curthread->td_md.md_invl_gen;
481         PMAP_ASSERT_NOT_IN_DI();
482         mtx_lock(&invl_gen_mtx);
483         if (LIST_EMPTY(&pmap_invl_gen_tracker))
484                 currgen = pmap_invl_gen;
485         else
486                 currgen = LIST_FIRST(&pmap_invl_gen_tracker)->gen;
487         invl_gen->gen = currgen + 1;
488         LIST_INSERT_HEAD(&pmap_invl_gen_tracker, invl_gen, link);
489         mtx_unlock(&invl_gen_mtx);
490 }
491
492 /*
493  * Finish the DI block, previously started by the current thread.  All
494  * required TLB flushes for the pages marked by
495  * pmap_delayed_invl_page() must be finished before this function is
496  * called.
497  *
498  * This function works by bumping the global DI generation number to
499  * the generation number of the current thread's DI, unless there is a
500  * pending DI that started earlier.  In the latter case, bumping the
501  * global DI generation number would incorrectly signal that the
502  * earlier DI had finished.  Instead, this function bumps the earlier
503  * DI's generation number to match the generation number of the
504  * current thread's DI.
505  */
506 static void
507 pmap_delayed_invl_finished(void)
508 {
509         struct pmap_invl_gen *invl_gen, *next;
510         struct turnstile *ts;
511
512         invl_gen = &curthread->td_md.md_invl_gen;
513         KASSERT(invl_gen->gen != 0, ("missed invl_started"));
514         mtx_lock(&invl_gen_mtx);
515         next = LIST_NEXT(invl_gen, link);
516         if (next == NULL) {
517                 turnstile_chain_lock(&invl_gen_ts);
518                 ts = turnstile_lookup(&invl_gen_ts);
519                 pmap_invl_gen = invl_gen->gen;
520                 if (ts != NULL) {
521                         turnstile_broadcast(ts, TS_SHARED_QUEUE);
522                         turnstile_unpend(ts);
523                 }
524                 turnstile_chain_unlock(&invl_gen_ts);
525         } else {
526                 next->gen = invl_gen->gen;
527         }
528         LIST_REMOVE(invl_gen, link);
529         mtx_unlock(&invl_gen_mtx);
530         invl_gen->gen = 0;
531 }
532
533 #ifdef PV_STATS
534 static long invl_wait;
535 SYSCTL_LONG(_vm_pmap, OID_AUTO, invl_wait, CTLFLAG_RD, &invl_wait, 0,
536     "Number of times DI invalidation blocked pmap_remove_all/write");
537 #endif
538
539 static u_long *
540 pmap_delayed_invl_genp(vm_page_t m)
541 {
542
543         return (&pv_invl_gen[pa_index(VM_PAGE_TO_PHYS(m)) % NPV_LIST_LOCKS]);
544 }
545
546 /*
547  * Ensure that all currently executing DI blocks, that need to flush
548  * TLB for the given page m, actually flushed the TLB at the time the
549  * function returned.  If the page m has an empty PV list and we call
550  * pmap_delayed_invl_wait(), upon its return we know that no CPU has a
551  * valid mapping for the page m in either its page table or TLB.
552  *
553  * This function works by blocking until the global DI generation
554  * number catches up with the generation number associated with the
555  * given page m and its PV list.  Since this function's callers
556  * typically own an object lock and sometimes own a page lock, it
557  * cannot sleep.  Instead, it blocks on a turnstile to relinquish the
558  * processor.
559  */
560 static void
561 pmap_delayed_invl_wait(vm_page_t m)
562 {
563         struct turnstile *ts;
564         u_long *m_gen;
565 #ifdef PV_STATS
566         bool accounted = false;
567 #endif
568
569         m_gen = pmap_delayed_invl_genp(m);
570         while (*m_gen > pmap_invl_gen) {
571 #ifdef PV_STATS
572                 if (!accounted) {
573                         atomic_add_long(&invl_wait, 1);
574                         accounted = true;
575                 }
576 #endif
577                 ts = turnstile_trywait(&invl_gen_ts);
578                 if (*m_gen > pmap_invl_gen)
579                         turnstile_wait(ts, NULL, TS_SHARED_QUEUE);
580                 else
581                         turnstile_cancel(ts);
582         }
583 }
584
585 /*
586  * Mark the page m's PV list as participating in the current thread's
587  * DI block.  Any threads concurrently using m's PV list to remove or
588  * restrict all mappings to m will wait for the current thread's DI
589  * block to complete before proceeding.
590  *
591  * The function works by setting the DI generation number for m's PV
592  * list to at least the DI generation number of the current thread.
593  * This forces a caller of pmap_delayed_invl_wait() to block until
594  * current thread calls pmap_delayed_invl_finished().
595  */
596 static void
597 pmap_delayed_invl_page(vm_page_t m)
598 {
599         u_long gen, *m_gen;
600
601         rw_assert(VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m), RA_WLOCKED);
602         gen = curthread->td_md.md_invl_gen.gen;
603         if (gen == 0)
604                 return;
605         m_gen = pmap_delayed_invl_genp(m);
606         if (*m_gen < gen)
607                 *m_gen = gen;
608 }
609
610 /*
611  * Crashdump maps.
612  */
613 static caddr_t crashdumpmap;
614
615 /*
616  * Internal flags for pmap_enter()'s helper functions.
617  */
618 #define PMAP_ENTER_NORECLAIM    0x1000000       /* Don't reclaim PV entries. */
619 #define PMAP_ENTER_NOREPLACE    0x2000000       /* Don't replace mappings. */
620
621 static void     free_pv_chunk(struct pv_chunk *pc);
622 static void     free_pv_entry(pmap_t pmap, pv_entry_t pv);
623 static pv_entry_t get_pv_entry(pmap_t pmap, struct rwlock **lockp);
624 static int      popcnt_pc_map_pq(uint64_t *map);
625 static vm_page_t reclaim_pv_chunk(pmap_t locked_pmap, struct rwlock **lockp);
626 static void     reserve_pv_entries(pmap_t pmap, int needed,
627                     struct rwlock **lockp);
628 static void     pmap_pv_demote_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_paddr_t pa,
629                     struct rwlock **lockp);
630 static bool     pmap_pv_insert_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t pde,
631                     u_int flags, struct rwlock **lockp);
632 #if VM_NRESERVLEVEL > 0
633 static void     pmap_pv_promote_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_paddr_t pa,
634                     struct rwlock **lockp);
635 #endif
636 static void     pmap_pvh_free(struct md_page *pvh, pmap_t pmap, vm_offset_t va);
637 static pv_entry_t pmap_pvh_remove(struct md_page *pvh, pmap_t pmap,
638                     vm_offset_t va);
639
640 static int pmap_change_attr_locked(vm_offset_t va, vm_size_t size, int mode,
641     bool noflush);
642 static boolean_t pmap_demote_pde(pmap_t pmap, pd_entry_t *pde, vm_offset_t va);
643 static boolean_t pmap_demote_pde_locked(pmap_t pmap, pd_entry_t *pde,
644     vm_offset_t va, struct rwlock **lockp);
645 static boolean_t pmap_demote_pdpe(pmap_t pmap, pdp_entry_t *pdpe,
646     vm_offset_t va);
647 static bool     pmap_enter_2mpage(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m,
648                     vm_prot_t prot, struct rwlock **lockp);
649 static int      pmap_enter_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t newpde,
650                     u_int flags, vm_page_t m, struct rwlock **lockp);
651 static vm_page_t pmap_enter_quick_locked(pmap_t pmap, vm_offset_t va,
652     vm_page_t m, vm_prot_t prot, vm_page_t mpte, struct rwlock **lockp);
653 static void pmap_fill_ptp(pt_entry_t *firstpte, pt_entry_t newpte);
654 static int pmap_insert_pt_page(pmap_t pmap, vm_page_t mpte);
655 static void pmap_invalidate_cache_range_selfsnoop(vm_offset_t sva,
656     vm_offset_t eva);
657 static void pmap_invalidate_cache_range_all(vm_offset_t sva,
658     vm_offset_t eva);
659 static void pmap_invalidate_pde_page(pmap_t pmap, vm_offset_t va,
660                     pd_entry_t pde);
661 static void pmap_kenter_attr(vm_offset_t va, vm_paddr_t pa, int mode);
662 static vm_page_t pmap_large_map_getptp_unlocked(void);
663 static void pmap_pde_attr(pd_entry_t *pde, int cache_bits, int mask);
664 #if VM_NRESERVLEVEL > 0
665 static void pmap_promote_pde(pmap_t pmap, pd_entry_t *pde, vm_offset_t va,
666     struct rwlock **lockp);
667 #endif
668 static boolean_t pmap_protect_pde(pmap_t pmap, pd_entry_t *pde, vm_offset_t sva,
669     vm_prot_t prot);
670 static void pmap_pte_attr(pt_entry_t *pte, int cache_bits, int mask);
671 static void pmap_pti_add_kva_locked(vm_offset_t sva, vm_offset_t eva,
672     bool exec);
673 static pdp_entry_t *pmap_pti_pdpe(vm_offset_t va);
674 static pd_entry_t *pmap_pti_pde(vm_offset_t va);
675 static void pmap_pti_wire_pte(void *pte);
676 static int pmap_remove_pde(pmap_t pmap, pd_entry_t *pdq, vm_offset_t sva,
677     struct spglist *free, struct rwlock **lockp);
678 static int pmap_remove_pte(pmap_t pmap, pt_entry_t *ptq, vm_offset_t sva,
679     pd_entry_t ptepde, struct spglist *free, struct rwlock **lockp);
680 static vm_page_t pmap_remove_pt_page(pmap_t pmap, vm_offset_t va);
681 static void pmap_remove_page(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t *pde,
682     struct spglist *free);
683 static bool     pmap_remove_ptes(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva,
684                     pd_entry_t *pde, struct spglist *free,
685                     struct rwlock **lockp);
686 static boolean_t pmap_try_insert_pv_entry(pmap_t pmap, vm_offset_t va,
687     vm_page_t m, struct rwlock **lockp);
688 static void pmap_update_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t *pde,
689     pd_entry_t newpde);
690 static void pmap_update_pde_invalidate(pmap_t, vm_offset_t va, pd_entry_t pde);
691
692 static vm_page_t _pmap_allocpte(pmap_t pmap, vm_pindex_t ptepindex,
693                 struct rwlock **lockp);
694 static vm_page_t pmap_allocpde(pmap_t pmap, vm_offset_t va,
695                 struct rwlock **lockp);
696 static vm_page_t pmap_allocpte(pmap_t pmap, vm_offset_t va,
697                 struct rwlock **lockp);
698
699 static void _pmap_unwire_ptp(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m,
700     struct spglist *free);
701 static int pmap_unuse_pt(pmap_t, vm_offset_t, pd_entry_t, struct spglist *);
702
703 /********************/
704 /* Inline functions */
705 /********************/
706
707 /* Return a non-clipped PD index for a given VA */
708 static __inline vm_pindex_t
709 pmap_pde_pindex(vm_offset_t va)
710 {
711         return (va >> PDRSHIFT);
712 }
713
714
715 /* Return a pointer to the PML4 slot that corresponds to a VA */
716 static __inline pml4_entry_t *
717 pmap_pml4e(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
718 {
719
720         return (&pmap->pm_pml4[pmap_pml4e_index(va)]);
721 }
722
723 /* Return a pointer to the PDP slot that corresponds to a VA */
724 static __inline pdp_entry_t *
725 pmap_pml4e_to_pdpe(pml4_entry_t *pml4e, vm_offset_t va)
726 {
727         pdp_entry_t *pdpe;
728
729         pdpe = (pdp_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(*pml4e & PG_FRAME);
730         return (&pdpe[pmap_pdpe_index(va)]);
731 }
732
733 /* Return a pointer to the PDP slot that corresponds to a VA */
734 static __inline pdp_entry_t *
735 pmap_pdpe(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
736 {
737         pml4_entry_t *pml4e;
738         pt_entry_t PG_V;
739
740         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
741         pml4e = pmap_pml4e(pmap, va);
742         if ((*pml4e & PG_V) == 0)
743                 return (NULL);
744         return (pmap_pml4e_to_pdpe(pml4e, va));
745 }
746
747 /* Return a pointer to the PD slot that corresponds to a VA */
748 static __inline pd_entry_t *
749 pmap_pdpe_to_pde(pdp_entry_t *pdpe, vm_offset_t va)
750 {
751         pd_entry_t *pde;
752
753         pde = (pd_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(*pdpe & PG_FRAME);
754         return (&pde[pmap_pde_index(va)]);
755 }
756
757 /* Return a pointer to the PD slot that corresponds to a VA */
758 static __inline pd_entry_t *
759 pmap_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
760 {
761         pdp_entry_t *pdpe;
762         pt_entry_t PG_V;
763
764         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
765         pdpe = pmap_pdpe(pmap, va);
766         if (pdpe == NULL || (*pdpe & PG_V) == 0)
767                 return (NULL);
768         return (pmap_pdpe_to_pde(pdpe, va));
769 }
770
771 /* Return a pointer to the PT slot that corresponds to a VA */
772 static __inline pt_entry_t *
773 pmap_pde_to_pte(pd_entry_t *pde, vm_offset_t va)
774 {
775         pt_entry_t *pte;
776
777         pte = (pt_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(*pde & PG_FRAME);
778         return (&pte[pmap_pte_index(va)]);
779 }
780
781 /* Return a pointer to the PT slot that corresponds to a VA */
782 static __inline pt_entry_t *
783 pmap_pte(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
784 {
785         pd_entry_t *pde;
786         pt_entry_t PG_V;
787
788         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
789         pde = pmap_pde(pmap, va);
790         if (pde == NULL || (*pde & PG_V) == 0)
791                 return (NULL);
792         if ((*pde & PG_PS) != 0)        /* compat with i386 pmap_pte() */
793                 return ((pt_entry_t *)pde);
794         return (pmap_pde_to_pte(pde, va));
795 }
796
797 static __inline void
798 pmap_resident_count_inc(pmap_t pmap, int count)
799 {
800
801         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
802         pmap->pm_stats.resident_count += count;
803 }
804
805 static __inline void
806 pmap_resident_count_dec(pmap_t pmap, int count)
807 {
808
809         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
810         KASSERT(pmap->pm_stats.resident_count >= count,
811             ("pmap %p resident count underflow %ld %d", pmap,
812             pmap->pm_stats.resident_count, count));
813         pmap->pm_stats.resident_count -= count;
814 }
815
816 PMAP_INLINE pt_entry_t *
817 vtopte(vm_offset_t va)
818 {
819         u_int64_t mask = ((1ul << (NPTEPGSHIFT + NPDEPGSHIFT + NPDPEPGSHIFT + NPML4EPGSHIFT)) - 1);
820
821         KASSERT(va >= VM_MAXUSER_ADDRESS, ("vtopte on a uva/gpa 0x%0lx", va));
822
823         return (PTmap + ((va >> PAGE_SHIFT) & mask));
824 }
825
826 static __inline pd_entry_t *
827 vtopde(vm_offset_t va)
828 {
829         u_int64_t mask = ((1ul << (NPDEPGSHIFT + NPDPEPGSHIFT + NPML4EPGSHIFT)) - 1);
830
831         KASSERT(va >= VM_MAXUSER_ADDRESS, ("vtopde on a uva/gpa 0x%0lx", va));
832
833         return (PDmap + ((va >> PDRSHIFT) & mask));
834 }
835
836 static u_int64_t
837 allocpages(vm_paddr_t *firstaddr, int n)
838 {
839         u_int64_t ret;
840
841         ret = *firstaddr;
842         bzero((void *)ret, n * PAGE_SIZE);
843         *firstaddr += n * PAGE_SIZE;
844         return (ret);
845 }
846
847 CTASSERT(powerof2(NDMPML4E));
848
849 /* number of kernel PDP slots */
850 #define NKPDPE(ptpgs)           howmany(ptpgs, NPDEPG)
851
852 static void
853 nkpt_init(vm_paddr_t addr)
854 {
855         int pt_pages;
856         
857 #ifdef NKPT
858         pt_pages = NKPT;
859 #else
860         pt_pages = howmany(addr, 1 << PDRSHIFT);
861         pt_pages += NKPDPE(pt_pages);
862
863         /*
864          * Add some slop beyond the bare minimum required for bootstrapping
865          * the kernel.
866          *
867          * This is quite important when allocating KVA for kernel modules.
868          * The modules are required to be linked in the negative 2GB of
869          * the address space.  If we run out of KVA in this region then
870          * pmap_growkernel() will need to allocate page table pages to map
871          * the entire 512GB of KVA space which is an unnecessary tax on
872          * physical memory.
873          *
874          * Secondly, device memory mapped as part of setting up the low-
875          * level console(s) is taken from KVA, starting at virtual_avail.
876          * This is because cninit() is called after pmap_bootstrap() but
877          * before vm_init() and pmap_init(). 20MB for a frame buffer is
878          * not uncommon.
879          */
880         pt_pages += 32;         /* 64MB additional slop. */
881 #endif
882         nkpt = pt_pages;
883 }
884
885 /*
886  * Returns the proper write/execute permission for a physical page that is
887  * part of the initial boot allocations.
888  *
889  * If the page has kernel text, it is marked as read-only. If the page has
890  * kernel read-only data, it is marked as read-only/not-executable. If the
891  * page has only read-write data, it is marked as read-write/not-executable.
892  * If the page is below/above the kernel range, it is marked as read-write.
893  *
894  * This function operates on 2M pages, since we map the kernel space that
895  * way.
896  *
897  * Note that this doesn't currently provide any protection for modules.
898  */
899 static inline pt_entry_t
900 bootaddr_rwx(vm_paddr_t pa)
901 {
902
903         /*
904          * Everything in the same 2M page as the start of the kernel
905          * should be static. On the other hand, things in the same 2M
906          * page as the end of the kernel could be read-write/executable,
907          * as the kernel image is not guaranteed to end on a 2M boundary.
908          */
909         if (pa < trunc_2mpage(btext - KERNBASE) ||
910            pa >= trunc_2mpage(_end - KERNBASE))
911                 return (X86_PG_RW);
912         /*
913          * The linker should ensure that the read-only and read-write
914          * portions don't share the same 2M page, so this shouldn't
915          * impact read-only data. However, in any case, any page with
916          * read-write data needs to be read-write.
917          */
918         if (pa >= trunc_2mpage(brwsection - KERNBASE))
919                 return (X86_PG_RW | pg_nx);
920         /*
921          * Mark any 2M page containing kernel text as read-only. Mark
922          * other pages with read-only data as read-only and not executable.
923          * (It is likely a small portion of the read-only data section will
924          * be marked as read-only, but executable. This should be acceptable
925          * since the read-only protection will keep the data from changing.)
926          * Note that fixups to the .text section will still work until we
927          * set CR0.WP.
928          */
929         if (pa < round_2mpage(etext - KERNBASE))
930                 return (0);
931         return (pg_nx);
932 }
933
934 static void
935 create_pagetables(vm_paddr_t *firstaddr)
936 {
937         int i, j, ndm1g, nkpdpe, nkdmpde;
938         pt_entry_t *pt_p;
939         pd_entry_t *pd_p;
940         pdp_entry_t *pdp_p;
941         pml4_entry_t *p4_p;
942         uint64_t DMPDkernphys;
943
944         /* Allocate page table pages for the direct map */
945         ndmpdp = howmany(ptoa(Maxmem), NBPDP);
946         if (ndmpdp < 4)         /* Minimum 4GB of dirmap */
947                 ndmpdp = 4;
948         ndmpdpphys = howmany(ndmpdp, NPDPEPG);
949         if (ndmpdpphys > NDMPML4E) {
950                 /*
951                  * Each NDMPML4E allows 512 GB, so limit to that,
952                  * and then readjust ndmpdp and ndmpdpphys.
953                  */
954                 printf("NDMPML4E limits system to %d GB\n", NDMPML4E * 512);
955                 Maxmem = atop(NDMPML4E * NBPML4);
956                 ndmpdpphys = NDMPML4E;
957                 ndmpdp = NDMPML4E * NPDEPG;
958         }
959         DMPDPphys = allocpages(firstaddr, ndmpdpphys);
960         ndm1g = 0;
961         if ((amd_feature & AMDID_PAGE1GB) != 0) {
962                 /*
963                  * Calculate the number of 1G pages that will fully fit in
964                  * Maxmem.
965                  */
966                 ndm1g = ptoa(Maxmem) >> PDPSHIFT;
967
968                 /*
969                  * Allocate 2M pages for the kernel. These will be used in
970                  * place of the first one or more 1G pages from ndm1g.
971                  */
972                 nkdmpde = howmany((vm_offset_t)(brwsection - KERNBASE), NBPDP);
973                 DMPDkernphys = allocpages(firstaddr, nkdmpde);
974         }
975         if (ndm1g < ndmpdp)
976                 DMPDphys = allocpages(firstaddr, ndmpdp - ndm1g);
977         dmaplimit = (vm_paddr_t)ndmpdp << PDPSHIFT;
978
979         /* Allocate pages */
980         KPML4phys = allocpages(firstaddr, 1);
981         KPDPphys = allocpages(firstaddr, NKPML4E);
982
983         /*
984          * Allocate the initial number of kernel page table pages required to
985          * bootstrap.  We defer this until after all memory-size dependent
986          * allocations are done (e.g. direct map), so that we don't have to
987          * build in too much slop in our estimate.
988          *
989          * Note that when NKPML4E > 1, we have an empty page underneath
990          * all but the KPML4I'th one, so we need NKPML4E-1 extra (zeroed)
991          * pages.  (pmap_enter requires a PD page to exist for each KPML4E.)
992          */
993         nkpt_init(*firstaddr);
994         nkpdpe = NKPDPE(nkpt);
995
996         KPTphys = allocpages(firstaddr, nkpt);
997         KPDphys = allocpages(firstaddr, nkpdpe);
998
999         /* Fill in the underlying page table pages */
1000         /* XXX not fully used, underneath 2M pages */
1001         pt_p = (pt_entry_t *)KPTphys;
1002         for (i = 0; ptoa(i) < *firstaddr; i++)
1003                 pt_p[i] = ptoa(i) | X86_PG_V | pg_g | bootaddr_rwx(ptoa(i));
1004
1005         /* Now map the page tables at their location within PTmap */
1006         pd_p = (pd_entry_t *)KPDphys;
1007         for (i = 0; i < nkpt; i++)
1008                 pd_p[i] = (KPTphys + ptoa(i)) | X86_PG_RW | X86_PG_V;
1009
1010         /* Map from zero to end of allocations under 2M pages */
1011         /* This replaces some of the KPTphys entries above */
1012         for (i = 0; (i << PDRSHIFT) < *firstaddr; i++)
1013                 /* Preset PG_M and PG_A because demotion expects it. */
1014                 pd_p[i] = (i << PDRSHIFT) | X86_PG_V | PG_PS | pg_g |
1015                     X86_PG_M | X86_PG_A | bootaddr_rwx(i << PDRSHIFT);
1016
1017         /*
1018          * Because we map the physical blocks in 2M pages, adjust firstaddr
1019          * to record the physical blocks we've actually mapped into kernel
1020          * virtual address space.
1021          */
1022         *firstaddr = round_2mpage(*firstaddr);
1023
1024         /* And connect up the PD to the PDP (leaving room for L4 pages) */
1025         pdp_p = (pdp_entry_t *)(KPDPphys + ptoa(KPML4I - KPML4BASE));
1026         for (i = 0; i < nkpdpe; i++)
1027                 pdp_p[i + KPDPI] = (KPDphys + ptoa(i)) | X86_PG_RW | X86_PG_V;
1028
1029         /*
1030          * Now, set up the direct map region using 2MB and/or 1GB pages.  If
1031          * the end of physical memory is not aligned to a 1GB page boundary,
1032          * then the residual physical memory is mapped with 2MB pages.  Later,
1033          * if pmap_mapdev{_attr}() uses the direct map for non-write-back
1034          * memory, pmap_change_attr() will demote any 2MB or 1GB page mappings
1035          * that are partially used. 
1036          */
1037         pd_p = (pd_entry_t *)DMPDphys;
1038         for (i = NPDEPG * ndm1g, j = 0; i < NPDEPG * ndmpdp; i++, j++) {
1039                 pd_p[j] = (vm_paddr_t)i << PDRSHIFT;
1040                 /* Preset PG_M and PG_A because demotion expects it. */
1041                 pd_p[j] |= X86_PG_RW | X86_PG_V | PG_PS | pg_g |
1042                     X86_PG_M | X86_PG_A | pg_nx;
1043         }
1044         pdp_p = (pdp_entry_t *)DMPDPphys;
1045         for (i = 0; i < ndm1g; i++) {
1046                 pdp_p[i] = (vm_paddr_t)i << PDPSHIFT;
1047                 /* Preset PG_M and PG_A because demotion expects it. */
1048                 pdp_p[i] |= X86_PG_RW | X86_PG_V | PG_PS | pg_g |
1049                     X86_PG_M | X86_PG_A | pg_nx;
1050         }
1051         for (j = 0; i < ndmpdp; i++, j++) {
1052                 pdp_p[i] = DMPDphys + ptoa(j);
1053                 pdp_p[i] |= X86_PG_RW | X86_PG_V;
1054         }
1055
1056         /*
1057          * Instead of using a 1G page for the memory containing the kernel,
1058          * use 2M pages with appropriate permissions. (If using 1G pages,
1059          * this will partially overwrite the PDPEs above.)
1060          */
1061         if (ndm1g) {
1062                 pd_p = (pd_entry_t *)DMPDkernphys;
1063                 for (i = 0; i < (NPDEPG * nkdmpde); i++)
1064                         pd_p[i] = (i << PDRSHIFT) | X86_PG_V | PG_PS | pg_g |
1065                             X86_PG_M | X86_PG_A | pg_nx |
1066                             bootaddr_rwx(i << PDRSHIFT);
1067                 for (i = 0; i < nkdmpde; i++)
1068                         pdp_p[i] = (DMPDkernphys + ptoa(i)) | X86_PG_RW |
1069                             X86_PG_V;
1070         }
1071
1072         /* And recursively map PML4 to itself in order to get PTmap */
1073         p4_p = (pml4_entry_t *)KPML4phys;
1074         p4_p[PML4PML4I] = KPML4phys;
1075         p4_p[PML4PML4I] |= X86_PG_RW | X86_PG_V | pg_nx;
1076
1077         /* Connect the Direct Map slot(s) up to the PML4. */
1078         for (i = 0; i < ndmpdpphys; i++) {
1079                 p4_p[DMPML4I + i] = DMPDPphys + ptoa(i);
1080                 p4_p[DMPML4I + i] |= X86_PG_RW | X86_PG_V;
1081         }
1082
1083         /* Connect the KVA slots up to the PML4 */
1084         for (i = 0; i < NKPML4E; i++) {
1085                 p4_p[KPML4BASE + i] = KPDPphys + ptoa(i);
1086                 p4_p[KPML4BASE + i] |= X86_PG_RW | X86_PG_V;
1087         }
1088 }
1089
1090 /*
1091  *      Bootstrap the system enough to run with virtual memory.
1092  *
1093  *      On amd64 this is called after mapping has already been enabled
1094  *      and just syncs the pmap module with what has already been done.
1095  *      [We can't call it easily with mapping off since the kernel is not
1096  *      mapped with PA == VA, hence we would have to relocate every address
1097  *      from the linked base (virtual) address "KERNBASE" to the actual
1098  *      (physical) address starting relative to 0]
1099  */
1100 void
1101 pmap_bootstrap(vm_paddr_t *firstaddr)
1102 {
1103         vm_offset_t va;
1104         pt_entry_t *pte;
1105         uint64_t cr4;
1106         u_long res;
1107         int i;
1108
1109         KERNend = *firstaddr;
1110         res = atop(KERNend - (vm_paddr_t)kernphys);
1111
1112         if (!pti)
1113                 pg_g = X86_PG_G;
1114
1115         /*
1116          * Create an initial set of page tables to run the kernel in.
1117          */
1118         create_pagetables(firstaddr);
1119
1120         /*
1121          * Add a physical memory segment (vm_phys_seg) corresponding to the
1122          * preallocated kernel page table pages so that vm_page structures
1123          * representing these pages will be created.  The vm_page structures
1124          * are required for promotion of the corresponding kernel virtual
1125          * addresses to superpage mappings.
1126          */
1127         vm_phys_add_seg(KPTphys, KPTphys + ptoa(nkpt));
1128
1129         virtual_avail = (vm_offset_t) KERNBASE + *firstaddr;
1130         virtual_end = VM_MAX_KERNEL_ADDRESS;
1131
1132         /*
1133          * Enable PG_G global pages, then switch to the kernel page
1134          * table from the bootstrap page table.  After the switch, it
1135          * is possible to enable SMEP and SMAP since PG_U bits are
1136          * correct now.
1137          */
1138         cr4 = rcr4();
1139         cr4 |= CR4_PGE;
1140         load_cr4(cr4);
1141         load_cr3(KPML4phys);
1142         if (cpu_stdext_feature & CPUID_STDEXT_SMEP)
1143                 cr4 |= CR4_SMEP;
1144         if (cpu_stdext_feature & CPUID_STDEXT_SMAP)
1145                 cr4 |= CR4_SMAP;
1146         load_cr4(cr4);
1147
1148         /*
1149          * Initialize the kernel pmap (which is statically allocated).
1150          * Count bootstrap data as being resident in case any of this data is
1151          * later unmapped (using pmap_remove()) and freed.
1152          */
1153         PMAP_LOCK_INIT(kernel_pmap);
1154         kernel_pmap->pm_pml4 = (pdp_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(KPML4phys);
1155         kernel_pmap->pm_cr3 = KPML4phys;
1156         kernel_pmap->pm_ucr3 = PMAP_NO_CR3;
1157         CPU_FILL(&kernel_pmap->pm_active);      /* don't allow deactivation */
1158         TAILQ_INIT(&kernel_pmap->pm_pvchunk);
1159         kernel_pmap->pm_stats.resident_count = res;
1160         kernel_pmap->pm_flags = pmap_flags;
1161
1162         /*
1163          * Initialize the TLB invalidations generation number lock.
1164          */
1165         mtx_init(&invl_gen_mtx, "invlgn", NULL, MTX_DEF);
1166
1167         /*
1168          * Reserve some special page table entries/VA space for temporary
1169          * mapping of pages.
1170          */
1171 #define SYSMAP(c, p, v, n)      \
1172         v = (c)va; va += ((n)*PAGE_SIZE); p = pte; pte += (n);
1173
1174         va = virtual_avail;
1175         pte = vtopte(va);
1176
1177         /*
1178          * Crashdump maps.  The first page is reused as CMAP1 for the
1179          * memory test.
1180          */
1181         SYSMAP(caddr_t, CMAP1, crashdumpmap, MAXDUMPPGS)
1182         CADDR1 = crashdumpmap;
1183
1184         virtual_avail = va;
1185
1186         /*
1187          * Initialize the PAT MSR.
1188          * pmap_init_pat() clears and sets CR4_PGE, which, as a
1189          * side-effect, invalidates stale PG_G TLB entries that might
1190          * have been created in our pre-boot environment.
1191          */
1192         pmap_init_pat();
1193
1194         /* Initialize TLB Context Id. */
1195         if (pmap_pcid_enabled) {
1196                 for (i = 0; i < MAXCPU; i++) {
1197                         kernel_pmap->pm_pcids[i].pm_pcid = PMAP_PCID_KERN;
1198                         kernel_pmap->pm_pcids[i].pm_gen = 1;
1199                 }
1200
1201                 /*
1202                  * PMAP_PCID_KERN + 1 is used for initialization of
1203                  * proc0 pmap.  The pmap' pcid state might be used by
1204                  * EFIRT entry before first context switch, so it
1205                  * needs to be valid.
1206                  */
1207                 PCPU_SET(pcid_next, PMAP_PCID_KERN + 2);
1208                 PCPU_SET(pcid_gen, 1);
1209
1210                 /*
1211                  * pcpu area for APs is zeroed during AP startup.
1212                  * pc_pcid_next and pc_pcid_gen are initialized by AP
1213                  * during pcpu setup.
1214                  */
1215                 load_cr4(rcr4() | CR4_PCIDE);
1216         }
1217 }
1218
1219 /*
1220  * Setup the PAT MSR.
1221  */
1222 void
1223 pmap_init_pat(void)
1224 {
1225         int pat_table[PAT_INDEX_SIZE];
1226         uint64_t pat_msr;
1227         u_long cr0, cr4;
1228         int i;
1229
1230         /* Bail if this CPU doesn't implement PAT. */
1231         if ((cpu_feature & CPUID_PAT) == 0)
1232                 panic("no PAT??");
1233
1234         /* Set default PAT index table. */
1235         for (i = 0; i < PAT_INDEX_SIZE; i++)
1236                 pat_table[i] = -1;
1237         pat_table[PAT_WRITE_BACK] = 0;
1238         pat_table[PAT_WRITE_THROUGH] = 1;
1239         pat_table[PAT_UNCACHEABLE] = 3;
1240         pat_table[PAT_WRITE_COMBINING] = 3;
1241         pat_table[PAT_WRITE_PROTECTED] = 3;
1242         pat_table[PAT_UNCACHED] = 3;
1243
1244         /* Initialize default PAT entries. */
1245         pat_msr = PAT_VALUE(0, PAT_WRITE_BACK) |
1246             PAT_VALUE(1, PAT_WRITE_THROUGH) |
1247             PAT_VALUE(2, PAT_UNCACHED) |
1248             PAT_VALUE(3, PAT_UNCACHEABLE) |
1249             PAT_VALUE(4, PAT_WRITE_BACK) |
1250             PAT_VALUE(5, PAT_WRITE_THROUGH) |
1251             PAT_VALUE(6, PAT_UNCACHED) |
1252             PAT_VALUE(7, PAT_UNCACHEABLE);
1253
1254         if (pat_works) {
1255                 /*
1256                  * Leave the indices 0-3 at the default of WB, WT, UC-, and UC.
1257                  * Program 5 and 6 as WP and WC.
1258                  * Leave 4 and 7 as WB and UC.
1259                  */
1260                 pat_msr &= ~(PAT_MASK(5) | PAT_MASK(6));
1261                 pat_msr |= PAT_VALUE(5, PAT_WRITE_PROTECTED) |
1262                     PAT_VALUE(6, PAT_WRITE_COMBINING);
1263                 pat_table[PAT_UNCACHED] = 2;
1264                 pat_table[PAT_WRITE_PROTECTED] = 5;
1265                 pat_table[PAT_WRITE_COMBINING] = 6;
1266         } else {
1267                 /*
1268                  * Just replace PAT Index 2 with WC instead of UC-.
1269                  */
1270                 pat_msr &= ~PAT_MASK(2);
1271                 pat_msr |= PAT_VALUE(2, PAT_WRITE_COMBINING);
1272                 pat_table[PAT_WRITE_COMBINING] = 2;
1273         }
1274
1275         /* Disable PGE. */
1276         cr4 = rcr4();
1277         load_cr4(cr4 & ~CR4_PGE);
1278
1279         /* Disable caches (CD = 1, NW = 0). */
1280         cr0 = rcr0();
1281         load_cr0((cr0 & ~CR0_NW) | CR0_CD);
1282
1283         /* Flushes caches and TLBs. */
1284         wbinvd();
1285         invltlb();
1286
1287         /* Update PAT and index table. */
1288         wrmsr(MSR_PAT, pat_msr);
1289         for (i = 0; i < PAT_INDEX_SIZE; i++)
1290                 pat_index[i] = pat_table[i];
1291
1292         /* Flush caches and TLBs again. */
1293         wbinvd();
1294         invltlb();
1295
1296         /* Restore caches and PGE. */
1297         load_cr0(cr0);
1298         load_cr4(cr4);
1299 }
1300
1301 /*
1302  *      Initialize a vm_page's machine-dependent fields.
1303  */
1304 void
1305 pmap_page_init(vm_page_t m)
1306 {
1307
1308         TAILQ_INIT(&m->md.pv_list);
1309         m->md.pat_mode = PAT_WRITE_BACK;
1310 }
1311
1312 /*
1313  *      Initialize the pmap module.
1314  *      Called by vm_init, to initialize any structures that the pmap
1315  *      system needs to map virtual memory.
1316  */
1317 void
1318 pmap_init(void)
1319 {
1320         struct pmap_preinit_mapping *ppim;
1321         vm_page_t m, mpte;
1322         vm_size_t s;
1323         int error, i, pv_npg, ret, skz63;
1324
1325         /* L1TF, reserve page @0 unconditionally */
1326         vm_page_blacklist_add(0, bootverbose);
1327
1328         /* Detect bare-metal Skylake Server and Skylake-X. */
1329         if (vm_guest == VM_GUEST_NO && cpu_vendor_id == CPU_VENDOR_INTEL &&
1330             CPUID_TO_FAMILY(cpu_id) == 0x6 && CPUID_TO_MODEL(cpu_id) == 0x55) {
1331                 /*
1332                  * Skylake-X errata SKZ63. Processor May Hang When
1333                  * Executing Code In an HLE Transaction Region between
1334                  * 40000000H and 403FFFFFH.
1335                  *
1336                  * Mark the pages in the range as preallocated.  It
1337                  * seems to be impossible to distinguish between
1338                  * Skylake Server and Skylake X.
1339                  */
1340                 skz63 = 1;
1341                 TUNABLE_INT_FETCH("hw.skz63_enable", &skz63);
1342                 if (skz63 != 0) {
1343                         if (bootverbose)
1344                                 printf("SKZ63: skipping 4M RAM starting "
1345                                     "at physical 1G\n");
1346                         for (i = 0; i < atop(0x400000); i++) {
1347                                 ret = vm_page_blacklist_add(0x40000000 +
1348                                     ptoa(i), FALSE);
1349                                 if (!ret && bootverbose)
1350                                         printf("page at %#lx already used\n",
1351                                             0x40000000 + ptoa(i));
1352                         }
1353                 }
1354         }
1355
1356         /*
1357          * Initialize the vm page array entries for the kernel pmap's
1358          * page table pages.
1359          */ 
1360         PMAP_LOCK(kernel_pmap);
1361         for (i = 0; i < nkpt; i++) {
1362                 mpte = PHYS_TO_VM_PAGE(KPTphys + (i << PAGE_SHIFT));
1363                 KASSERT(mpte >= vm_page_array &&
1364                     mpte < &vm_page_array[vm_page_array_size],
1365                     ("pmap_init: page table page is out of range"));
1366                 mpte->pindex = pmap_pde_pindex(KERNBASE) + i;
1367                 mpte->phys_addr = KPTphys + (i << PAGE_SHIFT);
1368                 mpte->wire_count = 1;
1369                 if (i << PDRSHIFT < KERNend &&
1370                     pmap_insert_pt_page(kernel_pmap, mpte))
1371                         panic("pmap_init: pmap_insert_pt_page failed");
1372         }
1373         PMAP_UNLOCK(kernel_pmap);
1374         vm_wire_add(nkpt);
1375
1376         /*
1377          * If the kernel is running on a virtual machine, then it must assume
1378          * that MCA is enabled by the hypervisor.  Moreover, the kernel must
1379          * be prepared for the hypervisor changing the vendor and family that
1380          * are reported by CPUID.  Consequently, the workaround for AMD Family
1381          * 10h Erratum 383 is enabled if the processor's feature set does not
1382          * include at least one feature that is only supported by older Intel
1383          * or newer AMD processors.
1384          */
1385         if (vm_guest != VM_GUEST_NO && (cpu_feature & CPUID_SS) == 0 &&
1386             (cpu_feature2 & (CPUID2_SSSE3 | CPUID2_SSE41 | CPUID2_AESNI |
1387             CPUID2_AVX | CPUID2_XSAVE)) == 0 && (amd_feature2 & (AMDID2_XOP |
1388             AMDID2_FMA4)) == 0)
1389                 workaround_erratum383 = 1;
1390
1391         /*
1392          * Are large page mappings enabled?
1393          */
1394         TUNABLE_INT_FETCH("vm.pmap.pg_ps_enabled", &pg_ps_enabled);
1395         if (pg_ps_enabled) {
1396                 KASSERT(MAXPAGESIZES > 1 && pagesizes[1] == 0,
1397                     ("pmap_init: can't assign to pagesizes[1]"));
1398                 pagesizes[1] = NBPDR;
1399         }
1400
1401         /*
1402          * Initialize the pv chunk list mutex.
1403          */
1404         mtx_init(&pv_chunks_mutex, "pmap pv chunk list", NULL, MTX_DEF);
1405
1406         /*
1407          * Initialize the pool of pv list locks.
1408          */
1409         for (i = 0; i < NPV_LIST_LOCKS; i++)
1410                 rw_init(&pv_list_locks[i], "pmap pv list");
1411
1412         /*
1413          * Calculate the size of the pv head table for superpages.
1414          */
1415         pv_npg = howmany(vm_phys_segs[vm_phys_nsegs - 1].end, NBPDR);
1416
1417         /*
1418          * Allocate memory for the pv head table for superpages.
1419          */
1420         s = (vm_size_t)(pv_npg * sizeof(struct md_page));
1421         s = round_page(s);
1422         pv_table = (struct md_page *)kmem_malloc(s, M_WAITOK | M_ZERO);
1423         for (i = 0; i < pv_npg; i++)
1424                 TAILQ_INIT(&pv_table[i].pv_list);
1425         TAILQ_INIT(&pv_dummy.pv_list);
1426
1427         pmap_initialized = 1;
1428         for (i = 0; i < PMAP_PREINIT_MAPPING_COUNT; i++) {
1429                 ppim = pmap_preinit_mapping + i;
1430                 if (ppim->va == 0)
1431                         continue;
1432                 /* Make the direct map consistent */
1433                 if (ppim->pa < dmaplimit && ppim->pa + ppim->sz <= dmaplimit) {
1434                         (void)pmap_change_attr(PHYS_TO_DMAP(ppim->pa),
1435                             ppim->sz, ppim->mode);
1436                 }
1437                 if (!bootverbose)
1438                         continue;
1439                 printf("PPIM %u: PA=%#lx, VA=%#lx, size=%#lx, mode=%#x\n", i,
1440                     ppim->pa, ppim->va, ppim->sz, ppim->mode);
1441         }
1442
1443         mtx_init(&qframe_mtx, "qfrmlk", NULL, MTX_SPIN);
1444         error = vmem_alloc(kernel_arena, PAGE_SIZE, M_BESTFIT | M_WAITOK,
1445             (vmem_addr_t *)&qframe);
1446         if (error != 0)
1447                 panic("qframe allocation failed");
1448
1449         lm_ents = 8;
1450         TUNABLE_INT_FETCH("vm.pmap.large_map_pml4_entries", &lm_ents);
1451         if (lm_ents > LMEPML4I - LMSPML4I + 1)
1452                 lm_ents = LMEPML4I - LMSPML4I + 1;
1453         if (bootverbose)
1454                 printf("pmap: large map %u PML4 slots (%lu Gb)\n",
1455                     lm_ents, (u_long)lm_ents * (NBPML4 / 1024 / 1024 / 1024));
1456         if (lm_ents != 0) {
1457                 large_vmem = vmem_create("large", LARGEMAP_MIN_ADDRESS,
1458                     (vmem_size_t)lm_ents * NBPML4, PAGE_SIZE, 0, M_WAITOK);
1459                 if (large_vmem == NULL) {
1460                         printf("pmap: cannot create large map\n");
1461                         lm_ents = 0;
1462                 }
1463                 for (i = 0; i < lm_ents; i++) {
1464                         m = pmap_large_map_getptp_unlocked();
1465                         kernel_pmap->pm_pml4[LMSPML4I + i] = X86_PG_V |
1466                             X86_PG_RW | X86_PG_A | X86_PG_M | pg_nx |
1467                             VM_PAGE_TO_PHYS(m);
1468                 }
1469         }
1470 }
1471
1472 static SYSCTL_NODE(_vm_pmap, OID_AUTO, pde, CTLFLAG_RD, 0,
1473     "2MB page mapping counters");
1474
1475 static u_long pmap_pde_demotions;
1476 SYSCTL_ULONG(_vm_pmap_pde, OID_AUTO, demotions, CTLFLAG_RD,
1477     &pmap_pde_demotions, 0, "2MB page demotions");
1478
1479 static u_long pmap_pde_mappings;
1480 SYSCTL_ULONG(_vm_pmap_pde, OID_AUTO, mappings, CTLFLAG_RD,
1481     &pmap_pde_mappings, 0, "2MB page mappings");
1482
1483 static u_long pmap_pde_p_failures;
1484 SYSCTL_ULONG(_vm_pmap_pde, OID_AUTO, p_failures, CTLFLAG_RD,
1485     &pmap_pde_p_failures, 0, "2MB page promotion failures");
1486
1487 static u_long pmap_pde_promotions;
1488 SYSCTL_ULONG(_vm_pmap_pde, OID_AUTO, promotions, CTLFLAG_RD,
1489     &pmap_pde_promotions, 0, "2MB page promotions");
1490
1491 static SYSCTL_NODE(_vm_pmap, OID_AUTO, pdpe, CTLFLAG_RD, 0,
1492     "1GB page mapping counters");
1493
1494 static u_long pmap_pdpe_demotions;
1495 SYSCTL_ULONG(_vm_pmap_pdpe, OID_AUTO, demotions, CTLFLAG_RD,
1496     &pmap_pdpe_demotions, 0, "1GB page demotions");
1497
1498 /***************************************************
1499  * Low level helper routines.....
1500  ***************************************************/
1501
1502 static pt_entry_t
1503 pmap_swap_pat(pmap_t pmap, pt_entry_t entry)
1504 {
1505         int x86_pat_bits = X86_PG_PTE_PAT | X86_PG_PDE_PAT;
1506
1507         switch (pmap->pm_type) {
1508         case PT_X86:
1509         case PT_RVI:
1510                 /* Verify that both PAT bits are not set at the same time */
1511                 KASSERT((entry & x86_pat_bits) != x86_pat_bits,
1512                     ("Invalid PAT bits in entry %#lx", entry));
1513
1514                 /* Swap the PAT bits if one of them is set */
1515                 if ((entry & x86_pat_bits) != 0)
1516                         entry ^= x86_pat_bits;
1517                 break;
1518         case PT_EPT:
1519                 /*
1520                  * Nothing to do - the memory attributes are represented
1521                  * the same way for regular pages and superpages.
1522                  */
1523                 break;
1524         default:
1525                 panic("pmap_switch_pat_bits: bad pm_type %d", pmap->pm_type);
1526         }
1527
1528         return (entry);
1529 }
1530
1531 boolean_t
1532 pmap_is_valid_memattr(pmap_t pmap __unused, vm_memattr_t mode)
1533 {
1534
1535         return (mode >= 0 && mode < PAT_INDEX_SIZE &&
1536             pat_index[(int)mode] >= 0);
1537 }
1538
1539 /*
1540  * Determine the appropriate bits to set in a PTE or PDE for a specified
1541  * caching mode.
1542  */
1543 int
1544 pmap_cache_bits(pmap_t pmap, int mode, boolean_t is_pde)
1545 {
1546         int cache_bits, pat_flag, pat_idx;
1547
1548         if (!pmap_is_valid_memattr(pmap, mode))
1549                 panic("Unknown caching mode %d\n", mode);
1550
1551         switch (pmap->pm_type) {
1552         case PT_X86:
1553         case PT_RVI:
1554                 /* The PAT bit is different for PTE's and PDE's. */
1555                 pat_flag = is_pde ? X86_PG_PDE_PAT : X86_PG_PTE_PAT;
1556
1557                 /* Map the caching mode to a PAT index. */
1558                 pat_idx = pat_index[mode];
1559
1560                 /* Map the 3-bit index value into the PAT, PCD, and PWT bits. */
1561                 cache_bits = 0;
1562                 if (pat_idx & 0x4)
1563                         cache_bits |= pat_flag;
1564                 if (pat_idx & 0x2)
1565                         cache_bits |= PG_NC_PCD;
1566                 if (pat_idx & 0x1)
1567                         cache_bits |= PG_NC_PWT;
1568                 break;
1569
1570         case PT_EPT:
1571                 cache_bits = EPT_PG_IGNORE_PAT | EPT_PG_MEMORY_TYPE(mode);
1572                 break;
1573
1574         default:
1575                 panic("unsupported pmap type %d", pmap->pm_type);
1576         }
1577
1578         return (cache_bits);
1579 }
1580
1581 static int
1582 pmap_cache_mask(pmap_t pmap, boolean_t is_pde)
1583 {
1584         int mask;
1585
1586         switch (pmap->pm_type) {
1587         case PT_X86:
1588         case PT_RVI:
1589                 mask = is_pde ? X86_PG_PDE_CACHE : X86_PG_PTE_CACHE;
1590                 break;
1591         case PT_EPT:
1592                 mask = EPT_PG_IGNORE_PAT | EPT_PG_MEMORY_TYPE(0x7);
1593                 break;
1594         default:
1595                 panic("pmap_cache_mask: invalid pm_type %d", pmap->pm_type);
1596         }
1597
1598         return (mask);
1599 }
1600
1601 bool
1602 pmap_ps_enabled(pmap_t pmap)
1603 {
1604
1605         return (pg_ps_enabled && (pmap->pm_flags & PMAP_PDE_SUPERPAGE) != 0);
1606 }
1607
1608 static void
1609 pmap_update_pde_store(pmap_t pmap, pd_entry_t *pde, pd_entry_t newpde)
1610 {
1611
1612         switch (pmap->pm_type) {
1613         case PT_X86:
1614                 break;
1615         case PT_RVI:
1616         case PT_EPT:
1617                 /*
1618                  * XXX
1619                  * This is a little bogus since the generation number is
1620                  * supposed to be bumped up when a region of the address
1621                  * space is invalidated in the page tables.
1622                  *
1623                  * In this case the old PDE entry is valid but yet we want
1624                  * to make sure that any mappings using the old entry are
1625                  * invalidated in the TLB.
1626                  *
1627                  * The reason this works as expected is because we rendezvous
1628                  * "all" host cpus and force any vcpu context to exit as a
1629                  * side-effect.
1630                  */
1631                 atomic_add_acq_long(&pmap->pm_eptgen, 1);
1632                 break;
1633         default:
1634                 panic("pmap_update_pde_store: bad pm_type %d", pmap->pm_type);
1635         }
1636         pde_store(pde, newpde);
1637 }
1638
1639 /*
1640  * After changing the page size for the specified virtual address in the page
1641  * table, flush the corresponding entries from the processor's TLB.  Only the
1642  * calling processor's TLB is affected.
1643  *
1644  * The calling thread must be pinned to a processor.
1645  */
1646 static void
1647 pmap_update_pde_invalidate(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t newpde)
1648 {
1649         pt_entry_t PG_G;
1650
1651         if (pmap_type_guest(pmap))
1652                 return;
1653
1654         KASSERT(pmap->pm_type == PT_X86,
1655             ("pmap_update_pde_invalidate: invalid type %d", pmap->pm_type));
1656
1657         PG_G = pmap_global_bit(pmap);
1658
1659         if ((newpde & PG_PS) == 0)
1660                 /* Demotion: flush a specific 2MB page mapping. */
1661                 invlpg(va);
1662         else if ((newpde & PG_G) == 0)
1663                 /*
1664                  * Promotion: flush every 4KB page mapping from the TLB
1665                  * because there are too many to flush individually.
1666                  */
1667                 invltlb();
1668         else {
1669                 /*
1670                  * Promotion: flush every 4KB page mapping from the TLB,
1671                  * including any global (PG_G) mappings.
1672                  */
1673                 invltlb_glob();
1674         }
1675 }
1676 #ifdef SMP
1677
1678 /*
1679  * For SMP, these functions have to use the IPI mechanism for coherence.
1680  *
1681  * N.B.: Before calling any of the following TLB invalidation functions,
1682  * the calling processor must ensure that all stores updating a non-
1683  * kernel page table are globally performed.  Otherwise, another
1684  * processor could cache an old, pre-update entry without being
1685  * invalidated.  This can happen one of two ways: (1) The pmap becomes
1686  * active on another processor after its pm_active field is checked by
1687  * one of the following functions but before a store updating the page
1688  * table is globally performed. (2) The pmap becomes active on another
1689  * processor before its pm_active field is checked but due to
1690  * speculative loads one of the following functions stills reads the
1691  * pmap as inactive on the other processor.
1692  * 
1693  * The kernel page table is exempt because its pm_active field is
1694  * immutable.  The kernel page table is always active on every
1695  * processor.
1696  */
1697
1698 /*
1699  * Interrupt the cpus that are executing in the guest context.
1700  * This will force the vcpu to exit and the cached EPT mappings
1701  * will be invalidated by the host before the next vmresume.
1702  */
1703 static __inline void
1704 pmap_invalidate_ept(pmap_t pmap)
1705 {
1706         int ipinum;
1707
1708         sched_pin();
1709         KASSERT(!CPU_ISSET(curcpu, &pmap->pm_active),
1710             ("pmap_invalidate_ept: absurd pm_active"));
1711
1712         /*
1713          * The TLB mappings associated with a vcpu context are not
1714          * flushed each time a different vcpu is chosen to execute.
1715          *
1716          * This is in contrast with a process's vtop mappings that
1717          * are flushed from the TLB on each context switch.
1718          *
1719          * Therefore we need to do more than just a TLB shootdown on
1720          * the active cpus in 'pmap->pm_active'. To do this we keep
1721          * track of the number of invalidations performed on this pmap.
1722          *
1723          * Each vcpu keeps a cache of this counter and compares it
1724          * just before a vmresume. If the counter is out-of-date an
1725          * invept will be done to flush stale mappings from the TLB.
1726          */
1727         atomic_add_acq_long(&pmap->pm_eptgen, 1);
1728
1729         /*
1730          * Force the vcpu to exit and trap back into the hypervisor.
1731          */
1732         ipinum = pmap->pm_flags & PMAP_NESTED_IPIMASK;
1733         ipi_selected(pmap->pm_active, ipinum);
1734         sched_unpin();
1735 }
1736
1737 static cpuset_t
1738 pmap_invalidate_cpu_mask(pmap_t pmap)
1739 {
1740
1741         return (pmap == kernel_pmap ? all_cpus : pmap->pm_active);
1742 }
1743
1744 static inline void
1745 pmap_invalidate_page_pcid(pmap_t pmap, vm_offset_t va,
1746     const bool invpcid_works1)
1747 {
1748         struct invpcid_descr d;
1749         uint64_t kcr3, ucr3;
1750         uint32_t pcid;
1751         u_int cpuid, i;
1752
1753         cpuid = PCPU_GET(cpuid);
1754         if (pmap == PCPU_GET(curpmap)) {
1755                 if (pmap->pm_ucr3 != PMAP_NO_CR3) {
1756                         /*
1757                          * Because pm_pcid is recalculated on a
1758                          * context switch, we must disable switching.
1759                          * Otherwise, we might use a stale value
1760                          * below.
1761                          */
1762                         critical_enter();
1763                         pcid = pmap->pm_pcids[cpuid].pm_pcid;
1764                         if (invpcid_works1) {
1765                                 d.pcid = pcid | PMAP_PCID_USER_PT;
1766                                 d.pad = 0;
1767                                 d.addr = va;
1768                                 invpcid(&d, INVPCID_ADDR);
1769                         } else {
1770                                 kcr3 = pmap->pm_cr3 | pcid | CR3_PCID_SAVE;
1771                                 ucr3 = pmap->pm_ucr3 | pcid |
1772                                     PMAP_PCID_USER_PT | CR3_PCID_SAVE;
1773                                 pmap_pti_pcid_invlpg(ucr3, kcr3, va);
1774                         }
1775                         critical_exit();
1776                 }
1777         } else
1778                 pmap->pm_pcids[cpuid].pm_gen = 0;
1779
1780         CPU_FOREACH(i) {
1781                 if (cpuid != i)
1782                         pmap->pm_pcids[i].pm_gen = 0;
1783         }
1784
1785         /*
1786          * The fence is between stores to pm_gen and the read of the
1787          * pm_active mask.  We need to ensure that it is impossible
1788          * for us to miss the bit update in pm_active and
1789          * simultaneously observe a non-zero pm_gen in
1790          * pmap_activate_sw(), otherwise TLB update is missed.
1791          * Without the fence, IA32 allows such an outcome.  Note that
1792          * pm_active is updated by a locked operation, which provides
1793          * the reciprocal fence.
1794          */
1795         atomic_thread_fence_seq_cst();
1796 }
1797
1798 static void
1799 pmap_invalidate_page_pcid_invpcid(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
1800 {
1801
1802         pmap_invalidate_page_pcid(pmap, va, true);
1803 }
1804
1805 static void
1806 pmap_invalidate_page_pcid_noinvpcid(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
1807 {
1808
1809         pmap_invalidate_page_pcid(pmap, va, false);
1810 }
1811
1812 static void
1813 pmap_invalidate_page_nopcid(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
1814 {
1815 }
1816
1817 DEFINE_IFUNC(static, void, pmap_invalidate_page_mode, (pmap_t, vm_offset_t),
1818     static)
1819 {
1820
1821         if (pmap_pcid_enabled)
1822                 return (invpcid_works ? pmap_invalidate_page_pcid_invpcid :
1823                     pmap_invalidate_page_pcid_noinvpcid);
1824         return (pmap_invalidate_page_nopcid);
1825 }
1826
1827 void
1828 pmap_invalidate_page(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
1829 {
1830
1831         if (pmap_type_guest(pmap)) {
1832                 pmap_invalidate_ept(pmap);
1833                 return;
1834         }
1835
1836         KASSERT(pmap->pm_type == PT_X86,
1837             ("pmap_invalidate_page: invalid type %d", pmap->pm_type));
1838
1839         sched_pin();
1840         if (pmap == kernel_pmap) {
1841                 invlpg(va);
1842         } else {
1843                 if (pmap == PCPU_GET(curpmap))
1844                         invlpg(va);
1845                 pmap_invalidate_page_mode(pmap, va);
1846         }
1847         smp_masked_invlpg(pmap_invalidate_cpu_mask(pmap), va, pmap);
1848         sched_unpin();
1849 }
1850
1851 /* 4k PTEs -- Chosen to exceed the total size of Broadwell L2 TLB */
1852 #define PMAP_INVLPG_THRESHOLD   (4 * 1024 * PAGE_SIZE)
1853
1854 static void
1855 pmap_invalidate_range_pcid(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva,
1856     const bool invpcid_works1)
1857 {
1858         struct invpcid_descr d;
1859         uint64_t kcr3, ucr3;
1860         uint32_t pcid;
1861         u_int cpuid, i;
1862
1863         cpuid = PCPU_GET(cpuid);
1864         if (pmap == PCPU_GET(curpmap)) {
1865                 if (pmap->pm_ucr3 != PMAP_NO_CR3) {
1866                         critical_enter();
1867                         pcid = pmap->pm_pcids[cpuid].pm_pcid;
1868                         if (invpcid_works1) {
1869                                 d.pcid = pcid | PMAP_PCID_USER_PT;
1870                                 d.pad = 0;
1871                                 d.addr = sva;
1872                                 for (; d.addr < eva; d.addr += PAGE_SIZE)
1873                                         invpcid(&d, INVPCID_ADDR);
1874                         } else {
1875                                 kcr3 = pmap->pm_cr3 | pcid | CR3_PCID_SAVE;
1876                                 ucr3 = pmap->pm_ucr3 | pcid |
1877                                     PMAP_PCID_USER_PT | CR3_PCID_SAVE;
1878                                 pmap_pti_pcid_invlrng(ucr3, kcr3, sva, eva);
1879                         }
1880                         critical_exit();
1881                 }
1882         } else
1883                 pmap->pm_pcids[cpuid].pm_gen = 0;
1884
1885         CPU_FOREACH(i) {
1886                 if (cpuid != i)
1887                         pmap->pm_pcids[i].pm_gen = 0;
1888         }
1889         /* See the comment in pmap_invalidate_page_pcid(). */
1890         atomic_thread_fence_seq_cst();
1891 }
1892
1893 static void
1894 pmap_invalidate_range_pcid_invpcid(pmap_t pmap, vm_offset_t sva,
1895     vm_offset_t eva)
1896 {
1897
1898         pmap_invalidate_range_pcid(pmap, sva, eva, true);
1899 }
1900
1901 static void
1902 pmap_invalidate_range_pcid_noinvpcid(pmap_t pmap, vm_offset_t sva,
1903     vm_offset_t eva)
1904 {
1905
1906         pmap_invalidate_range_pcid(pmap, sva, eva, false);
1907 }
1908
1909 static void
1910 pmap_invalidate_range_nopcid(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
1911 {
1912 }
1913
1914 DEFINE_IFUNC(static, void, pmap_invalidate_range_mode, (pmap_t, vm_offset_t,
1915     vm_offset_t), static)
1916 {
1917
1918         if (pmap_pcid_enabled)
1919                 return (invpcid_works ? pmap_invalidate_range_pcid_invpcid :
1920                     pmap_invalidate_range_pcid_noinvpcid);
1921         return (pmap_invalidate_range_nopcid);
1922 }
1923
1924 void
1925 pmap_invalidate_range(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
1926 {
1927         vm_offset_t addr;
1928
1929         if (eva - sva >= PMAP_INVLPG_THRESHOLD) {
1930                 pmap_invalidate_all(pmap);
1931                 return;
1932         }
1933
1934         if (pmap_type_guest(pmap)) {
1935                 pmap_invalidate_ept(pmap);
1936                 return;
1937         }
1938
1939         KASSERT(pmap->pm_type == PT_X86,
1940             ("pmap_invalidate_range: invalid type %d", pmap->pm_type));
1941
1942         sched_pin();
1943         if (pmap == kernel_pmap) {
1944                 for (addr = sva; addr < eva; addr += PAGE_SIZE)
1945                         invlpg(addr);
1946         } else {
1947                 if (pmap == PCPU_GET(curpmap)) {
1948                         for (addr = sva; addr < eva; addr += PAGE_SIZE)
1949                                 invlpg(addr);
1950                 }
1951                 pmap_invalidate_range_mode(pmap, sva, eva);
1952         }
1953         smp_masked_invlpg_range(pmap_invalidate_cpu_mask(pmap), sva, eva, pmap);
1954         sched_unpin();
1955 }
1956
1957 static inline void
1958 pmap_invalidate_all_pcid(pmap_t pmap, bool invpcid_works1)
1959 {
1960         struct invpcid_descr d;
1961         uint64_t kcr3, ucr3;
1962         uint32_t pcid;
1963         u_int cpuid, i;
1964
1965         if (pmap == kernel_pmap) {
1966                 if (invpcid_works1) {
1967                         bzero(&d, sizeof(d));
1968                         invpcid(&d, INVPCID_CTXGLOB);
1969                 } else {
1970                         invltlb_glob();
1971                 }
1972         } else {
1973                 cpuid = PCPU_GET(cpuid);
1974                 if (pmap == PCPU_GET(curpmap)) {
1975                         critical_enter();
1976                         pcid = pmap->pm_pcids[cpuid].pm_pcid;
1977                         if (invpcid_works1) {
1978                                 d.pcid = pcid;
1979                                 d.pad = 0;
1980                                 d.addr = 0;
1981                                 invpcid(&d, INVPCID_CTX);
1982                                 if (pmap->pm_ucr3 != PMAP_NO_CR3) {
1983                                         d.pcid |= PMAP_PCID_USER_PT;
1984                                         invpcid(&d, INVPCID_CTX);
1985                                 }
1986                         } else {
1987                                 kcr3 = pmap->pm_cr3 | pcid;
1988                                 ucr3 = pmap->pm_ucr3;
1989                                 if (ucr3 != PMAP_NO_CR3) {
1990                                         ucr3 |= pcid | PMAP_PCID_USER_PT;
1991                                         pmap_pti_pcid_invalidate(ucr3, kcr3);
1992                                 } else {
1993                                         load_cr3(kcr3);
1994                                 }
1995                         }
1996                         critical_exit();
1997                 } else
1998                         pmap->pm_pcids[cpuid].pm_gen = 0;
1999                 CPU_FOREACH(i) {
2000                         if (cpuid != i)
2001                                 pmap->pm_pcids[i].pm_gen = 0;
2002                 }
2003         }
2004         /* See the comment in pmap_invalidate_page_pcid(). */
2005         atomic_thread_fence_seq_cst();
2006 }
2007
2008 static void
2009 pmap_invalidate_all_pcid_invpcid(pmap_t pmap)
2010 {
2011
2012         pmap_invalidate_all_pcid(pmap, true);
2013 }
2014
2015 static void
2016 pmap_invalidate_all_pcid_noinvpcid(pmap_t pmap)
2017 {
2018
2019         pmap_invalidate_all_pcid(pmap, false);
2020 }
2021
2022 static void
2023 pmap_invalidate_all_nopcid(pmap_t pmap)
2024 {
2025
2026         if (pmap == kernel_pmap)
2027                 invltlb_glob();
2028         else if (pmap == PCPU_GET(curpmap))
2029                 invltlb();
2030 }
2031
2032 DEFINE_IFUNC(static, void, pmap_invalidate_all_mode, (pmap_t), static)
2033 {
2034
2035         if (pmap_pcid_enabled)
2036                 return (invpcid_works ? pmap_invalidate_all_pcid_invpcid :
2037                     pmap_invalidate_all_pcid_noinvpcid);
2038         return (pmap_invalidate_all_nopcid);
2039 }
2040
2041 void
2042 pmap_invalidate_all(pmap_t pmap)
2043 {
2044
2045         if (pmap_type_guest(pmap)) {
2046                 pmap_invalidate_ept(pmap);
2047                 return;
2048         }
2049
2050         KASSERT(pmap->pm_type == PT_X86,
2051             ("pmap_invalidate_all: invalid type %d", pmap->pm_type));
2052
2053         sched_pin();
2054         pmap_invalidate_all_mode(pmap);
2055         smp_masked_invltlb(pmap_invalidate_cpu_mask(pmap), pmap);
2056         sched_unpin();
2057 }
2058
2059 void
2060 pmap_invalidate_cache(void)
2061 {
2062
2063         sched_pin();
2064         wbinvd();
2065         smp_cache_flush();
2066         sched_unpin();
2067 }
2068
2069 struct pde_action {
2070         cpuset_t invalidate;    /* processors that invalidate their TLB */
2071         pmap_t pmap;
2072         vm_offset_t va;
2073         pd_entry_t *pde;
2074         pd_entry_t newpde;
2075         u_int store;            /* processor that updates the PDE */
2076 };
2077
2078 static void
2079 pmap_update_pde_action(void *arg)
2080 {
2081         struct pde_action *act = arg;
2082
2083         if (act->store == PCPU_GET(cpuid))
2084                 pmap_update_pde_store(act->pmap, act->pde, act->newpde);
2085 }
2086
2087 static void
2088 pmap_update_pde_teardown(void *arg)
2089 {
2090         struct pde_action *act = arg;
2091
2092         if (CPU_ISSET(PCPU_GET(cpuid), &act->invalidate))
2093                 pmap_update_pde_invalidate(act->pmap, act->va, act->newpde);
2094 }
2095
2096 /*
2097  * Change the page size for the specified virtual address in a way that
2098  * prevents any possibility of the TLB ever having two entries that map the
2099  * same virtual address using different page sizes.  This is the recommended
2100  * workaround for Erratum 383 on AMD Family 10h processors.  It prevents a
2101  * machine check exception for a TLB state that is improperly diagnosed as a
2102  * hardware error.
2103  */
2104 static void
2105 pmap_update_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t *pde, pd_entry_t newpde)
2106 {
2107         struct pde_action act;
2108         cpuset_t active, other_cpus;
2109         u_int cpuid;
2110
2111         sched_pin();
2112         cpuid = PCPU_GET(cpuid);
2113         other_cpus = all_cpus;
2114         CPU_CLR(cpuid, &other_cpus);
2115         if (pmap == kernel_pmap || pmap_type_guest(pmap)) 
2116                 active = all_cpus;
2117         else {
2118                 active = pmap->pm_active;
2119         }
2120         if (CPU_OVERLAP(&active, &other_cpus)) { 
2121                 act.store = cpuid;
2122                 act.invalidate = active;
2123                 act.va = va;
2124                 act.pmap = pmap;
2125                 act.pde = pde;
2126                 act.newpde = newpde;
2127                 CPU_SET(cpuid, &active);
2128                 smp_rendezvous_cpus(active,
2129                     smp_no_rendezvous_barrier, pmap_update_pde_action,
2130                     pmap_update_pde_teardown, &act);
2131         } else {
2132                 pmap_update_pde_store(pmap, pde, newpde);
2133                 if (CPU_ISSET(cpuid, &active))
2134                         pmap_update_pde_invalidate(pmap, va, newpde);
2135         }
2136         sched_unpin();
2137 }
2138 #else /* !SMP */
2139 /*
2140  * Normal, non-SMP, invalidation functions.
2141  */
2142 void
2143 pmap_invalidate_page(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
2144 {
2145         struct invpcid_descr d;
2146         uint64_t kcr3, ucr3;
2147         uint32_t pcid;
2148
2149         if (pmap->pm_type == PT_RVI || pmap->pm_type == PT_EPT) {
2150                 pmap->pm_eptgen++;
2151                 return;
2152         }
2153         KASSERT(pmap->pm_type == PT_X86,
2154             ("pmap_invalidate_range: unknown type %d", pmap->pm_type));
2155
2156         if (pmap == kernel_pmap || pmap == PCPU_GET(curpmap)) {
2157                 invlpg(va);
2158                 if (pmap == PCPU_GET(curpmap) && pmap_pcid_enabled &&
2159                     pmap->pm_ucr3 != PMAP_NO_CR3) {
2160                         critical_enter();
2161                         pcid = pmap->pm_pcids[0].pm_pcid;
2162                         if (invpcid_works) {
2163                                 d.pcid = pcid | PMAP_PCID_USER_PT;
2164                                 d.pad = 0;
2165                                 d.addr = va;
2166                                 invpcid(&d, INVPCID_ADDR);
2167                         } else {
2168                                 kcr3 = pmap->pm_cr3 | pcid | CR3_PCID_SAVE;
2169                                 ucr3 = pmap->pm_ucr3 | pcid |
2170                                     PMAP_PCID_USER_PT | CR3_PCID_SAVE;
2171                                 pmap_pti_pcid_invlpg(ucr3, kcr3, va);
2172                         }
2173                         critical_exit();
2174                 }
2175         } else if (pmap_pcid_enabled)
2176                 pmap->pm_pcids[0].pm_gen = 0;
2177 }
2178
2179 void
2180 pmap_invalidate_range(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
2181 {
2182         struct invpcid_descr d;
2183         vm_offset_t addr;
2184         uint64_t kcr3, ucr3;
2185
2186         if (pmap->pm_type == PT_RVI || pmap->pm_type == PT_EPT) {
2187                 pmap->pm_eptgen++;
2188                 return;
2189         }
2190         KASSERT(pmap->pm_type == PT_X86,
2191             ("pmap_invalidate_range: unknown type %d", pmap->pm_type));
2192
2193         if (pmap == kernel_pmap || pmap == PCPU_GET(curpmap)) {
2194                 for (addr = sva; addr < eva; addr += PAGE_SIZE)
2195                         invlpg(addr);
2196                 if (pmap == PCPU_GET(curpmap) && pmap_pcid_enabled &&
2197                     pmap->pm_ucr3 != PMAP_NO_CR3) {
2198                         critical_enter();
2199                         if (invpcid_works) {
2200                                 d.pcid = pmap->pm_pcids[0].pm_pcid |
2201                                     PMAP_PCID_USER_PT;
2202                                 d.pad = 0;
2203                                 d.addr = sva;
2204                                 for (; d.addr < eva; d.addr += PAGE_SIZE)
2205                                         invpcid(&d, INVPCID_ADDR);
2206                         } else {
2207                                 kcr3 = pmap->pm_cr3 | pmap->pm_pcids[0].
2208                                     pm_pcid | CR3_PCID_SAVE;
2209                                 ucr3 = pmap->pm_ucr3 | pmap->pm_pcids[0].
2210                                     pm_pcid | PMAP_PCID_USER_PT | CR3_PCID_SAVE;
2211                                 pmap_pti_pcid_invlrng(ucr3, kcr3, sva, eva);
2212                         }
2213                         critical_exit();
2214                 }
2215         } else if (pmap_pcid_enabled) {
2216                 pmap->pm_pcids[0].pm_gen = 0;
2217         }
2218 }
2219
2220 void
2221 pmap_invalidate_all(pmap_t pmap)
2222 {
2223         struct invpcid_descr d;
2224         uint64_t kcr3, ucr3;
2225
2226         if (pmap->pm_type == PT_RVI || pmap->pm_type == PT_EPT) {
2227                 pmap->pm_eptgen++;
2228                 return;
2229         }
2230         KASSERT(pmap->pm_type == PT_X86,
2231             ("pmap_invalidate_all: unknown type %d", pmap->pm_type));
2232
2233         if (pmap == kernel_pmap) {
2234                 if (pmap_pcid_enabled && invpcid_works) {
2235                         bzero(&d, sizeof(d));
2236                         invpcid(&d, INVPCID_CTXGLOB);
2237                 } else {
2238                         invltlb_glob();
2239                 }
2240         } else if (pmap == PCPU_GET(curpmap)) {
2241                 if (pmap_pcid_enabled) {
2242                         critical_enter();
2243                         if (invpcid_works) {
2244                                 d.pcid = pmap->pm_pcids[0].pm_pcid;
2245                                 d.pad = 0;
2246                                 d.addr = 0;
2247                                 invpcid(&d, INVPCID_CTX);
2248                                 if (pmap->pm_ucr3 != PMAP_NO_CR3) {
2249                                         d.pcid |= PMAP_PCID_USER_PT;
2250                                         invpcid(&d, INVPCID_CTX);
2251                                 }
2252                         } else {
2253                                 kcr3 = pmap->pm_cr3 | pmap->pm_pcids[0].pm_pcid;
2254                                 if (pmap->pm_ucr3 != PMAP_NO_CR3) {
2255                                         ucr3 = pmap->pm_ucr3 | pmap->pm_pcids[
2256                                             0].pm_pcid | PMAP_PCID_USER_PT;
2257                                         pmap_pti_pcid_invalidate(ucr3, kcr3);
2258                                 } else
2259                                         load_cr3(kcr3);
2260                         }
2261                         critical_exit();
2262                 } else {
2263                         invltlb();
2264                 }
2265         } else if (pmap_pcid_enabled) {
2266                 pmap->pm_pcids[0].pm_gen = 0;
2267         }
2268 }
2269
2270 PMAP_INLINE void
2271 pmap_invalidate_cache(void)
2272 {
2273
2274         wbinvd();
2275 }
2276
2277 static void
2278 pmap_update_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t *pde, pd_entry_t newpde)
2279 {
2280
2281         pmap_update_pde_store(pmap, pde, newpde);
2282         if (pmap == kernel_pmap || pmap == PCPU_GET(curpmap))
2283                 pmap_update_pde_invalidate(pmap, va, newpde);
2284         else
2285                 pmap->pm_pcids[0].pm_gen = 0;
2286 }
2287 #endif /* !SMP */
2288
2289 static void
2290 pmap_invalidate_pde_page(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t pde)
2291 {
2292
2293         /*
2294          * When the PDE has PG_PROMOTED set, the 2MB page mapping was created
2295          * by a promotion that did not invalidate the 512 4KB page mappings
2296          * that might exist in the TLB.  Consequently, at this point, the TLB
2297          * may hold both 4KB and 2MB page mappings for the address range [va,
2298          * va + NBPDR).  Therefore, the entire range must be invalidated here.
2299          * In contrast, when PG_PROMOTED is clear, the TLB will not hold any
2300          * 4KB page mappings for the address range [va, va + NBPDR), and so a
2301          * single INVLPG suffices to invalidate the 2MB page mapping from the
2302          * TLB.
2303          */
2304         if ((pde & PG_PROMOTED) != 0)
2305                 pmap_invalidate_range(pmap, va, va + NBPDR - 1);
2306         else
2307                 pmap_invalidate_page(pmap, va);
2308 }
2309
2310 DEFINE_IFUNC(, void, pmap_invalidate_cache_range,
2311     (vm_offset_t sva, vm_offset_t eva), static)
2312 {
2313
2314         if ((cpu_feature & CPUID_SS) != 0)
2315                 return (pmap_invalidate_cache_range_selfsnoop);
2316         if ((cpu_feature & CPUID_CLFSH) != 0)
2317                 return (pmap_force_invalidate_cache_range);
2318         return (pmap_invalidate_cache_range_all);
2319 }
2320
2321 #define PMAP_CLFLUSH_THRESHOLD   (2 * 1024 * 1024)
2322
2323 static void
2324 pmap_invalidate_cache_range_check_align(vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
2325 {
2326
2327         KASSERT((sva & PAGE_MASK) == 0,
2328             ("pmap_invalidate_cache_range: sva not page-aligned"));
2329         KASSERT((eva & PAGE_MASK) == 0,
2330             ("pmap_invalidate_cache_range: eva not page-aligned"));
2331 }
2332
2333 static void
2334 pmap_invalidate_cache_range_selfsnoop(vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
2335 {
2336
2337         pmap_invalidate_cache_range_check_align(sva, eva);
2338 }
2339
2340 void
2341 pmap_force_invalidate_cache_range(vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
2342 {
2343
2344         sva &= ~(vm_offset_t)(cpu_clflush_line_size - 1);
2345
2346         /*
2347          * XXX: Some CPUs fault, hang, or trash the local APIC
2348          * registers if we use CLFLUSH on the local APIC range.  The
2349          * local APIC is always uncached, so we don't need to flush
2350          * for that range anyway.
2351          */
2352         if (pmap_kextract(sva) == lapic_paddr)
2353                 return;
2354
2355         if ((cpu_stdext_feature & CPUID_STDEXT_CLFLUSHOPT) != 0) {
2356                 /*
2357                  * Do per-cache line flush.  Use the sfence
2358                  * instruction to insure that previous stores are
2359                  * included in the write-back.  The processor
2360                  * propagates flush to other processors in the cache
2361                  * coherence domain.
2362                  */
2363                 sfence();
2364                 for (; sva < eva; sva += cpu_clflush_line_size)
2365                         clflushopt(sva);
2366                 sfence();
2367         } else {
2368                 /*
2369                  * Writes are ordered by CLFLUSH on Intel CPUs.
2370                  */
2371                 if (cpu_vendor_id != CPU_VENDOR_INTEL)
2372                         mfence();
2373                 for (; sva < eva; sva += cpu_clflush_line_size)
2374                         clflush(sva);
2375                 if (cpu_vendor_id != CPU_VENDOR_INTEL)
2376                         mfence();
2377         }
2378 }
2379
2380 static void
2381 pmap_invalidate_cache_range_all(vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
2382 {
2383
2384         pmap_invalidate_cache_range_check_align(sva, eva);
2385         pmap_invalidate_cache();
2386 }
2387
2388 /*
2389  * Remove the specified set of pages from the data and instruction caches.
2390  *
2391  * In contrast to pmap_invalidate_cache_range(), this function does not
2392  * rely on the CPU's self-snoop feature, because it is intended for use
2393  * when moving pages into a different cache domain.
2394  */
2395 void
2396 pmap_invalidate_cache_pages(vm_page_t *pages, int count)
2397 {
2398         vm_offset_t daddr, eva;
2399         int i;
2400         bool useclflushopt;
2401
2402         useclflushopt = (cpu_stdext_feature & CPUID_STDEXT_CLFLUSHOPT) != 0;
2403         if (count >= PMAP_CLFLUSH_THRESHOLD / PAGE_SIZE ||
2404             ((cpu_feature & CPUID_CLFSH) == 0 && !useclflushopt))
2405                 pmap_invalidate_cache();
2406         else {
2407                 if (useclflushopt)
2408                         sfence();
2409                 else if (cpu_vendor_id != CPU_VENDOR_INTEL)
2410                         mfence();
2411                 for (i = 0; i < count; i++) {
2412                         daddr = PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(pages[i]));
2413                         eva = daddr + PAGE_SIZE;
2414                         for (; daddr < eva; daddr += cpu_clflush_line_size) {
2415                                 if (useclflushopt)
2416                                         clflushopt(daddr);
2417                                 else
2418                                         clflush(daddr);
2419                         }
2420                 }
2421                 if (useclflushopt)
2422                         sfence();
2423                 else if (cpu_vendor_id != CPU_VENDOR_INTEL)
2424                         mfence();
2425         }
2426 }
2427
2428 void
2429 pmap_flush_cache_range(vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
2430 {
2431
2432         pmap_invalidate_cache_range_check_align(sva, eva);
2433
2434         if ((cpu_stdext_feature & CPUID_STDEXT_CLWB) == 0) {
2435                 pmap_force_invalidate_cache_range(sva, eva);
2436                 return;
2437         }
2438
2439         /* See comment in pmap_force_invalidate_cache_range(). */
2440         if (pmap_kextract(sva) == lapic_paddr)
2441                 return;
2442
2443         sfence();
2444         for (; sva < eva; sva += cpu_clflush_line_size)
2445                 clwb(sva);
2446         sfence();
2447 }
2448
2449 void
2450 pmap_flush_cache_phys_range(vm_paddr_t spa, vm_paddr_t epa, vm_memattr_t mattr)
2451 {
2452         pt_entry_t *pte;
2453         vm_offset_t vaddr;
2454         int error, pte_bits;
2455
2456         KASSERT((spa & PAGE_MASK) == 0,
2457             ("pmap_flush_cache_phys_range: spa not page-aligned"));
2458         KASSERT((epa & PAGE_MASK) == 0,
2459             ("pmap_flush_cache_phys_range: epa not page-aligned"));
2460
2461         if (spa < dmaplimit) {
2462                 pmap_flush_cache_range(PHYS_TO_DMAP(spa), PHYS_TO_DMAP(MIN(
2463                     dmaplimit, epa)));
2464                 if (dmaplimit >= epa)
2465                         return;
2466                 spa = dmaplimit;
2467         }
2468
2469         pte_bits = pmap_cache_bits(kernel_pmap, mattr, 0) | X86_PG_RW |
2470             X86_PG_V;
2471         error = vmem_alloc(kernel_arena, PAGE_SIZE, M_BESTFIT | M_WAITOK,
2472             &vaddr);
2473         KASSERT(error == 0, ("vmem_alloc failed: %d", error));
2474         pte = vtopte(vaddr);
2475         for (; spa < epa; spa += PAGE_SIZE) {
2476                 sched_pin();
2477                 pte_store(pte, spa | pte_bits);
2478                 invlpg(vaddr);
2479                 /* XXXKIB sfences inside flush_cache_range are excessive */
2480                 pmap_flush_cache_range(vaddr, vaddr + PAGE_SIZE);
2481                 sched_unpin();
2482         }
2483         vmem_free(kernel_arena, vaddr, PAGE_SIZE);
2484 }
2485
2486 /*
2487  *      Routine:        pmap_extract
2488  *      Function:
2489  *              Extract the physical page address associated
2490  *              with the given map/virtual_address pair.
2491  */
2492 vm_paddr_t 
2493 pmap_extract(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
2494 {
2495         pdp_entry_t *pdpe;
2496         pd_entry_t *pde;
2497         pt_entry_t *pte, PG_V;
2498         vm_paddr_t pa;
2499
2500         pa = 0;
2501         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
2502         PMAP_LOCK(pmap);
2503         pdpe = pmap_pdpe(pmap, va);
2504         if (pdpe != NULL && (*pdpe & PG_V) != 0) {
2505                 if ((*pdpe & PG_PS) != 0)
2506                         pa = (*pdpe & PG_PS_FRAME) | (va & PDPMASK);
2507                 else {
2508                         pde = pmap_pdpe_to_pde(pdpe, va);
2509                         if ((*pde & PG_V) != 0) {
2510                                 if ((*pde & PG_PS) != 0) {
2511                                         pa = (*pde & PG_PS_FRAME) |
2512                                             (va & PDRMASK);
2513                                 } else {
2514                                         pte = pmap_pde_to_pte(pde, va);
2515                                         pa = (*pte & PG_FRAME) |
2516                                             (va & PAGE_MASK);
2517                                 }
2518                         }
2519                 }
2520         }
2521         PMAP_UNLOCK(pmap);
2522         return (pa);
2523 }
2524
2525 /*
2526  *      Routine:        pmap_extract_and_hold
2527  *      Function:
2528  *              Atomically extract and hold the physical page
2529  *              with the given pmap and virtual address pair
2530  *              if that mapping permits the given protection.
2531  */
2532 vm_page_t
2533 pmap_extract_and_hold(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_prot_t prot)
2534 {
2535         pd_entry_t pde, *pdep;
2536         pt_entry_t pte, PG_RW, PG_V;
2537         vm_paddr_t pa;
2538         vm_page_t m;
2539
2540         pa = 0;
2541         m = NULL;
2542         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
2543         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
2544         PMAP_LOCK(pmap);
2545 retry:
2546         pdep = pmap_pde(pmap, va);
2547         if (pdep != NULL && (pde = *pdep)) {
2548                 if (pde & PG_PS) {
2549                         if ((pde & PG_RW) || (prot & VM_PROT_WRITE) == 0) {
2550                                 if (vm_page_pa_tryrelock(pmap, (pde &
2551                                     PG_PS_FRAME) | (va & PDRMASK), &pa))
2552                                         goto retry;
2553                                 m = PHYS_TO_VM_PAGE(pa);
2554                         }
2555                 } else {
2556                         pte = *pmap_pde_to_pte(pdep, va);
2557                         if ((pte & PG_V) &&
2558                             ((pte & PG_RW) || (prot & VM_PROT_WRITE) == 0)) {
2559                                 if (vm_page_pa_tryrelock(pmap, pte & PG_FRAME,
2560                                     &pa))
2561                                         goto retry;
2562                                 m = PHYS_TO_VM_PAGE(pa);
2563                         }
2564                 }
2565                 if (m != NULL)
2566                         vm_page_hold(m);
2567         }
2568         PA_UNLOCK_COND(pa);
2569         PMAP_UNLOCK(pmap);
2570         return (m);
2571 }
2572
2573 vm_paddr_t
2574 pmap_kextract(vm_offset_t va)
2575 {
2576         pd_entry_t pde;
2577         vm_paddr_t pa;
2578
2579         if (va >= DMAP_MIN_ADDRESS && va < DMAP_MAX_ADDRESS) {
2580                 pa = DMAP_TO_PHYS(va);
2581         } else {
2582                 pde = *vtopde(va);
2583                 if (pde & PG_PS) {
2584                         pa = (pde & PG_PS_FRAME) | (va & PDRMASK);
2585                 } else {
2586                         /*
2587                          * Beware of a concurrent promotion that changes the
2588                          * PDE at this point!  For example, vtopte() must not
2589                          * be used to access the PTE because it would use the
2590                          * new PDE.  It is, however, safe to use the old PDE
2591                          * because the page table page is preserved by the
2592                          * promotion.
2593                          */
2594                         pa = *pmap_pde_to_pte(&pde, va);
2595                         pa = (pa & PG_FRAME) | (va & PAGE_MASK);
2596                 }
2597         }
2598         return (pa);
2599 }
2600
2601 /***************************************************
2602  * Low level mapping routines.....
2603  ***************************************************/
2604
2605 /*
2606  * Add a wired page to the kva.
2607  * Note: not SMP coherent.
2608  */
2609 PMAP_INLINE void 
2610 pmap_kenter(vm_offset_t va, vm_paddr_t pa)
2611 {
2612         pt_entry_t *pte;
2613
2614         pte = vtopte(va);
2615         pte_store(pte, pa | X86_PG_RW | X86_PG_V | pg_g);
2616 }
2617
2618 static __inline void
2619 pmap_kenter_attr(vm_offset_t va, vm_paddr_t pa, int mode)
2620 {
2621         pt_entry_t *pte;
2622         int cache_bits;
2623
2624         pte = vtopte(va);
2625         cache_bits = pmap_cache_bits(kernel_pmap, mode, 0);
2626         pte_store(pte, pa | X86_PG_RW | X86_PG_V | pg_g | cache_bits);
2627 }
2628
2629 /*
2630  * Remove a page from the kernel pagetables.
2631  * Note: not SMP coherent.
2632  */
2633 PMAP_INLINE void
2634 pmap_kremove(vm_offset_t va)
2635 {
2636         pt_entry_t *pte;
2637
2638         pte = vtopte(va);
2639         pte_clear(pte);
2640 }
2641
2642 /*
2643  *      Used to map a range of physical addresses into kernel
2644  *      virtual address space.
2645  *
2646  *      The value passed in '*virt' is a suggested virtual address for
2647  *      the mapping. Architectures which can support a direct-mapped
2648  *      physical to virtual region can return the appropriate address
2649  *      within that region, leaving '*virt' unchanged. Other
2650  *      architectures should map the pages starting at '*virt' and
2651  *      update '*virt' with the first usable address after the mapped
2652  *      region.
2653  */
2654 vm_offset_t
2655 pmap_map(vm_offset_t *virt, vm_paddr_t start, vm_paddr_t end, int prot)
2656 {
2657         return PHYS_TO_DMAP(start);
2658 }
2659
2660
2661 /*
2662  * Add a list of wired pages to the kva
2663  * this routine is only used for temporary
2664  * kernel mappings that do not need to have
2665  * page modification or references recorded.
2666  * Note that old mappings are simply written
2667  * over.  The page *must* be wired.
2668  * Note: SMP coherent.  Uses a ranged shootdown IPI.
2669  */
2670 void
2671 pmap_qenter(vm_offset_t sva, vm_page_t *ma, int count)
2672 {
2673         pt_entry_t *endpte, oldpte, pa, *pte;
2674         vm_page_t m;
2675         int cache_bits;
2676
2677         oldpte = 0;
2678         pte = vtopte(sva);
2679         endpte = pte + count;
2680         while (pte < endpte) {
2681                 m = *ma++;
2682                 cache_bits = pmap_cache_bits(kernel_pmap, m->md.pat_mode, 0);
2683                 pa = VM_PAGE_TO_PHYS(m) | cache_bits;
2684                 if ((*pte & (PG_FRAME | X86_PG_PTE_CACHE)) != pa) {
2685                         oldpte |= *pte;
2686                         pte_store(pte, pa | pg_g | pg_nx | X86_PG_RW | X86_PG_V);
2687                 }
2688                 pte++;
2689         }
2690         if (__predict_false((oldpte & X86_PG_V) != 0))
2691                 pmap_invalidate_range(kernel_pmap, sva, sva + count *
2692                     PAGE_SIZE);
2693 }
2694
2695 /*
2696  * This routine tears out page mappings from the
2697  * kernel -- it is meant only for temporary mappings.
2698  * Note: SMP coherent.  Uses a ranged shootdown IPI.
2699  */
2700 void
2701 pmap_qremove(vm_offset_t sva, int count)
2702 {
2703         vm_offset_t va;
2704
2705         va = sva;
2706         while (count-- > 0) {
2707                 KASSERT(va >= VM_MIN_KERNEL_ADDRESS, ("usermode va %lx", va));
2708                 pmap_kremove(va);
2709                 va += PAGE_SIZE;
2710         }
2711         pmap_invalidate_range(kernel_pmap, sva, va);
2712 }
2713
2714 /***************************************************
2715  * Page table page management routines.....
2716  ***************************************************/
2717 /*
2718  * Schedule the specified unused page table page to be freed.  Specifically,
2719  * add the page to the specified list of pages that will be released to the
2720  * physical memory manager after the TLB has been updated.
2721  */
2722 static __inline void
2723 pmap_add_delayed_free_list(vm_page_t m, struct spglist *free,
2724     boolean_t set_PG_ZERO)
2725 {
2726
2727         if (set_PG_ZERO)
2728                 m->flags |= PG_ZERO;
2729         else
2730                 m->flags &= ~PG_ZERO;
2731         SLIST_INSERT_HEAD(free, m, plinks.s.ss);
2732 }
2733         
2734 /*
2735  * Inserts the specified page table page into the specified pmap's collection
2736  * of idle page table pages.  Each of a pmap's page table pages is responsible
2737  * for mapping a distinct range of virtual addresses.  The pmap's collection is
2738  * ordered by this virtual address range.
2739  */
2740 static __inline int
2741 pmap_insert_pt_page(pmap_t pmap, vm_page_t mpte)
2742 {
2743
2744         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
2745         return (vm_radix_insert(&pmap->pm_root, mpte));
2746 }
2747
2748 /*
2749  * Removes the page table page mapping the specified virtual address from the
2750  * specified pmap's collection of idle page table pages, and returns it.
2751  * Otherwise, returns NULL if there is no page table page corresponding to the
2752  * specified virtual address.
2753  */
2754 static __inline vm_page_t
2755 pmap_remove_pt_page(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
2756 {
2757
2758         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
2759         return (vm_radix_remove(&pmap->pm_root, pmap_pde_pindex(va)));
2760 }
2761
2762 /*
2763  * Decrements a page table page's wire count, which is used to record the
2764  * number of valid page table entries within the page.  If the wire count
2765  * drops to zero, then the page table page is unmapped.  Returns TRUE if the
2766  * page table page was unmapped and FALSE otherwise.
2767  */
2768 static inline boolean_t
2769 pmap_unwire_ptp(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m, struct spglist *free)
2770 {
2771
2772         --m->wire_count;
2773         if (m->wire_count == 0) {
2774                 _pmap_unwire_ptp(pmap, va, m, free);
2775                 return (TRUE);
2776         } else
2777                 return (FALSE);
2778 }
2779
2780 static void
2781 _pmap_unwire_ptp(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m, struct spglist *free)
2782 {
2783
2784         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
2785         /*
2786          * unmap the page table page
2787          */
2788         if (m->pindex >= (NUPDE + NUPDPE)) {
2789                 /* PDP page */
2790                 pml4_entry_t *pml4;
2791                 pml4 = pmap_pml4e(pmap, va);
2792                 *pml4 = 0;
2793                 if (pmap->pm_pml4u != NULL && va <= VM_MAXUSER_ADDRESS) {
2794                         pml4 = &pmap->pm_pml4u[pmap_pml4e_index(va)];
2795                         *pml4 = 0;
2796                 }
2797         } else if (m->pindex >= NUPDE) {
2798                 /* PD page */
2799                 pdp_entry_t *pdp;
2800                 pdp = pmap_pdpe(pmap, va);
2801                 *pdp = 0;
2802         } else {
2803                 /* PTE page */
2804                 pd_entry_t *pd;
2805                 pd = pmap_pde(pmap, va);
2806                 *pd = 0;
2807         }
2808         pmap_resident_count_dec(pmap, 1);
2809         if (m->pindex < NUPDE) {
2810                 /* We just released a PT, unhold the matching PD */
2811                 vm_page_t pdpg;
2812
2813                 pdpg = PHYS_TO_VM_PAGE(*pmap_pdpe(pmap, va) & PG_FRAME);
2814                 pmap_unwire_ptp(pmap, va, pdpg, free);
2815         }
2816         if (m->pindex >= NUPDE && m->pindex < (NUPDE + NUPDPE)) {
2817                 /* We just released a PD, unhold the matching PDP */
2818                 vm_page_t pdppg;
2819
2820                 pdppg = PHYS_TO_VM_PAGE(*pmap_pml4e(pmap, va) & PG_FRAME);
2821                 pmap_unwire_ptp(pmap, va, pdppg, free);
2822         }
2823
2824         /* 
2825          * Put page on a list so that it is released after
2826          * *ALL* TLB shootdown is done
2827          */
2828         pmap_add_delayed_free_list(m, free, TRUE);
2829 }
2830
2831 /*
2832  * After removing a page table entry, this routine is used to
2833  * conditionally free the page, and manage the hold/wire counts.
2834  */
2835 static int
2836 pmap_unuse_pt(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t ptepde,
2837     struct spglist *free)
2838 {
2839         vm_page_t mpte;
2840
2841         if (va >= VM_MAXUSER_ADDRESS)
2842                 return (0);
2843         KASSERT(ptepde != 0, ("pmap_unuse_pt: ptepde != 0"));
2844         mpte = PHYS_TO_VM_PAGE(ptepde & PG_FRAME);
2845         return (pmap_unwire_ptp(pmap, va, mpte, free));
2846 }
2847
2848 void
2849 pmap_pinit0(pmap_t pmap)
2850 {
2851         int i;
2852
2853         PMAP_LOCK_INIT(pmap);
2854         pmap->pm_pml4 = (pml4_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(KPML4phys);
2855         pmap->pm_pml4u = NULL;
2856         pmap->pm_cr3 = KPML4phys;
2857         /* hack to keep pmap_pti_pcid_invalidate() alive */
2858         pmap->pm_ucr3 = PMAP_NO_CR3;
2859         pmap->pm_root.rt_root = 0;
2860         CPU_ZERO(&pmap->pm_active);
2861         TAILQ_INIT(&pmap->pm_pvchunk);
2862         bzero(&pmap->pm_stats, sizeof pmap->pm_stats);
2863         pmap->pm_flags = pmap_flags;
2864         CPU_FOREACH(i) {
2865                 pmap->pm_pcids[i].pm_pcid = PMAP_PCID_KERN + 1;
2866                 pmap->pm_pcids[i].pm_gen = 1;
2867         }
2868         pmap_activate_boot(pmap);
2869 }
2870
2871 void
2872 pmap_pinit_pml4(vm_page_t pml4pg)
2873 {
2874         pml4_entry_t *pm_pml4;
2875         int i;
2876
2877         pm_pml4 = (pml4_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(pml4pg));
2878
2879         /* Wire in kernel global address entries. */
2880         for (i = 0; i < NKPML4E; i++) {
2881                 pm_pml4[KPML4BASE + i] = (KPDPphys + ptoa(i)) | X86_PG_RW |
2882                     X86_PG_V;
2883         }
2884         for (i = 0; i < ndmpdpphys; i++) {
2885                 pm_pml4[DMPML4I + i] = (DMPDPphys + ptoa(i)) | X86_PG_RW |
2886                     X86_PG_V;
2887         }
2888
2889         /* install self-referential address mapping entry(s) */
2890         pm_pml4[PML4PML4I] = VM_PAGE_TO_PHYS(pml4pg) | X86_PG_V | X86_PG_RW |
2891             X86_PG_A | X86_PG_M;
2892
2893         /* install large map entries if configured */
2894         for (i = 0; i < lm_ents; i++)
2895                 pm_pml4[LMSPML4I + i] = kernel_pmap->pm_pml4[LMSPML4I + i];
2896 }
2897
2898 static void
2899 pmap_pinit_pml4_pti(vm_page_t pml4pg)
2900 {
2901         pml4_entry_t *pm_pml4;
2902         int i;
2903
2904         pm_pml4 = (pml4_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(pml4pg));
2905         for (i = 0; i < NPML4EPG; i++)
2906                 pm_pml4[i] = pti_pml4[i];
2907 }
2908
2909 /*
2910  * Initialize a preallocated and zeroed pmap structure,
2911  * such as one in a vmspace structure.
2912  */
2913 int
2914 pmap_pinit_type(pmap_t pmap, enum pmap_type pm_type, int flags)
2915 {
2916         vm_page_t pml4pg, pml4pgu;
2917         vm_paddr_t pml4phys;
2918         int i;
2919
2920         /*
2921          * allocate the page directory page
2922          */
2923         pml4pg = vm_page_alloc(NULL, 0, VM_ALLOC_NORMAL | VM_ALLOC_NOOBJ |
2924             VM_ALLOC_WIRED | VM_ALLOC_ZERO | VM_ALLOC_WAITOK);
2925
2926         pml4phys = VM_PAGE_TO_PHYS(pml4pg);
2927         pmap->pm_pml4 = (pml4_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(pml4phys);
2928         CPU_FOREACH(i) {
2929                 pmap->pm_pcids[i].pm_pcid = PMAP_PCID_NONE;
2930                 pmap->pm_pcids[i].pm_gen = 0;
2931         }
2932         pmap->pm_cr3 = PMAP_NO_CR3;     /* initialize to an invalid value */
2933         pmap->pm_ucr3 = PMAP_NO_CR3;
2934         pmap->pm_pml4u = NULL;
2935
2936         pmap->pm_type = pm_type;
2937         if ((pml4pg->flags & PG_ZERO) == 0)
2938                 pagezero(pmap->pm_pml4);
2939
2940         /*
2941          * Do not install the host kernel mappings in the nested page
2942          * tables. These mappings are meaningless in the guest physical
2943          * address space.
2944          * Install minimal kernel mappings in PTI case.
2945          */
2946         if (pm_type == PT_X86) {
2947                 pmap->pm_cr3 = pml4phys;
2948                 pmap_pinit_pml4(pml4pg);
2949                 if (pti) {
2950                         pml4pgu = vm_page_alloc(NULL, 0, VM_ALLOC_NORMAL |
2951                             VM_ALLOC_NOOBJ | VM_ALLOC_WIRED | VM_ALLOC_WAITOK);
2952                         pmap->pm_pml4u = (pml4_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(
2953                             VM_PAGE_TO_PHYS(pml4pgu));
2954                         pmap_pinit_pml4_pti(pml4pgu);
2955                         pmap->pm_ucr3 = VM_PAGE_TO_PHYS(pml4pgu);
2956                 }
2957         }
2958
2959         pmap->pm_root.rt_root = 0;
2960         CPU_ZERO(&pmap->pm_active);
2961         TAILQ_INIT(&pmap->pm_pvchunk);
2962         bzero(&pmap->pm_stats, sizeof pmap->pm_stats);
2963         pmap->pm_flags = flags;
2964         pmap->pm_eptgen = 0;
2965
2966         return (1);
2967 }
2968
2969 int
2970 pmap_pinit(pmap_t pmap)
2971 {
2972
2973         return (pmap_pinit_type(pmap, PT_X86, pmap_flags));
2974 }
2975
2976 /*
2977  * This routine is called if the desired page table page does not exist.
2978  *
2979  * If page table page allocation fails, this routine may sleep before
2980  * returning NULL.  It sleeps only if a lock pointer was given.
2981  *
2982  * Note: If a page allocation fails at page table level two or three,
2983  * one or two pages may be held during the wait, only to be released
2984  * afterwards.  This conservative approach is easily argued to avoid
2985  * race conditions.
2986  */
2987 static vm_page_t
2988 _pmap_allocpte(pmap_t pmap, vm_pindex_t ptepindex, struct rwlock **lockp)
2989 {
2990         vm_page_t m, pdppg, pdpg;
2991         pt_entry_t PG_A, PG_M, PG_RW, PG_V;
2992
2993         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
2994
2995         PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
2996         PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
2997         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
2998         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
2999
3000         /*
3001          * Allocate a page table page.
3002          */
3003         if ((m = vm_page_alloc(NULL, ptepindex, VM_ALLOC_NOOBJ |
3004             VM_ALLOC_WIRED | VM_ALLOC_ZERO)) == NULL) {
3005                 if (lockp != NULL) {
3006                         RELEASE_PV_LIST_LOCK(lockp);
3007                         PMAP_UNLOCK(pmap);
3008                         PMAP_ASSERT_NOT_IN_DI();
3009                         vm_wait(NULL);
3010                         PMAP_LOCK(pmap);
3011                 }
3012
3013                 /*
3014                  * Indicate the need to retry.  While waiting, the page table
3015                  * page may have been allocated.
3016                  */
3017                 return (NULL);
3018         }
3019         if ((m->flags & PG_ZERO) == 0)
3020                 pmap_zero_page(m);
3021
3022         /*
3023          * Map the pagetable page into the process address space, if
3024          * it isn't already there.
3025          */
3026
3027         if (ptepindex >= (NUPDE + NUPDPE)) {
3028                 pml4_entry_t *pml4, *pml4u;
3029                 vm_pindex_t pml4index;
3030
3031                 /* Wire up a new PDPE page */
3032                 pml4index = ptepindex - (NUPDE + NUPDPE);
3033                 pml4 = &pmap->pm_pml4[pml4index];
3034                 *pml4 = VM_PAGE_TO_PHYS(m) | PG_U | PG_RW | PG_V | PG_A | PG_M;
3035                 if (pmap->pm_pml4u != NULL && pml4index < NUPML4E) {
3036                         /*
3037                          * PTI: Make all user-space mappings in the
3038                          * kernel-mode page table no-execute so that
3039                          * we detect any programming errors that leave
3040                          * the kernel-mode page table active on return
3041                          * to user space.
3042                          */
3043                         if (pmap->pm_ucr3 != PMAP_NO_CR3)
3044                                 *pml4 |= pg_nx;
3045
3046                         pml4u = &pmap->pm_pml4u[pml4index];
3047                         *pml4u = VM_PAGE_TO_PHYS(m) | PG_U | PG_RW | PG_V |
3048                             PG_A | PG_M;
3049                 }
3050
3051         } else if (ptepindex >= NUPDE) {
3052                 vm_pindex_t pml4index;
3053                 vm_pindex_t pdpindex;
3054                 pml4_entry_t *pml4;
3055                 pdp_entry_t *pdp;
3056
3057                 /* Wire up a new PDE page */
3058                 pdpindex = ptepindex - NUPDE;
3059                 pml4index = pdpindex >> NPML4EPGSHIFT;
3060
3061                 pml4 = &pmap->pm_pml4[pml4index];
3062                 if ((*pml4 & PG_V) == 0) {
3063                         /* Have to allocate a new pdp, recurse */
3064                         if (_pmap_allocpte(pmap, NUPDE + NUPDPE + pml4index,
3065                             lockp) == NULL) {
3066                                 vm_page_unwire_noq(m);
3067                                 vm_page_free_zero(m);
3068                                 return (NULL);
3069                         }
3070                 } else {
3071                         /* Add reference to pdp page */
3072                         pdppg = PHYS_TO_VM_PAGE(*pml4 & PG_FRAME);
3073                         pdppg->wire_count++;
3074                 }
3075                 pdp = (pdp_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(*pml4 & PG_FRAME);
3076
3077                 /* Now find the pdp page */
3078                 pdp = &pdp[pdpindex & ((1ul << NPDPEPGSHIFT) - 1)];
3079                 *pdp = VM_PAGE_TO_PHYS(m) | PG_U | PG_RW | PG_V | PG_A | PG_M;
3080
3081         } else {
3082                 vm_pindex_t pml4index;
3083                 vm_pindex_t pdpindex;
3084                 pml4_entry_t *pml4;
3085                 pdp_entry_t *pdp;
3086                 pd_entry_t *pd;
3087
3088                 /* Wire up a new PTE page */
3089                 pdpindex = ptepindex >> NPDPEPGSHIFT;
3090                 pml4index = pdpindex >> NPML4EPGSHIFT;
3091
3092                 /* First, find the pdp and check that its valid. */
3093                 pml4 = &pmap->pm_pml4[pml4index];
3094                 if ((*pml4 & PG_V) == 0) {
3095                         /* Have to allocate a new pd, recurse */
3096                         if (_pmap_allocpte(pmap, NUPDE + pdpindex,
3097                             lockp) == NULL) {
3098                                 vm_page_unwire_noq(m);
3099                                 vm_page_free_zero(m);
3100                                 return (NULL);
3101                         }
3102                         pdp = (pdp_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(*pml4 & PG_FRAME);
3103                         pdp = &pdp[pdpindex & ((1ul << NPDPEPGSHIFT) - 1)];
3104                 } else {
3105                         pdp = (pdp_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(*pml4 & PG_FRAME);
3106                         pdp = &pdp[pdpindex & ((1ul << NPDPEPGSHIFT) - 1)];
3107                         if ((*pdp & PG_V) == 0) {
3108                                 /* Have to allocate a new pd, recurse */
3109                                 if (_pmap_allocpte(pmap, NUPDE + pdpindex,
3110                                     lockp) == NULL) {
3111                                         vm_page_unwire_noq(m);
3112                                         vm_page_free_zero(m);
3113                                         return (NULL);
3114                                 }
3115                         } else {
3116                                 /* Add reference to the pd page */
3117                                 pdpg = PHYS_TO_VM_PAGE(*pdp & PG_FRAME);
3118                                 pdpg->wire_count++;
3119                         }
3120                 }
3121                 pd = (pd_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(*pdp & PG_FRAME);
3122
3123                 /* Now we know where the page directory page is */
3124                 pd = &pd[ptepindex & ((1ul << NPDEPGSHIFT) - 1)];
3125                 *pd = VM_PAGE_TO_PHYS(m) | PG_U | PG_RW | PG_V | PG_A | PG_M;
3126         }
3127
3128         pmap_resident_count_inc(pmap, 1);
3129
3130         return (m);
3131 }
3132
3133 static vm_page_t
3134 pmap_allocpde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, struct rwlock **lockp)
3135 {
3136         vm_pindex_t pdpindex, ptepindex;
3137         pdp_entry_t *pdpe, PG_V;
3138         vm_page_t pdpg;
3139
3140         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
3141
3142 retry:
3143         pdpe = pmap_pdpe(pmap, va);
3144         if (pdpe != NULL && (*pdpe & PG_V) != 0) {
3145                 /* Add a reference to the pd page. */
3146                 pdpg = PHYS_TO_VM_PAGE(*pdpe & PG_FRAME);
3147                 pdpg->wire_count++;
3148         } else {
3149                 /* Allocate a pd page. */
3150                 ptepindex = pmap_pde_pindex(va);
3151                 pdpindex = ptepindex >> NPDPEPGSHIFT;
3152                 pdpg = _pmap_allocpte(pmap, NUPDE + pdpindex, lockp);
3153                 if (pdpg == NULL && lockp != NULL)
3154                         goto retry;
3155         }
3156         return (pdpg);
3157 }
3158
3159 static vm_page_t
3160 pmap_allocpte(pmap_t pmap, vm_offset_t va, struct rwlock **lockp)
3161 {
3162         vm_pindex_t ptepindex;
3163         pd_entry_t *pd, PG_V;
3164         vm_page_t m;
3165
3166         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
3167
3168         /*
3169          * Calculate pagetable page index
3170          */
3171         ptepindex = pmap_pde_pindex(va);
3172 retry:
3173         /*
3174          * Get the page directory entry
3175          */
3176         pd = pmap_pde(pmap, va);
3177
3178         /*
3179          * This supports switching from a 2MB page to a
3180          * normal 4K page.
3181          */
3182         if (pd != NULL && (*pd & (PG_PS | PG_V)) == (PG_PS | PG_V)) {
3183                 if (!pmap_demote_pde_locked(pmap, pd, va, lockp)) {
3184                         /*
3185                          * Invalidation of the 2MB page mapping may have caused
3186                          * the deallocation of the underlying PD page.
3187                          */
3188                         pd = NULL;
3189                 }
3190         }
3191
3192         /*
3193          * If the page table page is mapped, we just increment the
3194          * hold count, and activate it.
3195          */
3196         if (pd != NULL && (*pd & PG_V) != 0) {
3197                 m = PHYS_TO_VM_PAGE(*pd & PG_FRAME);
3198                 m->wire_count++;
3199         } else {
3200                 /*
3201                  * Here if the pte page isn't mapped, or if it has been
3202                  * deallocated.
3203                  */
3204                 m = _pmap_allocpte(pmap, ptepindex, lockp);
3205                 if (m == NULL && lockp != NULL)
3206                         goto retry;
3207         }
3208         return (m);
3209 }
3210
3211
3212 /***************************************************
3213  * Pmap allocation/deallocation routines.
3214  ***************************************************/
3215
3216 /*
3217  * Release any resources held by the given physical map.
3218  * Called when a pmap initialized by pmap_pinit is being released.
3219  * Should only be called if the map contains no valid mappings.
3220  */
3221 void
3222 pmap_release(pmap_t pmap)
3223 {
3224         vm_page_t m;
3225         int i;
3226
3227         KASSERT(pmap->pm_stats.resident_count == 0,
3228             ("pmap_release: pmap resident count %ld != 0",
3229             pmap->pm_stats.resident_count));
3230         KASSERT(vm_radix_is_empty(&pmap->pm_root),
3231             ("pmap_release: pmap has reserved page table page(s)"));
3232         KASSERT(CPU_EMPTY(&pmap->pm_active),
3233             ("releasing active pmap %p", pmap));
3234
3235         m = PHYS_TO_VM_PAGE(DMAP_TO_PHYS((vm_offset_t)pmap->pm_pml4));
3236
3237         for (i = 0; i < NKPML4E; i++)   /* KVA */
3238                 pmap->pm_pml4[KPML4BASE + i] = 0;
3239         for (i = 0; i < ndmpdpphys; i++)/* Direct Map */
3240                 pmap->pm_pml4[DMPML4I + i] = 0;
3241         pmap->pm_pml4[PML4PML4I] = 0;   /* Recursive Mapping */
3242         for (i = 0; i < lm_ents; i++)   /* Large Map */
3243                 pmap->pm_pml4[LMSPML4I + i] = 0;
3244
3245         vm_page_unwire_noq(m);
3246         vm_page_free_zero(m);
3247
3248         if (pmap->pm_pml4u != NULL) {
3249                 m = PHYS_TO_VM_PAGE(DMAP_TO_PHYS((vm_offset_t)pmap->pm_pml4u));
3250                 vm_page_unwire_noq(m);
3251                 vm_page_free(m);
3252         }
3253 }
3254
3255 static int
3256 kvm_size(SYSCTL_HANDLER_ARGS)
3257 {
3258         unsigned long ksize = VM_MAX_KERNEL_ADDRESS - VM_MIN_KERNEL_ADDRESS;
3259
3260         return sysctl_handle_long(oidp, &ksize, 0, req);
3261 }
3262 SYSCTL_PROC(_vm, OID_AUTO, kvm_size, CTLTYPE_LONG|CTLFLAG_RD, 
3263     0, 0, kvm_size, "LU", "Size of KVM");
3264
3265 static int
3266 kvm_free(SYSCTL_HANDLER_ARGS)
3267 {
3268         unsigned long kfree = VM_MAX_KERNEL_ADDRESS - kernel_vm_end;
3269
3270         return sysctl_handle_long(oidp, &kfree, 0, req);
3271 }
3272 SYSCTL_PROC(_vm, OID_AUTO, kvm_free, CTLTYPE_LONG|CTLFLAG_RD, 
3273     0, 0, kvm_free, "LU", "Amount of KVM free");
3274
3275 /*
3276  * grow the number of kernel page table entries, if needed
3277  */
3278 void
3279 pmap_growkernel(vm_offset_t addr)
3280 {
3281         vm_paddr_t paddr;
3282         vm_page_t nkpg;
3283         pd_entry_t *pde, newpdir;
3284         pdp_entry_t *pdpe;
3285
3286         mtx_assert(&kernel_map->system_mtx, MA_OWNED);
3287
3288         /*
3289          * Return if "addr" is within the range of kernel page table pages
3290          * that were preallocated during pmap bootstrap.  Moreover, leave
3291          * "kernel_vm_end" and the kernel page table as they were.
3292          *
3293          * The correctness of this action is based on the following
3294          * argument: vm_map_insert() allocates contiguous ranges of the
3295          * kernel virtual address space.  It calls this function if a range
3296          * ends after "kernel_vm_end".  If the kernel is mapped between
3297          * "kernel_vm_end" and "addr", then the range cannot begin at
3298          * "kernel_vm_end".  In fact, its beginning address cannot be less
3299          * than the kernel.  Thus, there is no immediate need to allocate
3300          * any new kernel page table pages between "kernel_vm_end" and
3301          * "KERNBASE".
3302          */
3303         if (KERNBASE < addr && addr <= KERNBASE + nkpt * NBPDR)
3304                 return;
3305
3306         addr = roundup2(addr, NBPDR);
3307         if (addr - 1 >= vm_map_max(kernel_map))
3308                 addr = vm_map_max(kernel_map);
3309         while (kernel_vm_end < addr) {
3310                 pdpe = pmap_pdpe(kernel_pmap, kernel_vm_end);
3311                 if ((*pdpe & X86_PG_V) == 0) {
3312                         /* We need a new PDP entry */
3313                         nkpg = vm_page_alloc(NULL, kernel_vm_end >> PDPSHIFT,
3314                             VM_ALLOC_INTERRUPT | VM_ALLOC_NOOBJ |
3315                             VM_ALLOC_WIRED | VM_ALLOC_ZERO);
3316                         if (nkpg == NULL)
3317                                 panic("pmap_growkernel: no memory to grow kernel");
3318                         if ((nkpg->flags & PG_ZERO) == 0)
3319                                 pmap_zero_page(nkpg);
3320                         paddr = VM_PAGE_TO_PHYS(nkpg);
3321                         *pdpe = (pdp_entry_t)(paddr | X86_PG_V | X86_PG_RW |
3322                             X86_PG_A | X86_PG_M);
3323                         continue; /* try again */
3324                 }
3325                 pde = pmap_pdpe_to_pde(pdpe, kernel_vm_end);
3326                 if ((*pde & X86_PG_V) != 0) {
3327                         kernel_vm_end = (kernel_vm_end + NBPDR) & ~PDRMASK;
3328                         if (kernel_vm_end - 1 >= vm_map_max(kernel_map)) {
3329                                 kernel_vm_end = vm_map_max(kernel_map);
3330                                 break;                       
3331                         }
3332                         continue;
3333                 }
3334
3335                 nkpg = vm_page_alloc(NULL, pmap_pde_pindex(kernel_vm_end),
3336                     VM_ALLOC_INTERRUPT | VM_ALLOC_NOOBJ | VM_ALLOC_WIRED |
3337                     VM_ALLOC_ZERO);
3338                 if (nkpg == NULL)
3339                         panic("pmap_growkernel: no memory to grow kernel");
3340                 if ((nkpg->flags & PG_ZERO) == 0)
3341                         pmap_zero_page(nkpg);
3342                 paddr = VM_PAGE_TO_PHYS(nkpg);
3343                 newpdir = paddr | X86_PG_V | X86_PG_RW | X86_PG_A | X86_PG_M;
3344                 pde_store(pde, newpdir);
3345
3346                 kernel_vm_end = (kernel_vm_end + NBPDR) & ~PDRMASK;
3347                 if (kernel_vm_end - 1 >= vm_map_max(kernel_map)) {
3348                         kernel_vm_end = vm_map_max(kernel_map);
3349                         break;                       
3350                 }
3351         }
3352 }
3353
3354
3355 /***************************************************
3356  * page management routines.
3357  ***************************************************/
3358
3359 CTASSERT(sizeof(struct pv_chunk) == PAGE_SIZE);
3360 CTASSERT(_NPCM == 3);
3361 CTASSERT(_NPCPV == 168);
3362
3363 static __inline struct pv_chunk *
3364 pv_to_chunk(pv_entry_t pv)
3365 {
3366
3367         return ((struct pv_chunk *)((uintptr_t)pv & ~(uintptr_t)PAGE_MASK));
3368 }
3369
3370 #define PV_PMAP(pv) (pv_to_chunk(pv)->pc_pmap)
3371
3372 #define PC_FREE0        0xfffffffffffffffful
3373 #define PC_FREE1        0xfffffffffffffffful
3374 #define PC_FREE2        0x000000fffffffffful
3375
3376 static const uint64_t pc_freemask[_NPCM] = { PC_FREE0, PC_FREE1, PC_FREE2 };
3377
3378 #ifdef PV_STATS
3379 static int pc_chunk_count, pc_chunk_allocs, pc_chunk_frees, pc_chunk_tryfail;
3380
3381 SYSCTL_INT(_vm_pmap, OID_AUTO, pc_chunk_count, CTLFLAG_RD, &pc_chunk_count, 0,
3382         "Current number of pv entry chunks");
3383 SYSCTL_INT(_vm_pmap, OID_AUTO, pc_chunk_allocs, CTLFLAG_RD, &pc_chunk_allocs, 0,
3384         "Current number of pv entry chunks allocated");
3385 SYSCTL_INT(_vm_pmap, OID_AUTO, pc_chunk_frees, CTLFLAG_RD, &pc_chunk_frees, 0,
3386         "Current number of pv entry chunks frees");
3387 SYSCTL_INT(_vm_pmap, OID_AUTO, pc_chunk_tryfail, CTLFLAG_RD, &pc_chunk_tryfail, 0,
3388         "Number of times tried to get a chunk page but failed.");
3389
3390 static long pv_entry_frees, pv_entry_allocs, pv_entry_count;
3391 static int pv_entry_spare;
3392
3393 SYSCTL_LONG(_vm_pmap, OID_AUTO, pv_entry_frees, CTLFLAG_RD, &pv_entry_frees, 0,
3394         "Current number of pv entry frees");
3395 SYSCTL_LONG(_vm_pmap, OID_AUTO, pv_entry_allocs, CTLFLAG_RD, &pv_entry_allocs, 0,
3396         "Current number of pv entry allocs");
3397 SYSCTL_LONG(_vm_pmap, OID_AUTO, pv_entry_count, CTLFLAG_RD, &pv_entry_count, 0,
3398         "Current number of pv entries");
3399 SYSCTL_INT(_vm_pmap, OID_AUTO, pv_entry_spare, CTLFLAG_RD, &pv_entry_spare, 0,
3400         "Current number of spare pv entries");
3401 #endif
3402
3403 static void
3404 reclaim_pv_chunk_leave_pmap(pmap_t pmap, pmap_t locked_pmap, bool start_di)
3405 {
3406
3407         if (pmap == NULL)
3408                 return;
3409         pmap_invalidate_all(pmap);
3410         if (pmap != locked_pmap)
3411                 PMAP_UNLOCK(pmap);
3412         if (start_di)
3413                 pmap_delayed_invl_finished();
3414 }
3415
3416 /*
3417  * We are in a serious low memory condition.  Resort to
3418  * drastic measures to free some pages so we can allocate
3419  * another pv entry chunk.
3420  *
3421  * Returns NULL if PV entries were reclaimed from the specified pmap.
3422  *
3423  * We do not, however, unmap 2mpages because subsequent accesses will
3424  * allocate per-page pv entries until repromotion occurs, thereby
3425  * exacerbating the shortage of free pv entries.
3426  */
3427 static vm_page_t
3428 reclaim_pv_chunk(pmap_t locked_pmap, struct rwlock **lockp)
3429 {
3430         struct pv_chunk *pc, *pc_marker, *pc_marker_end;
3431         struct pv_chunk_header pc_marker_b, pc_marker_end_b;
3432         struct md_page *pvh;
3433         pd_entry_t *pde;
3434         pmap_t next_pmap, pmap;
3435         pt_entry_t *pte, tpte;
3436         pt_entry_t PG_G, PG_A, PG_M, PG_RW;
3437         pv_entry_t pv;
3438         vm_offset_t va;
3439         vm_page_t m, m_pc;
3440         struct spglist free;
3441         uint64_t inuse;
3442         int bit, field, freed;
3443         bool start_di;
3444         static int active_reclaims = 0;
3445
3446         PMAP_LOCK_ASSERT(locked_pmap, MA_OWNED);
3447         KASSERT(lockp != NULL, ("reclaim_pv_chunk: lockp is NULL"));
3448         pmap = NULL;
3449         m_pc = NULL;
3450         PG_G = PG_A = PG_M = PG_RW = 0;
3451         SLIST_INIT(&free);
3452         bzero(&pc_marker_b, sizeof(pc_marker_b));
3453         bzero(&pc_marker_end_b, sizeof(pc_marker_end_b));
3454         pc_marker = (struct pv_chunk *)&pc_marker_b;
3455         pc_marker_end = (struct pv_chunk *)&pc_marker_end_b;
3456
3457         /*
3458          * A delayed invalidation block should already be active if
3459          * pmap_advise() or pmap_remove() called this function by way
3460          * of pmap_demote_pde_locked().
3461          */
3462         start_di = pmap_not_in_di();
3463
3464         mtx_lock(&pv_chunks_mutex);
3465         active_reclaims++;
3466         TAILQ_INSERT_HEAD(&pv_chunks, pc_marker, pc_lru);
3467         TAILQ_INSERT_TAIL(&pv_chunks, pc_marker_end, pc_lru);
3468         while ((pc = TAILQ_NEXT(pc_marker, pc_lru)) != pc_marker_end &&
3469             SLIST_EMPTY(&free)) {
3470                 next_pmap = pc->pc_pmap;
3471                 if (next_pmap == NULL) {
3472                         /*
3473                          * The next chunk is a marker.  However, it is
3474                          * not our marker, so active_reclaims must be
3475                          * > 1.  Consequently, the next_chunk code
3476                          * will not rotate the pv_chunks list.
3477                          */
3478                         goto next_chunk;
3479                 }
3480                 mtx_unlock(&pv_chunks_mutex);
3481
3482                 /*
3483                  * A pv_chunk can only be removed from the pc_lru list
3484                  * when both pc_chunks_mutex is owned and the
3485                  * corresponding pmap is locked.
3486                  */
3487                 if (pmap != next_pmap) {
3488                         reclaim_pv_chunk_leave_pmap(pmap, locked_pmap,
3489                             start_di);
3490                         pmap = next_pmap;
3491                         /* Avoid deadlock and lock recursion. */
3492                         if (pmap > locked_pmap) {
3493                                 RELEASE_PV_LIST_LOCK(lockp);
3494                                 PMAP_LOCK(pmap);
3495                                 if (start_di)
3496                                         pmap_delayed_invl_started();
3497                                 mtx_lock(&pv_chunks_mutex);
3498                                 continue;
3499                         } else if (pmap != locked_pmap) {
3500                                 if (PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
3501                                         if (start_di)
3502                                                 pmap_delayed_invl_started();
3503                                         mtx_lock(&pv_chunks_mutex);
3504                                         continue;
3505                                 } else {
3506                                         pmap = NULL; /* pmap is not locked */
3507                                         mtx_lock(&pv_chunks_mutex);
3508                                         pc = TAILQ_NEXT(pc_marker, pc_lru);
3509                                         if (pc == NULL ||
3510                                             pc->pc_pmap != next_pmap)
3511                                                 continue;
3512                                         goto next_chunk;
3513                                 }
3514                         } else if (start_di)
3515                                 pmap_delayed_invl_started();
3516                         PG_G = pmap_global_bit(pmap);
3517                         PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
3518                         PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
3519                         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
3520                 }
3521
3522                 /*
3523                  * Destroy every non-wired, 4 KB page mapping in the chunk.
3524                  */
3525                 freed = 0;
3526                 for (field = 0; field < _NPCM; field++) {
3527                         for (inuse = ~pc->pc_map[field] & pc_freemask[field];
3528                             inuse != 0; inuse &= ~(1UL << bit)) {
3529                                 bit = bsfq(inuse);
3530                                 pv = &pc->pc_pventry[field * 64 + bit];
3531                                 va = pv->pv_va;
3532                                 pde = pmap_pde(pmap, va);
3533                                 if ((*pde & PG_PS) != 0)
3534                                         continue;
3535                                 pte = pmap_pde_to_pte(pde, va);
3536                                 if ((*pte & PG_W) != 0)
3537                                         continue;
3538                                 tpte = pte_load_clear(pte);
3539                                 if ((tpte & PG_G) != 0)
3540                                         pmap_invalidate_page(pmap, va);
3541                                 m = PHYS_TO_VM_PAGE(tpte & PG_FRAME);
3542                                 if ((tpte & (PG_M | PG_RW)) == (PG_M | PG_RW))
3543                                         vm_page_dirty(m);
3544                                 if ((tpte & PG_A) != 0)
3545                                         vm_page_aflag_set(m, PGA_REFERENCED);
3546                                 CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_VM_PAGE(lockp, m);
3547                                 TAILQ_REMOVE(&m->md.pv_list, pv, pv_next);
3548                                 m->md.pv_gen++;
3549                                 if (TAILQ_EMPTY(&m->md.pv_list) &&
3550                                     (m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0) {
3551                                         pvh = pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
3552                                         if (TAILQ_EMPTY(&pvh->pv_list)) {
3553                                                 vm_page_aflag_clear(m,
3554                                                     PGA_WRITEABLE);
3555                                         }
3556                                 }
3557                                 pmap_delayed_invl_page(m);
3558                                 pc->pc_map[field] |= 1UL << bit;
3559                                 pmap_unuse_pt(pmap, va, *pde, &free);
3560                                 freed++;
3561                         }
3562                 }
3563                 if (freed == 0) {
3564                         mtx_lock(&pv_chunks_mutex);
3565                         goto next_chunk;
3566                 }
3567                 /* Every freed mapping is for a 4 KB page. */
3568                 pmap_resident_count_dec(pmap, freed);
3569                 PV_STAT(atomic_add_long(&pv_entry_frees, freed));
3570                 PV_STAT(atomic_add_int(&pv_entry_spare, freed));
3571                 PV_STAT(atomic_subtract_long(&pv_entry_count, freed));
3572                 TAILQ_REMOVE(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
3573                 if (pc->pc_map[0] == PC_FREE0 && pc->pc_map[1] == PC_FREE1 &&
3574                     pc->pc_map[2] == PC_FREE2) {
3575                         PV_STAT(atomic_subtract_int(&pv_entry_spare, _NPCPV));
3576                         PV_STAT(atomic_subtract_int(&pc_chunk_count, 1));
3577                         PV_STAT(atomic_add_int(&pc_chunk_frees, 1));
3578                         /* Entire chunk is free; return it. */
3579                         m_pc = PHYS_TO_VM_PAGE(DMAP_TO_PHYS((vm_offset_t)pc));
3580                         dump_drop_page(m_pc->phys_addr);
3581                         mtx_lock(&pv_chunks_mutex);
3582                         TAILQ_REMOVE(&pv_chunks, pc, pc_lru);
3583                         break;
3584                 }
3585                 TAILQ_INSERT_HEAD(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
3586                 mtx_lock(&pv_chunks_mutex);
3587                 /* One freed pv entry in locked_pmap is sufficient. */
3588                 if (pmap == locked_pmap)
3589                         break;
3590 next_chunk:
3591                 TAILQ_REMOVE(&pv_chunks, pc_marker, pc_lru);
3592                 TAILQ_INSERT_AFTER(&pv_chunks, pc, pc_marker, pc_lru);
3593                 if (active_reclaims == 1 && pmap != NULL) {
3594                         /*
3595                          * Rotate the pv chunks list so that we do not
3596                          * scan the same pv chunks that could not be
3597                          * freed (because they contained a wired
3598                          * and/or superpage mapping) on every
3599                          * invocation of reclaim_pv_chunk().
3600                          */
3601                         while ((pc = TAILQ_FIRST(&pv_chunks)) != pc_marker) {
3602                                 MPASS(pc->pc_pmap != NULL);
3603                                 TAILQ_REMOVE(&pv_chunks, pc, pc_lru);
3604                                 TAILQ_INSERT_TAIL(&pv_chunks, pc, pc_lru);
3605                         }
3606                 }
3607         }
3608         TAILQ_REMOVE(&pv_chunks, pc_marker, pc_lru);
3609         TAILQ_REMOVE(&pv_chunks, pc_marker_end, pc_lru);
3610         active_reclaims--;
3611         mtx_unlock(&pv_chunks_mutex);
3612         reclaim_pv_chunk_leave_pmap(pmap, locked_pmap, start_di);
3613         if (m_pc == NULL && !SLIST_EMPTY(&free)) {
3614                 m_pc = SLIST_FIRST(&free);
3615                 SLIST_REMOVE_HEAD(&free, plinks.s.ss);
3616                 /* Recycle a freed page table page. */
3617                 m_pc->wire_count = 1;
3618         }
3619         vm_page_free_pages_toq(&free, true);
3620         return (m_pc);
3621 }
3622
3623 /*
3624  * free the pv_entry back to the free list
3625  */
3626 static void
3627 free_pv_entry(pmap_t pmap, pv_entry_t pv)
3628 {
3629         struct pv_chunk *pc;
3630         int idx, field, bit;
3631
3632         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
3633         PV_STAT(atomic_add_long(&pv_entry_frees, 1));
3634         PV_STAT(atomic_add_int(&pv_entry_spare, 1));
3635         PV_STAT(atomic_subtract_long(&pv_entry_count, 1));
3636         pc = pv_to_chunk(pv);
3637         idx = pv - &pc->pc_pventry[0];
3638         field = idx / 64;
3639         bit = idx % 64;
3640         pc->pc_map[field] |= 1ul << bit;
3641         if (pc->pc_map[0] != PC_FREE0 || pc->pc_map[1] != PC_FREE1 ||
3642             pc->pc_map[2] != PC_FREE2) {
3643                 /* 98% of the time, pc is already at the head of the list. */
3644                 if (__predict_false(pc != TAILQ_FIRST(&pmap->pm_pvchunk))) {
3645                         TAILQ_REMOVE(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
3646                         TAILQ_INSERT_HEAD(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
3647                 }
3648                 return;
3649         }
3650         TAILQ_REMOVE(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
3651         free_pv_chunk(pc);
3652 }
3653
3654 static void
3655 free_pv_chunk(struct pv_chunk *pc)
3656 {
3657         vm_page_t m;
3658
3659         mtx_lock(&pv_chunks_mutex);
3660         TAILQ_REMOVE(&pv_chunks, pc, pc_lru);
3661         mtx_unlock(&pv_chunks_mutex);
3662         PV_STAT(atomic_subtract_int(&pv_entry_spare, _NPCPV));
3663         PV_STAT(atomic_subtract_int(&pc_chunk_count, 1));
3664         PV_STAT(atomic_add_int(&pc_chunk_frees, 1));
3665         /* entire chunk is free, return it */
3666         m = PHYS_TO_VM_PAGE(DMAP_TO_PHYS((vm_offset_t)pc));
3667         dump_drop_page(m->phys_addr);
3668         vm_page_unwire(m, PQ_NONE);
3669         vm_page_free(m);
3670 }
3671
3672 /*
3673  * Returns a new PV entry, allocating a new PV chunk from the system when
3674  * needed.  If this PV chunk allocation fails and a PV list lock pointer was
3675  * given, a PV chunk is reclaimed from an arbitrary pmap.  Otherwise, NULL is
3676  * returned.
3677  *
3678  * The given PV list lock may be released.
3679  */
3680 static pv_entry_t
3681 get_pv_entry(pmap_t pmap, struct rwlock **lockp)
3682 {
3683         int bit, field;
3684         pv_entry_t pv;
3685         struct pv_chunk *pc;
3686         vm_page_t m;
3687
3688         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
3689         PV_STAT(atomic_add_long(&pv_entry_allocs, 1));
3690 retry:
3691         pc = TAILQ_FIRST(&pmap->pm_pvchunk);
3692         if (pc != NULL) {
3693                 for (field = 0; field < _NPCM; field++) {
3694                         if (pc->pc_map[field]) {
3695                                 bit = bsfq(pc->pc_map[field]);
3696                                 break;
3697                         }
3698                 }
3699                 if (field < _NPCM) {
3700                         pv = &pc->pc_pventry[field * 64 + bit];
3701                         pc->pc_map[field] &= ~(1ul << bit);
3702                         /* If this was the last item, move it to tail */
3703                         if (pc->pc_map[0] == 0 && pc->pc_map[1] == 0 &&
3704                             pc->pc_map[2] == 0) {
3705                                 TAILQ_REMOVE(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
3706                                 TAILQ_INSERT_TAIL(&pmap->pm_pvchunk, pc,
3707                                     pc_list);
3708                         }
3709                         PV_STAT(atomic_add_long(&pv_entry_count, 1));
3710                         PV_STAT(atomic_subtract_int(&pv_entry_spare, 1));
3711                         return (pv);
3712                 }
3713         }
3714         /* No free items, allocate another chunk */
3715         m = vm_page_alloc(NULL, 0, VM_ALLOC_NORMAL | VM_ALLOC_NOOBJ |
3716             VM_ALLOC_WIRED);
3717         if (m == NULL) {
3718                 if (lockp == NULL) {
3719                         PV_STAT(pc_chunk_tryfail++);
3720                         return (NULL);
3721                 }
3722                 m = reclaim_pv_chunk(pmap, lockp);
3723                 if (m == NULL)
3724                         goto retry;
3725         }
3726         PV_STAT(atomic_add_int(&pc_chunk_count, 1));
3727         PV_STAT(atomic_add_int(&pc_chunk_allocs, 1));
3728         dump_add_page(m->phys_addr);
3729         pc = (void *)PHYS_TO_DMAP(m->phys_addr);
3730         pc->pc_pmap = pmap;
3731         pc->pc_map[0] = PC_FREE0 & ~1ul;        /* preallocated bit 0 */
3732         pc->pc_map[1] = PC_FREE1;
3733         pc->pc_map[2] = PC_FREE2;
3734         mtx_lock(&pv_chunks_mutex);
3735         TAILQ_INSERT_TAIL(&pv_chunks, pc, pc_lru);
3736         mtx_unlock(&pv_chunks_mutex);
3737         pv = &pc->pc_pventry[0];
3738         TAILQ_INSERT_HEAD(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
3739         PV_STAT(atomic_add_long(&pv_entry_count, 1));
3740         PV_STAT(atomic_add_int(&pv_entry_spare, _NPCPV - 1));
3741         return (pv);
3742 }
3743
3744 /*
3745  * Returns the number of one bits within the given PV chunk map.
3746  *
3747  * The erratas for Intel processors state that "POPCNT Instruction May
3748  * Take Longer to Execute Than Expected".  It is believed that the
3749  * issue is the spurious dependency on the destination register.
3750  * Provide a hint to the register rename logic that the destination
3751  * value is overwritten, by clearing it, as suggested in the
3752  * optimization manual.  It should be cheap for unaffected processors
3753  * as well.
3754  *
3755  * Reference numbers for erratas are
3756  * 4th Gen Core: HSD146
3757  * 5th Gen Core: BDM85
3758  * 6th Gen Core: SKL029
3759  */
3760 static int
3761 popcnt_pc_map_pq(uint64_t *map)
3762 {
3763         u_long result, tmp;
3764
3765         __asm __volatile("xorl %k0,%k0;popcntq %2,%0;"
3766             "xorl %k1,%k1;popcntq %3,%1;addl %k1,%k0;"
3767             "xorl %k1,%k1;popcntq %4,%1;addl %k1,%k0"
3768             : "=&r" (result), "=&r" (tmp)
3769             : "m" (map[0]), "m" (map[1]), "m" (map[2]));
3770         return (result);
3771 }
3772
3773 /*
3774  * Ensure that the number of spare PV entries in the specified pmap meets or
3775  * exceeds the given count, "needed".
3776  *
3777  * The given PV list lock may be released.
3778  */
3779 static void
3780 reserve_pv_entries(pmap_t pmap, int needed, struct rwlock **lockp)
3781 {
3782         struct pch new_tail;
3783         struct pv_chunk *pc;
3784         vm_page_t m;
3785         int avail, free;
3786         bool reclaimed;
3787
3788         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
3789         KASSERT(lockp != NULL, ("reserve_pv_entries: lockp is NULL"));
3790
3791         /*
3792          * Newly allocated PV chunks must be stored in a private list until
3793          * the required number of PV chunks have been allocated.  Otherwise,
3794          * reclaim_pv_chunk() could recycle one of these chunks.  In
3795          * contrast, these chunks must be added to the pmap upon allocation.
3796          */
3797         TAILQ_INIT(&new_tail);
3798 retry:
3799         avail = 0;
3800         TAILQ_FOREACH(pc, &pmap->pm_pvchunk, pc_list) {
3801 #ifndef __POPCNT__
3802                 if ((cpu_feature2 & CPUID2_POPCNT) == 0)
3803                         bit_count((bitstr_t *)pc->pc_map, 0,
3804                             sizeof(pc->pc_map) * NBBY, &free);
3805                 else
3806 #endif
3807                 free = popcnt_pc_map_pq(pc->pc_map);
3808                 if (free == 0)
3809                         break;
3810                 avail += free;
3811                 if (avail >= needed)
3812                         break;
3813         }
3814         for (reclaimed = false; avail < needed; avail += _NPCPV) {
3815                 m = vm_page_alloc(NULL, 0, VM_ALLOC_NORMAL | VM_ALLOC_NOOBJ |
3816                     VM_ALLOC_WIRED);
3817                 if (m == NULL) {
3818                         m = reclaim_pv_chunk(pmap, lockp);
3819                         if (m == NULL)
3820                                 goto retry;
3821                         reclaimed = true;
3822                 }
3823                 PV_STAT(atomic_add_int(&pc_chunk_count, 1));
3824                 PV_STAT(atomic_add_int(&pc_chunk_allocs, 1));
3825                 dump_add_page(m->phys_addr);
3826                 pc = (void *)PHYS_TO_DMAP(m->phys_addr);
3827                 pc->pc_pmap = pmap;
3828                 pc->pc_map[0] = PC_FREE0;
3829                 pc->pc_map[1] = PC_FREE1;
3830                 pc->pc_map[2] = PC_FREE2;
3831                 TAILQ_INSERT_HEAD(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
3832                 TAILQ_INSERT_TAIL(&new_tail, pc, pc_lru);
3833                 PV_STAT(atomic_add_int(&pv_entry_spare, _NPCPV));
3834
3835                 /*
3836                  * The reclaim might have freed a chunk from the current pmap.
3837                  * If that chunk contained available entries, we need to
3838                  * re-count the number of available entries.
3839                  */
3840                 if (reclaimed)
3841                         goto retry;
3842         }
3843         if (!TAILQ_EMPTY(&new_tail)) {
3844                 mtx_lock(&pv_chunks_mutex);
3845                 TAILQ_CONCAT(&pv_chunks, &new_tail, pc_lru);
3846                 mtx_unlock(&pv_chunks_mutex);
3847         }
3848 }
3849
3850 /*
3851  * First find and then remove the pv entry for the specified pmap and virtual
3852  * address from the specified pv list.  Returns the pv entry if found and NULL
3853  * otherwise.  This operation can be performed on pv lists for either 4KB or
3854  * 2MB page mappings.
3855  */
3856 static __inline pv_entry_t
3857 pmap_pvh_remove(struct md_page *pvh, pmap_t pmap, vm_offset_t va)
3858 {
3859         pv_entry_t pv;
3860
3861         TAILQ_FOREACH(pv, &pvh->pv_list, pv_next) {
3862                 if (pmap == PV_PMAP(pv) && va == pv->pv_va) {
3863                         TAILQ_REMOVE(&pvh->pv_list, pv, pv_next);
3864                         pvh->pv_gen++;
3865                         break;
3866                 }
3867         }
3868         return (pv);
3869 }
3870
3871 /*
3872  * After demotion from a 2MB page mapping to 512 4KB page mappings,
3873  * destroy the pv entry for the 2MB page mapping and reinstantiate the pv
3874  * entries for each of the 4KB page mappings.
3875  */
3876 static void
3877 pmap_pv_demote_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_paddr_t pa,
3878     struct rwlock **lockp)
3879 {
3880         struct md_page *pvh;
3881         struct pv_chunk *pc;
3882         pv_entry_t pv;
3883         vm_offset_t va_last;
3884         vm_page_t m;
3885         int bit, field;
3886
3887         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
3888         KASSERT((pa & PDRMASK) == 0,
3889             ("pmap_pv_demote_pde: pa is not 2mpage aligned"));
3890         CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_PHYS(lockp, pa);
3891
3892         /*
3893          * Transfer the 2mpage's pv entry for this mapping to the first
3894          * page's pv list.  Once this transfer begins, the pv list lock
3895          * must not be released until the last pv entry is reinstantiated.
3896          */
3897         pvh = pa_to_pvh(pa);
3898         va = trunc_2mpage(va);
3899         pv = pmap_pvh_remove(pvh, pmap, va);
3900         KASSERT(pv != NULL, ("pmap_pv_demote_pde: pv not found"));
3901         m = PHYS_TO_VM_PAGE(pa);
3902         TAILQ_INSERT_TAIL(&m->md.pv_list, pv, pv_next);
3903         m->md.pv_gen++;
3904         /* Instantiate the remaining NPTEPG - 1 pv entries. */
3905         PV_STAT(atomic_add_long(&pv_entry_allocs, NPTEPG - 1));
3906         va_last = va + NBPDR - PAGE_SIZE;
3907         for (;;) {
3908                 pc = TAILQ_FIRST(&pmap->pm_pvchunk);
3909                 KASSERT(pc->pc_map[0] != 0 || pc->pc_map[1] != 0 ||
3910                     pc->pc_map[2] != 0, ("pmap_pv_demote_pde: missing spare"));
3911                 for (field = 0; field < _NPCM; field++) {
3912                         while (pc->pc_map[field]) {
3913                                 bit = bsfq(pc->pc_map[field]);
3914                                 pc->pc_map[field] &= ~(1ul << bit);
3915                                 pv = &pc->pc_pventry[field * 64 + bit];
3916                                 va += PAGE_SIZE;
3917                                 pv->pv_va = va;
3918                                 m++;
3919                                 KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
3920                             ("pmap_pv_demote_pde: page %p is not managed", m));
3921                                 TAILQ_INSERT_TAIL(&m->md.pv_list, pv, pv_next);
3922                                 m->md.pv_gen++;
3923                                 if (va == va_last)
3924                                         goto out;
3925                         }
3926                 }
3927                 TAILQ_REMOVE(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
3928                 TAILQ_INSERT_TAIL(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
3929         }
3930 out:
3931         if (pc->pc_map[0] == 0 && pc->pc_map[1] == 0 && pc->pc_map[2] == 0) {
3932                 TAILQ_REMOVE(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
3933                 TAILQ_INSERT_TAIL(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
3934         }
3935         PV_STAT(atomic_add_long(&pv_entry_count, NPTEPG - 1));
3936         PV_STAT(atomic_subtract_int(&pv_entry_spare, NPTEPG - 1));
3937 }
3938
3939 #if VM_NRESERVLEVEL > 0
3940 /*
3941  * After promotion from 512 4KB page mappings to a single 2MB page mapping,
3942  * replace the many pv entries for the 4KB page mappings by a single pv entry
3943  * for the 2MB page mapping.
3944  */
3945 static void
3946 pmap_pv_promote_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_paddr_t pa,
3947     struct rwlock **lockp)
3948 {
3949         struct md_page *pvh;
3950         pv_entry_t pv;
3951         vm_offset_t va_last;
3952         vm_page_t m;
3953
3954         KASSERT((pa & PDRMASK) == 0,
3955             ("pmap_pv_promote_pde: pa is not 2mpage aligned"));
3956         CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_PHYS(lockp, pa);
3957
3958         /*
3959          * Transfer the first page's pv entry for this mapping to the 2mpage's
3960          * pv list.  Aside from avoiding the cost of a call to get_pv_entry(),
3961          * a transfer avoids the possibility that get_pv_entry() calls
3962          * reclaim_pv_chunk() and that reclaim_pv_chunk() removes one of the
3963          * mappings that is being promoted.
3964          */
3965         m = PHYS_TO_VM_PAGE(pa);
3966         va = trunc_2mpage(va);
3967         pv = pmap_pvh_remove(&m->md, pmap, va);
3968         KASSERT(pv != NULL, ("pmap_pv_promote_pde: pv not found"));
3969         pvh = pa_to_pvh(pa);
3970         TAILQ_INSERT_TAIL(&pvh->pv_list, pv, pv_next);
3971         pvh->pv_gen++;
3972         /* Free the remaining NPTEPG - 1 pv entries. */
3973         va_last = va + NBPDR - PAGE_SIZE;
3974         do {
3975                 m++;
3976                 va += PAGE_SIZE;
3977                 pmap_pvh_free(&m->md, pmap, va);
3978         } while (va < va_last);
3979 }
3980 #endif /* VM_NRESERVLEVEL > 0 */
3981
3982 /*
3983  * First find and then destroy the pv entry for the specified pmap and virtual
3984  * address.  This operation can be performed on pv lists for either 4KB or 2MB
3985  * page mappings.
3986  */
3987 static void
3988 pmap_pvh_free(struct md_page *pvh, pmap_t pmap, vm_offset_t va)
3989 {
3990         pv_entry_t pv;
3991
3992         pv = pmap_pvh_remove(pvh, pmap, va);
3993         KASSERT(pv != NULL, ("pmap_pvh_free: pv not found"));
3994         free_pv_entry(pmap, pv);
3995 }
3996
3997 /*
3998  * Conditionally create the PV entry for a 4KB page mapping if the required
3999  * memory can be allocated without resorting to reclamation.
4000  */
4001 static boolean_t
4002 pmap_try_insert_pv_entry(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m,
4003     struct rwlock **lockp)
4004 {
4005         pv_entry_t pv;
4006
4007         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
4008         /* Pass NULL instead of the lock pointer to disable reclamation. */
4009         if ((pv = get_pv_entry(pmap, NULL)) != NULL) {
4010                 pv->pv_va = va;
4011                 CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_VM_PAGE(lockp, m);
4012                 TAILQ_INSERT_TAIL(&m->md.pv_list, pv, pv_next);
4013                 m->md.pv_gen++;
4014                 return (TRUE);
4015         } else
4016                 return (FALSE);
4017 }
4018
4019 /*
4020  * Create the PV entry for a 2MB page mapping.  Always returns true unless the
4021  * flag PMAP_ENTER_NORECLAIM is specified.  If that flag is specified, returns
4022  * false if the PV entry cannot be allocated without resorting to reclamation.
4023  */
4024 static bool
4025 pmap_pv_insert_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t pde, u_int flags,
4026     struct rwlock **lockp)
4027 {
4028         struct md_page *pvh;
4029         pv_entry_t pv;
4030         vm_paddr_t pa;
4031
4032         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
4033         /* Pass NULL instead of the lock pointer to disable reclamation. */
4034         if ((pv = get_pv_entry(pmap, (flags & PMAP_ENTER_NORECLAIM) != 0 ?
4035             NULL : lockp)) == NULL)
4036                 return (false);
4037         pv->pv_va = va;
4038         pa = pde & PG_PS_FRAME;
4039         CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_PHYS(lockp, pa);
4040         pvh = pa_to_pvh(pa);
4041         TAILQ_INSERT_TAIL(&pvh->pv_list, pv, pv_next);
4042         pvh->pv_gen++;
4043         return (true);
4044 }
4045
4046 /*
4047  * Fills a page table page with mappings to consecutive physical pages.
4048  */
4049 static void
4050 pmap_fill_ptp(pt_entry_t *firstpte, pt_entry_t newpte)
4051 {
4052         pt_entry_t *pte;
4053
4054         for (pte = firstpte; pte < firstpte + NPTEPG; pte++) {
4055                 *pte = newpte;
4056                 newpte += PAGE_SIZE;
4057         }
4058 }
4059
4060 /*
4061  * Tries to demote a 2MB page mapping.  If demotion fails, the 2MB page
4062  * mapping is invalidated.
4063  */
4064 static boolean_t
4065 pmap_demote_pde(pmap_t pmap, pd_entry_t *pde, vm_offset_t va)
4066 {
4067         struct rwlock *lock;
4068         boolean_t rv;
4069
4070         lock = NULL;
4071         rv = pmap_demote_pde_locked(pmap, pde, va, &lock);
4072         if (lock != NULL)
4073                 rw_wunlock(lock);
4074         return (rv);
4075 }
4076
4077 static boolean_t
4078 pmap_demote_pde_locked(pmap_t pmap, pd_entry_t *pde, vm_offset_t va,
4079     struct rwlock **lockp)
4080 {
4081         pd_entry_t newpde, oldpde;
4082         pt_entry_t *firstpte, newpte;
4083         pt_entry_t PG_A, PG_G, PG_M, PG_RW, PG_V;
4084         vm_paddr_t mptepa;
4085         vm_page_t mpte;
4086         struct spglist free;
4087         vm_offset_t sva;
4088         int PG_PTE_CACHE;
4089
4090         PG_G = pmap_global_bit(pmap);
4091         PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
4092         PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
4093         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
4094         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
4095         PG_PTE_CACHE = pmap_cache_mask(pmap, 0);
4096
4097         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
4098         oldpde = *pde;
4099         KASSERT((oldpde & (PG_PS | PG_V)) == (PG_PS | PG_V),
4100             ("pmap_demote_pde: oldpde is missing PG_PS and/or PG_V"));
4101         if ((oldpde & PG_A) == 0 || (mpte = pmap_remove_pt_page(pmap, va)) ==
4102             NULL) {
4103                 KASSERT((oldpde & PG_W) == 0,
4104                     ("pmap_demote_pde: page table page for a wired mapping"
4105                     " is missing"));
4106
4107                 /*
4108                  * Invalidate the 2MB page mapping and return "failure" if the
4109                  * mapping was never accessed or the allocation of the new
4110                  * page table page fails.  If the 2MB page mapping belongs to
4111                  * the direct map region of the kernel's address space, then
4112                  * the page allocation request specifies the highest possible
4113                  * priority (VM_ALLOC_INTERRUPT).  Otherwise, the priority is
4114                  * normal.  Page table pages are preallocated for every other
4115                  * part of the kernel address space, so the direct map region
4116                  * is the only part of the kernel address space that must be
4117                  * handled here.
4118                  */
4119                 if ((oldpde & PG_A) == 0 || (mpte = vm_page_alloc(NULL,
4120                     pmap_pde_pindex(va), (va >= DMAP_MIN_ADDRESS && va <
4121                     DMAP_MAX_ADDRESS ? VM_ALLOC_INTERRUPT : VM_ALLOC_NORMAL) |
4122                     VM_ALLOC_NOOBJ | VM_ALLOC_WIRED)) == NULL) {
4123                         SLIST_INIT(&free);
4124                         sva = trunc_2mpage(va);
4125                         pmap_remove_pde(pmap, pde, sva, &free, lockp);
4126                         if ((oldpde & PG_G) == 0)
4127                                 pmap_invalidate_pde_page(pmap, sva, oldpde);
4128                         vm_page_free_pages_toq(&free, true);
4129                         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_demote_pde: failure for va %#lx"
4130                             " in pmap %p", va, pmap);
4131                         return (FALSE);
4132                 }
4133                 if (va < VM_MAXUSER_ADDRESS)
4134                         pmap_resident_count_inc(pmap, 1);
4135         }
4136         mptepa = VM_PAGE_TO_PHYS(mpte);
4137         firstpte = (pt_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(mptepa);
4138         newpde = mptepa | PG_M | PG_A | (oldpde & PG_U) | PG_RW | PG_V;
4139         KASSERT((oldpde & PG_A) != 0,
4140             ("pmap_demote_pde: oldpde is missing PG_A"));
4141         KASSERT((oldpde & (PG_M | PG_RW)) != PG_RW,
4142             ("pmap_demote_pde: oldpde is missing PG_M"));
4143         newpte = oldpde & ~PG_PS;
4144         newpte = pmap_swap_pat(pmap, newpte);
4145
4146         /*
4147          * If the page table page is new, initialize it.
4148          */
4149         if (mpte->wire_count == 1) {
4150                 mpte->wire_count = NPTEPG;
4151                 pmap_fill_ptp(firstpte, newpte);
4152         }
4153         KASSERT((*firstpte & PG_FRAME) == (newpte & PG_FRAME),
4154             ("pmap_demote_pde: firstpte and newpte map different physical"
4155             " addresses"));
4156
4157         /*
4158          * If the mapping has changed attributes, update the page table
4159          * entries.
4160          */
4161         if ((*firstpte & PG_PTE_PROMOTE) != (newpte & PG_PTE_PROMOTE))
4162                 pmap_fill_ptp(firstpte, newpte);
4163
4164         /*
4165          * The spare PV entries must be reserved prior to demoting the
4166          * mapping, that is, prior to changing the PDE.  Otherwise, the state
4167          * of the PDE and the PV lists will be inconsistent, which can result
4168          * in reclaim_pv_chunk() attempting to remove a PV entry from the
4169          * wrong PV list and pmap_pv_demote_pde() failing to find the expected
4170          * PV entry for the 2MB page mapping that is being demoted.
4171          */
4172         if ((oldpde & PG_MANAGED) != 0)
4173                 reserve_pv_entries(pmap, NPTEPG - 1, lockp);
4174
4175         /*
4176          * Demote the mapping.  This pmap is locked.  The old PDE has
4177          * PG_A set.  If the old PDE has PG_RW set, it also has PG_M
4178          * set.  Thus, there is no danger of a race with another
4179          * processor changing the setting of PG_A and/or PG_M between
4180          * the read above and the store below. 
4181          */
4182         if (workaround_erratum383)
4183                 pmap_update_pde(pmap, va, pde, newpde);
4184         else
4185                 pde_store(pde, newpde);
4186
4187         /*
4188          * Invalidate a stale recursive mapping of the page table page.
4189          */
4190         if (va >= VM_MAXUSER_ADDRESS)
4191                 pmap_invalidate_page(pmap, (vm_offset_t)vtopte(va));
4192
4193         /*
4194          * Demote the PV entry.
4195          */
4196         if ((oldpde & PG_MANAGED) != 0)
4197                 pmap_pv_demote_pde(pmap, va, oldpde & PG_PS_FRAME, lockp);
4198
4199         atomic_add_long(&pmap_pde_demotions, 1);
4200         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_demote_pde: success for va %#lx"
4201             " in pmap %p", va, pmap);
4202         return (TRUE);
4203 }
4204
4205 /*
4206  * pmap_remove_kernel_pde: Remove a kernel superpage mapping.
4207  */
4208 static void
4209 pmap_remove_kernel_pde(pmap_t pmap, pd_entry_t *pde, vm_offset_t va)
4210 {
4211         pd_entry_t newpde;
4212         vm_paddr_t mptepa;
4213         vm_page_t mpte;
4214
4215         KASSERT(pmap == kernel_pmap, ("pmap %p is not kernel_pmap", pmap));
4216         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
4217         mpte = pmap_remove_pt_page(pmap, va);
4218         if (mpte == NULL)
4219                 panic("pmap_remove_kernel_pde: Missing pt page.");
4220
4221         mptepa = VM_PAGE_TO_PHYS(mpte);
4222         newpde = mptepa | X86_PG_M | X86_PG_A | X86_PG_RW | X86_PG_V;
4223
4224         /*
4225          * Initialize the page table page.
4226          */
4227         pagezero((void *)PHYS_TO_DMAP(mptepa));
4228
4229         /*
4230          * Demote the mapping.
4231          */
4232         if (workaround_erratum383)
4233                 pmap_update_pde(pmap, va, pde, newpde);
4234         else
4235                 pde_store(pde, newpde);
4236
4237         /*
4238          * Invalidate a stale recursive mapping of the page table page.
4239          */
4240         pmap_invalidate_page(pmap, (vm_offset_t)vtopte(va));
4241 }
4242
4243 /*
4244  * pmap_remove_pde: do the things to unmap a superpage in a process
4245  */
4246 static int
4247 pmap_remove_pde(pmap_t pmap, pd_entry_t *pdq, vm_offset_t sva,
4248     struct spglist *free, struct rwlock **lockp)
4249 {
4250         struct md_page *pvh;
4251         pd_entry_t oldpde;
4252         vm_offset_t eva, va;
4253         vm_page_t m, mpte;
4254         pt_entry_t PG_G, PG_A, PG_M, PG_RW;
4255
4256         PG_G = pmap_global_bit(pmap);
4257         PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
4258         PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
4259         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
4260
4261         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
4262         KASSERT((sva & PDRMASK) == 0,
4263             ("pmap_remove_pde: sva is not 2mpage aligned"));
4264         oldpde = pte_load_clear(pdq);
4265         if (oldpde & PG_W)
4266                 pmap->pm_stats.wired_count -= NBPDR / PAGE_SIZE;
4267         if ((oldpde & PG_G) != 0)
4268                 pmap_invalidate_pde_page(kernel_pmap, sva, oldpde);
4269         pmap_resident_count_dec(pmap, NBPDR / PAGE_SIZE);
4270         if (oldpde & PG_MANAGED) {
4271                 CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_PHYS(lockp, oldpde & PG_PS_FRAME);
4272                 pvh = pa_to_pvh(oldpde & PG_PS_FRAME);
4273                 pmap_pvh_free(pvh, pmap, sva);
4274                 eva = sva + NBPDR;
4275                 for (va = sva, m = PHYS_TO_VM_PAGE(oldpde & PG_PS_FRAME);
4276                     va < eva; va += PAGE_SIZE, m++) {
4277                         if ((oldpde & (PG_M | PG_RW)) == (PG_M | PG_RW))
4278                                 vm_page_dirty(m);
4279                         if (oldpde & PG_A)
4280                                 vm_page_aflag_set(m, PGA_REFERENCED);
4281                         if (TAILQ_EMPTY(&m->md.pv_list) &&
4282                             TAILQ_EMPTY(&pvh->pv_list))
4283                                 vm_page_aflag_clear(m, PGA_WRITEABLE);
4284                         pmap_delayed_invl_page(m);
4285                 }
4286         }
4287         if (pmap == kernel_pmap) {
4288                 pmap_remove_kernel_pde(pmap, pdq, sva);
4289         } else {
4290                 mpte = pmap_remove_pt_page(pmap, sva);
4291                 if (mpte != NULL) {
4292                         pmap_resident_count_dec(pmap, 1);
4293                         KASSERT(mpte->wire_count == NPTEPG,
4294                             ("pmap_remove_pde: pte page wire count error"));
4295                         mpte->wire_count = 0;
4296                         pmap_add_delayed_free_list(mpte, free, FALSE);
4297                 }
4298         }
4299         return (pmap_unuse_pt(pmap, sva, *pmap_pdpe(pmap, sva), free));
4300 }
4301
4302 /*
4303  * pmap_remove_pte: do the things to unmap a page in a process
4304  */
4305 static int
4306 pmap_remove_pte(pmap_t pmap, pt_entry_t *ptq, vm_offset_t va, 
4307     pd_entry_t ptepde, struct spglist *free, struct rwlock **lockp)
4308 {
4309         struct md_page *pvh;
4310         pt_entry_t oldpte, PG_A, PG_M, PG_RW;
4311         vm_page_t m;
4312
4313         PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
4314         PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
4315         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
4316
4317         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
4318         oldpte = pte_load_clear(ptq);
4319         if (oldpte & PG_W)
4320                 pmap->pm_stats.wired_count -= 1;
4321         pmap_resident_count_dec(pmap, 1);
4322         if (oldpte & PG_MANAGED) {
4323                 m = PHYS_TO_VM_PAGE(oldpte & PG_FRAME);
4324                 if ((oldpte & (PG_M | PG_RW)) == (PG_M | PG_RW))
4325                         vm_page_dirty(m);
4326                 if (oldpte & PG_A)
4327                         vm_page_aflag_set(m, PGA_REFERENCED);
4328                 CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_VM_PAGE(lockp, m);
4329                 pmap_pvh_free(&m->md, pmap, va);
4330                 if (TAILQ_EMPTY(&m->md.pv_list) &&
4331                     (m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0) {
4332                         pvh = pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
4333                         if (TAILQ_EMPTY(&pvh->pv_list))
4334                                 vm_page_aflag_clear(m, PGA_WRITEABLE);
4335                 }
4336                 pmap_delayed_invl_page(m);
4337         }
4338         return (pmap_unuse_pt(pmap, va, ptepde, free));
4339 }
4340
4341 /*
4342  * Remove a single page from a process address space
4343  */
4344 static void
4345 pmap_remove_page(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t *pde,
4346     struct spglist *free)
4347 {
4348         struct rwlock *lock;
4349         pt_entry_t *pte, PG_V;
4350
4351         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
4352         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
4353         if ((*pde & PG_V) == 0)
4354                 return;
4355         pte = pmap_pde_to_pte(pde, va);
4356         if ((*pte & PG_V) == 0)
4357                 return;
4358         lock = NULL;
4359         pmap_remove_pte(pmap, pte, va, *pde, free, &lock);
4360         if (lock != NULL)
4361                 rw_wunlock(lock);
4362         pmap_invalidate_page(pmap, va);
4363 }
4364
4365 /*
4366  * Removes the specified range of addresses from the page table page.
4367  */
4368 static bool
4369 pmap_remove_ptes(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva,
4370     pd_entry_t *pde, struct spglist *free, struct rwlock **lockp)
4371 {
4372         pt_entry_t PG_G, *pte;
4373         vm_offset_t va;
4374         bool anyvalid;
4375
4376         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
4377         PG_G = pmap_global_bit(pmap);
4378         anyvalid = false;
4379         va = eva;
4380         for (pte = pmap_pde_to_pte(pde, sva); sva != eva; pte++,
4381             sva += PAGE_SIZE) {
4382                 if (*pte == 0) {
4383                         if (va != eva) {
4384                                 pmap_invalidate_range(pmap, va, sva);
4385                                 va = eva;
4386                         }
4387                         continue;
4388                 }
4389                 if ((*pte & PG_G) == 0)
4390                         anyvalid = true;
4391                 else if (va == eva)
4392                         va = sva;
4393                 if (pmap_remove_pte(pmap, pte, sva, *pde, free, lockp)) {
4394                         sva += PAGE_SIZE;
4395                         break;
4396                 }
4397         }
4398         if (va != eva)
4399                 pmap_invalidate_range(pmap, va, sva);
4400         return (anyvalid);
4401 }
4402
4403 /*
4404  *      Remove the given range of addresses from the specified map.
4405  *
4406  *      It is assumed that the start and end are properly
4407  *      rounded to the page size.
4408  */
4409 void
4410 pmap_remove(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
4411 {
4412         struct rwlock *lock;
4413         vm_offset_t va_next;
4414         pml4_entry_t *pml4e;
4415         pdp_entry_t *pdpe;
4416         pd_entry_t ptpaddr, *pde;
4417         pt_entry_t PG_G, PG_V;
4418         struct spglist free;
4419         int anyvalid;
4420
4421         PG_G = pmap_global_bit(pmap);
4422         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
4423
4424         /*
4425          * Perform an unsynchronized read.  This is, however, safe.
4426          */
4427         if (pmap->pm_stats.resident_count == 0)
4428                 return;
4429
4430         anyvalid = 0;
4431         SLIST_INIT(&free);
4432
4433         pmap_delayed_invl_started();
4434         PMAP_LOCK(pmap);
4435
4436         /*
4437          * special handling of removing one page.  a very
4438          * common operation and easy to short circuit some
4439          * code.
4440          */
4441         if (sva + PAGE_SIZE == eva) {
4442                 pde = pmap_pde(pmap, sva);
4443                 if (pde && (*pde & PG_PS) == 0) {
4444                         pmap_remove_page(pmap, sva, pde, &free);
4445                         goto out;
4446                 }
4447         }
4448
4449         lock = NULL;
4450         for (; sva < eva; sva = va_next) {
4451
4452                 if (pmap->pm_stats.resident_count == 0)
4453                         break;
4454
4455                 pml4e = pmap_pml4e(pmap, sva);
4456                 if ((*pml4e & PG_V) == 0) {
4457                         va_next = (sva + NBPML4) & ~PML4MASK;
4458                         if (va_next < sva)
4459                                 va_next = eva;
4460                         continue;
4461                 }
4462
4463                 pdpe = pmap_pml4e_to_pdpe(pml4e, sva);
4464                 if ((*pdpe & PG_V) == 0) {
4465                         va_next = (sva + NBPDP) & ~PDPMASK;
4466                         if (va_next < sva)
4467                                 va_next = eva;
4468                         continue;
4469                 }
4470
4471                 /*
4472                  * Calculate index for next page table.
4473                  */
4474                 va_next = (sva + NBPDR) & ~PDRMASK;
4475                 if (va_next < sva)
4476                         va_next = eva;
4477
4478                 pde = pmap_pdpe_to_pde(pdpe, sva);
4479                 ptpaddr = *pde;
4480
4481                 /*
4482                  * Weed out invalid mappings.
4483                  */
4484                 if (ptpaddr == 0)
4485                         continue;
4486
4487                 /*
4488                  * Check for large page.
4489                  */
4490                 if ((ptpaddr & PG_PS) != 0) {
4491                         /*
4492                          * Are we removing the entire large page?  If not,
4493                          * demote the mapping and fall through.
4494                          */
4495                         if (sva + NBPDR == va_next && eva >= va_next) {
4496                                 /*
4497                                  * The TLB entry for a PG_G mapping is
4498                                  * invalidated by pmap_remove_pde().
4499                                  */
4500                                 if ((ptpaddr & PG_G) == 0)
4501                                         anyvalid = 1;
4502                                 pmap_remove_pde(pmap, pde, sva, &free, &lock);
4503                                 continue;
4504                         } else if (!pmap_demote_pde_locked(pmap, pde, sva,
4505                             &lock)) {
4506                                 /* The large page mapping was destroyed. */
4507                                 continue;
4508                         } else
4509                                 ptpaddr = *pde;
4510                 }
4511
4512                 /*
4513                  * Limit our scan to either the end of the va represented
4514                  * by the current page table page, or to the end of the
4515                  * range being removed.
4516                  */
4517                 if (va_next > eva)
4518                         va_next = eva;
4519
4520                 if (pmap_remove_ptes(pmap, sva, va_next, pde, &free, &lock))
4521                         anyvalid = 1;
4522         }
4523         if (lock != NULL)
4524                 rw_wunlock(lock);
4525 out:
4526         if (anyvalid)
4527                 pmap_invalidate_all(pmap);
4528         PMAP_UNLOCK(pmap);
4529         pmap_delayed_invl_finished();
4530         vm_page_free_pages_toq(&free, true);
4531 }
4532
4533 /*
4534  *      Routine:        pmap_remove_all
4535  *      Function:
4536  *              Removes this physical page from
4537  *              all physical maps in which it resides.
4538  *              Reflects back modify bits to the pager.
4539  *
4540  *      Notes:
4541  *              Original versions of this routine were very
4542  *              inefficient because they iteratively called
4543  *              pmap_remove (slow...)
4544  */
4545
4546 void
4547 pmap_remove_all(vm_page_t m)
4548 {
4549         struct md_page *pvh;
4550         pv_entry_t pv;
4551         pmap_t pmap;
4552         struct rwlock *lock;
4553         pt_entry_t *pte, tpte, PG_A, PG_M, PG_RW;
4554         pd_entry_t *pde;
4555         vm_offset_t va;
4556         struct spglist free;
4557         int pvh_gen, md_gen;
4558
4559         KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
4560             ("pmap_remove_all: page %p is not managed", m));
4561         SLIST_INIT(&free);
4562         lock = VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m);
4563         pvh = (m->flags & PG_FICTITIOUS) != 0 ? &pv_dummy :
4564             pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
4565 retry:
4566         rw_wlock(lock);
4567         while ((pv = TAILQ_FIRST(&pvh->pv_list)) != NULL) {
4568                 pmap = PV_PMAP(pv);
4569                 if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
4570                         pvh_gen = pvh->pv_gen;
4571                         rw_wunlock(lock);
4572                         PMAP_LOCK(pmap);
4573                         rw_wlock(lock);
4574                         if (pvh_gen != pvh->pv_gen) {
4575                                 rw_wunlock(lock);
4576                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
4577                                 goto retry;
4578                         }
4579                 }
4580                 va = pv->pv_va;
4581                 pde = pmap_pde(pmap, va);
4582                 (void)pmap_demote_pde_locked(pmap, pde, va, &lock);
4583                 PMAP_UNLOCK(pmap);
4584         }
4585         while ((pv = TAILQ_FIRST(&m->md.pv_list)) != NULL) {
4586                 pmap = PV_PMAP(pv);
4587                 if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
4588                         pvh_gen = pvh->pv_gen;
4589                         md_gen = m->md.pv_gen;
4590                         rw_wunlock(lock);
4591                         PMAP_LOCK(pmap);
4592                         rw_wlock(lock);
4593                         if (pvh_gen != pvh->pv_gen || md_gen != m->md.pv_gen) {
4594                                 rw_wunlock(lock);
4595                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
4596                                 goto retry;
4597                         }
4598                 }
4599                 PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
4600                 PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
4601                 PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
4602                 pmap_resident_count_dec(pmap, 1);
4603                 pde = pmap_pde(pmap, pv->pv_va);
4604                 KASSERT((*pde & PG_PS) == 0, ("pmap_remove_all: found"
4605                     " a 2mpage in page %p's pv list", m));
4606                 pte = pmap_pde_to_pte(pde, pv->pv_va);
4607                 tpte = pte_load_clear(pte);
4608                 if (tpte & PG_W)
4609                         pmap->pm_stats.wired_count--;
4610                 if (tpte & PG_A)
4611                         vm_page_aflag_set(m, PGA_REFERENCED);
4612
4613                 /*
4614                  * Update the vm_page_t clean and reference bits.
4615                  */
4616                 if ((tpte & (PG_M | PG_RW)) == (PG_M | PG_RW))
4617                         vm_page_dirty(m);
4618                 pmap_unuse_pt(pmap, pv->pv_va, *pde, &free);
4619                 pmap_invalidate_page(pmap, pv->pv_va);
4620                 TAILQ_REMOVE(&m->md.pv_list, pv, pv_next);
4621                 m->md.pv_gen++;
4622                 free_pv_entry(pmap, pv);
4623                 PMAP_UNLOCK(pmap);
4624         }
4625         vm_page_aflag_clear(m, PGA_WRITEABLE);
4626         rw_wunlock(lock);
4627         pmap_delayed_invl_wait(m);
4628         vm_page_free_pages_toq(&free, true);
4629 }
4630
4631 /*
4632  * pmap_protect_pde: do the things to protect a 2mpage in a process
4633  */
4634 static boolean_t
4635 pmap_protect_pde(pmap_t pmap, pd_entry_t *pde, vm_offset_t sva, vm_prot_t prot)
4636 {
4637         pd_entry_t newpde, oldpde;
4638         vm_offset_t eva, va;
4639         vm_page_t m;
4640         boolean_t anychanged;
4641         pt_entry_t PG_G, PG_M, PG_RW;
4642
4643         PG_G = pmap_global_bit(pmap);
4644         PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
4645         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
4646
4647         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
4648         KASSERT((sva & PDRMASK) == 0,
4649             ("pmap_protect_pde: sva is not 2mpage aligned"));
4650         anychanged = FALSE;
4651 retry:
4652         oldpde = newpde = *pde;
4653         if ((oldpde & (PG_MANAGED | PG_M | PG_RW)) ==
4654             (PG_MANAGED | PG_M | PG_RW)) {
4655                 eva = sva + NBPDR;
4656                 for (va = sva, m = PHYS_TO_VM_PAGE(oldpde & PG_PS_FRAME);
4657                     va < eva; va += PAGE_SIZE, m++)
4658                         vm_page_dirty(m);
4659         }
4660         if ((prot & VM_PROT_WRITE) == 0)
4661                 newpde &= ~(PG_RW | PG_M);
4662         if ((prot & VM_PROT_EXECUTE) == 0)
4663                 newpde |= pg_nx;
4664         if (newpde != oldpde) {
4665                 /*
4666                  * As an optimization to future operations on this PDE, clear
4667                  * PG_PROMOTED.  The impending invalidation will remove any
4668                  * lingering 4KB page mappings from the TLB.
4669                  */
4670                 if (!atomic_cmpset_long(pde, oldpde, newpde & ~PG_PROMOTED))
4671                         goto retry;
4672                 if ((oldpde & PG_G) != 0)
4673                         pmap_invalidate_pde_page(kernel_pmap, sva, oldpde);
4674                 else
4675                         anychanged = TRUE;
4676         }
4677         return (anychanged);
4678 }
4679
4680 /*
4681  *      Set the physical protection on the
4682  *      specified range of this map as requested.
4683  */
4684 void
4685 pmap_protect(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva, vm_prot_t prot)
4686 {
4687         vm_offset_t va_next;
4688         pml4_entry_t *pml4e;
4689         pdp_entry_t *pdpe;
4690         pd_entry_t ptpaddr, *pde;
4691         pt_entry_t *pte, PG_G, PG_M, PG_RW, PG_V;
4692         boolean_t anychanged;
4693
4694         KASSERT((prot & ~VM_PROT_ALL) == 0, ("invalid prot %x", prot));
4695         if (prot == VM_PROT_NONE) {
4696                 pmap_remove(pmap, sva, eva);
4697                 return;
4698         }
4699
4700         if ((prot & (VM_PROT_WRITE|VM_PROT_EXECUTE)) ==
4701             (VM_PROT_WRITE|VM_PROT_EXECUTE))
4702                 return;
4703
4704         PG_G = pmap_global_bit(pmap);
4705         PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
4706         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
4707         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
4708         anychanged = FALSE;
4709
4710         /*
4711          * Although this function delays and batches the invalidation
4712          * of stale TLB entries, it does not need to call
4713          * pmap_delayed_invl_started() and
4714          * pmap_delayed_invl_finished(), because it does not
4715          * ordinarily destroy mappings.  Stale TLB entries from
4716          * protection-only changes need only be invalidated before the
4717          * pmap lock is released, because protection-only changes do
4718          * not destroy PV entries.  Even operations that iterate over
4719          * a physical page's PV list of mappings, like
4720          * pmap_remove_write(), acquire the pmap lock for each
4721          * mapping.  Consequently, for protection-only changes, the
4722          * pmap lock suffices to synchronize both page table and TLB
4723          * updates.
4724          *
4725          * This function only destroys a mapping if pmap_demote_pde()
4726          * fails.  In that case, stale TLB entries are immediately
4727          * invalidated.
4728          */
4729         
4730         PMAP_LOCK(pmap);
4731         for (; sva < eva; sva = va_next) {
4732
4733                 pml4e = pmap_pml4e(pmap, sva);
4734                 if ((*pml4e & PG_V) == 0) {
4735                         va_next = (sva + NBPML4) & ~PML4MASK;
4736                         if (va_next < sva)
4737                                 va_next = eva;
4738                         continue;
4739                 }
4740
4741                 pdpe = pmap_pml4e_to_pdpe(pml4e, sva);
4742                 if ((*pdpe & PG_V) == 0) {
4743                         va_next = (sva + NBPDP) & ~PDPMASK;
4744                         if (va_next < sva)
4745                                 va_next = eva;
4746                         continue;
4747                 }
4748
4749                 va_next = (sva + NBPDR) & ~PDRMASK;
4750                 if (va_next < sva)
4751                         va_next = eva;
4752
4753                 pde = pmap_pdpe_to_pde(pdpe, sva);
4754                 ptpaddr = *pde;
4755
4756                 /*
4757                  * Weed out invalid mappings.
4758                  */
4759                 if (ptpaddr == 0)
4760                         continue;
4761
4762                 /*
4763                  * Check for large page.
4764                  */
4765                 if ((ptpaddr & PG_PS) != 0) {
4766                         /*
4767                          * Are we protecting the entire large page?  If not,
4768                          * demote the mapping and fall through.
4769                          */
4770                         if (sva + NBPDR == va_next && eva >= va_next) {
4771                                 /*
4772                                  * The TLB entry for a PG_G mapping is
4773                                  * invalidated by pmap_protect_pde().
4774                                  */
4775                                 if (pmap_protect_pde(pmap, pde, sva, prot))
4776                                         anychanged = TRUE;
4777                                 continue;
4778                         } else if (!pmap_demote_pde(pmap, pde, sva)) {
4779                                 /*
4780                                  * The large page mapping was destroyed.
4781                                  */
4782                                 continue;
4783                         }
4784                 }
4785
4786                 if (va_next > eva)
4787                         va_next = eva;
4788
4789                 for (pte = pmap_pde_to_pte(pde, sva); sva != va_next; pte++,
4790                     sva += PAGE_SIZE) {
4791                         pt_entry_t obits, pbits;
4792                         vm_page_t m;
4793
4794 retry:
4795                         obits = pbits = *pte;
4796                         if ((pbits & PG_V) == 0)
4797                                 continue;
4798
4799                         if ((prot & VM_PROT_WRITE) == 0) {
4800                                 if ((pbits & (PG_MANAGED | PG_M | PG_RW)) ==
4801                                     (PG_MANAGED | PG_M | PG_RW)) {
4802                                         m = PHYS_TO_VM_PAGE(pbits & PG_FRAME);
4803                                         vm_page_dirty(m);
4804                                 }
4805                                 pbits &= ~(PG_RW | PG_M);
4806                         }
4807                         if ((prot & VM_PROT_EXECUTE) == 0)
4808                                 pbits |= pg_nx;
4809
4810                         if (pbits != obits) {
4811                                 if (!atomic_cmpset_long(pte, obits, pbits))
4812                                         goto retry;
4813                                 if (obits & PG_G)
4814                                         pmap_invalidate_page(pmap, sva);
4815                                 else
4816                                         anychanged = TRUE;
4817                         }
4818                 }
4819         }
4820         if (anychanged)
4821                 pmap_invalidate_all(pmap);
4822         PMAP_UNLOCK(pmap);
4823 }
4824
4825 #if VM_NRESERVLEVEL > 0
4826 /*
4827  * Tries to promote the 512, contiguous 4KB page mappings that are within a
4828  * single page table page (PTP) to a single 2MB page mapping.  For promotion
4829  * to occur, two conditions must be met: (1) the 4KB page mappings must map
4830  * aligned, contiguous physical memory and (2) the 4KB page mappings must have
4831  * identical characteristics. 
4832  */
4833 static void
4834 pmap_promote_pde(pmap_t pmap, pd_entry_t *pde, vm_offset_t va,
4835     struct rwlock **lockp)
4836 {
4837         pd_entry_t newpde;
4838         pt_entry_t *firstpte, oldpte, pa, *pte;
4839         pt_entry_t PG_G, PG_A, PG_M, PG_RW, PG_V;
4840         vm_page_t mpte;
4841         int PG_PTE_CACHE;
4842
4843         PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
4844         PG_G = pmap_global_bit(pmap);
4845         PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
4846         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
4847         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
4848         PG_PTE_CACHE = pmap_cache_mask(pmap, 0);
4849
4850         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
4851
4852         /*
4853          * Examine the first PTE in the specified PTP.  Abort if this PTE is
4854          * either invalid, unused, or does not map the first 4KB physical page
4855          * within a 2MB page. 
4856          */
4857         firstpte = (pt_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(*pde & PG_FRAME);
4858 setpde:
4859         newpde = *firstpte;
4860         if ((newpde & ((PG_FRAME & PDRMASK) | PG_A | PG_V)) != (PG_A | PG_V)) {
4861                 atomic_add_long(&pmap_pde_p_failures, 1);
4862                 CTR2(KTR_PMAP, "pmap_promote_pde: failure for va %#lx"
4863                     " in pmap %p", va, pmap);
4864                 return;
4865         }
4866         if ((newpde & (PG_M | PG_RW)) == PG_RW) {
4867                 /*
4868                  * When PG_M is already clear, PG_RW can be cleared without
4869                  * a TLB invalidation.
4870                  */
4871                 if (!atomic_cmpset_long(firstpte, newpde, newpde & ~PG_RW))
4872                         goto setpde;
4873                 newpde &= ~PG_RW;
4874         }
4875
4876         /*
4877          * Examine each of the other PTEs in the specified PTP.  Abort if this
4878          * PTE maps an unexpected 4KB physical page or does not have identical
4879          * characteristics to the first PTE.
4880          */
4881         pa = (newpde & (PG_PS_FRAME | PG_A | PG_V)) + NBPDR - PAGE_SIZE;
4882         for (pte = firstpte + NPTEPG - 1; pte > firstpte; pte--) {
4883 setpte:
4884                 oldpte = *pte;
4885                 if ((oldpte & (PG_FRAME | PG_A | PG_V)) != pa) {
4886                         atomic_add_long(&pmap_pde_p_failures, 1);
4887                         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_promote_pde: failure for va %#lx"
4888                             " in pmap %p", va, pmap);
4889                         return;
4890                 }
4891                 if ((oldpte & (PG_M | PG_RW)) == PG_RW) {
4892                         /*
4893                          * When PG_M is already clear, PG_RW can be cleared
4894                          * without a TLB invalidation.
4895                          */
4896                         if (!atomic_cmpset_long(pte, oldpte, oldpte & ~PG_RW))
4897                                 goto setpte;
4898                         oldpte &= ~PG_RW;
4899                         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_promote_pde: protect for va %#lx"
4900                             " in pmap %p", (oldpte & PG_FRAME & PDRMASK) |
4901                             (va & ~PDRMASK), pmap);
4902                 }
4903                 if ((oldpte & PG_PTE_PROMOTE) != (newpde & PG_PTE_PROMOTE)) {
4904                         atomic_add_long(&pmap_pde_p_failures, 1);
4905                         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_promote_pde: failure for va %#lx"
4906                             " in pmap %p", va, pmap);
4907                         return;
4908                 }
4909                 pa -= PAGE_SIZE;
4910         }
4911
4912         /*
4913          * Save the page table page in its current state until the PDE
4914          * mapping the superpage is demoted by pmap_demote_pde() or
4915          * destroyed by pmap_remove_pde(). 
4916          */
4917         mpte = PHYS_TO_VM_PAGE(*pde & PG_FRAME);
4918         KASSERT(mpte >= vm_page_array &&
4919             mpte < &vm_page_array[vm_page_array_size],
4920             ("pmap_promote_pde: page table page is out of range"));
4921         KASSERT(mpte->pindex == pmap_pde_pindex(va),
4922             ("pmap_promote_pde: page table page's pindex is wrong"));
4923         if (pmap_insert_pt_page(pmap, mpte)) {
4924                 atomic_add_long(&pmap_pde_p_failures, 1);
4925                 CTR2(KTR_PMAP,
4926                     "pmap_promote_pde: failure for va %#lx in pmap %p", va,
4927                     pmap);
4928                 return;
4929         }
4930
4931         /*
4932          * Promote the pv entries.
4933          */
4934         if ((newpde & PG_MANAGED) != 0)
4935                 pmap_pv_promote_pde(pmap, va, newpde & PG_PS_FRAME, lockp);
4936
4937         /*
4938          * Propagate the PAT index to its proper position.
4939          */
4940         newpde = pmap_swap_pat(pmap, newpde);
4941
4942         /*
4943          * Map the superpage.
4944          */
4945         if (workaround_erratum383)
4946                 pmap_update_pde(pmap, va, pde, PG_PS | newpde);
4947         else
4948                 pde_store(pde, PG_PROMOTED | PG_PS | newpde);
4949
4950         atomic_add_long(&pmap_pde_promotions, 1);
4951         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_promote_pde: success for va %#lx"
4952             " in pmap %p", va, pmap);
4953 }
4954 #endif /* VM_NRESERVLEVEL > 0 */
4955
4956 /*
4957  *      Insert the given physical page (p) at
4958  *      the specified virtual address (v) in the
4959  *      target physical map with the protection requested.
4960  *
4961  *      If specified, the page will be wired down, meaning
4962  *      that the related pte can not be reclaimed.
4963  *
4964  *      NB:  This is the only routine which MAY NOT lazy-evaluate
4965  *      or lose information.  That is, this routine must actually
4966  *      insert this page into the given map NOW.
4967  *
4968  *      When destroying both a page table and PV entry, this function
4969  *      performs the TLB invalidation before releasing the PV list
4970  *      lock, so we do not need pmap_delayed_invl_page() calls here.
4971  */
4972 int
4973 pmap_enter(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m, vm_prot_t prot,
4974     u_int flags, int8_t psind)
4975 {
4976         struct rwlock *lock;
4977         pd_entry_t *pde;
4978         pt_entry_t *pte, PG_G, PG_A, PG_M, PG_RW, PG_V;
4979         pt_entry_t newpte, origpte;
4980         pv_entry_t pv;
4981         vm_paddr_t opa, pa;
4982         vm_page_t mpte, om;
4983         int rv;
4984         boolean_t nosleep;
4985
4986         PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
4987         PG_G = pmap_global_bit(pmap);
4988         PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
4989         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
4990         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
4991
4992         va = trunc_page(va);
4993         KASSERT(va <= VM_MAX_KERNEL_ADDRESS, ("pmap_enter: toobig"));
4994         KASSERT(va < UPT_MIN_ADDRESS || va >= UPT_MAX_ADDRESS,
4995             ("pmap_enter: invalid to pmap_enter page table pages (va: 0x%lx)",
4996             va));
4997         KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) != 0 || va < kmi.clean_sva ||
4998             va >= kmi.clean_eva,
4999             ("pmap_enter: managed mapping within the clean submap"));
5000         if ((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0 && !vm_page_xbusied(m))
5001                 VM_OBJECT_ASSERT_LOCKED(m->object);
5002         KASSERT((flags & PMAP_ENTER_RESERVED) == 0,
5003             ("pmap_enter: flags %u has reserved bits set", flags));
5004         pa = VM_PAGE_TO_PHYS(m);
5005         newpte = (pt_entry_t)(pa | PG_A | PG_V);
5006         if ((flags & VM_PROT_WRITE) != 0)
5007                 newpte |= PG_M;
5008         if ((prot & VM_PROT_WRITE) != 0)
5009                 newpte |= PG_RW;
5010         KASSERT((newpte & (PG_M | PG_RW)) != PG_M,
5011             ("pmap_enter: flags includes VM_PROT_WRITE but prot doesn't"));
5012         if ((prot & VM_PROT_EXECUTE) == 0)
5013                 newpte |= pg_nx;
5014         if ((flags & PMAP_ENTER_WIRED) != 0)
5015                 newpte |= PG_W;
5016         if (va < VM_MAXUSER_ADDRESS)
5017                 newpte |= PG_U;
5018         if (pmap == kernel_pmap)
5019                 newpte |= PG_G;
5020         newpte |= pmap_cache_bits(pmap, m->md.pat_mode, psind > 0);
5021
5022         /*
5023          * Set modified bit gratuitously for writeable mappings if
5024          * the page is unmanaged. We do not want to take a fault
5025          * to do the dirty bit accounting for these mappings.
5026          */
5027         if ((m->oflags & VPO_UNMANAGED) != 0) {
5028                 if ((newpte & PG_RW) != 0)
5029                         newpte |= PG_M;
5030         } else
5031                 newpte |= PG_MANAGED;
5032
5033         lock = NULL;
5034         PMAP_LOCK(pmap);
5035         if (psind == 1) {
5036                 /* Assert the required virtual and physical alignment. */ 
5037                 KASSERT((va & PDRMASK) == 0, ("pmap_enter: va unaligned"));
5038                 KASSERT(m->psind > 0, ("pmap_enter: m->psind < psind"));
5039                 rv = pmap_enter_pde(pmap, va, newpte | PG_PS, flags, m, &lock);
5040                 goto out;
5041         }
5042         mpte = NULL;
5043
5044         /*
5045          * In the case that a page table page is not
5046          * resident, we are creating it here.
5047          */
5048 retry:
5049         pde = pmap_pde(pmap, va);
5050         if (pde != NULL && (*pde & PG_V) != 0 && ((*pde & PG_PS) == 0 ||
5051             pmap_demote_pde_locked(pmap, pde, va, &lock))) {
5052                 pte = pmap_pde_to_pte(pde, va);
5053                 if (va < VM_MAXUSER_ADDRESS && mpte == NULL) {
5054                         mpte = PHYS_TO_VM_PAGE(*pde & PG_FRAME);
5055                         mpte->wire_count++;
5056                 }
5057         } else if (va < VM_MAXUSER_ADDRESS) {
5058                 /*
5059                  * Here if the pte page isn't mapped, or if it has been
5060                  * deallocated.
5061                  */
5062                 nosleep = (flags & PMAP_ENTER_NOSLEEP) != 0;
5063                 mpte = _pmap_allocpte(pmap, pmap_pde_pindex(va),
5064                     nosleep ? NULL : &lock);
5065                 if (mpte == NULL && nosleep) {
5066                         rv = KERN_RESOURCE_SHORTAGE;
5067                         goto out;
5068                 }
5069                 goto retry;
5070         } else
5071                 panic("pmap_enter: invalid page directory va=%#lx", va);
5072
5073         origpte = *pte;
5074         pv = NULL;
5075
5076         /*
5077          * Is the specified virtual address already mapped?
5078          */
5079         if ((origpte & PG_V) != 0) {
5080                 /*
5081                  * Wiring change, just update stats. We don't worry about
5082                  * wiring PT pages as they remain resident as long as there
5083                  * are valid mappings in them. Hence, if a user page is wired,
5084                  * the PT page will be also.
5085                  */
5086                 if ((newpte & PG_W) != 0 && (origpte & PG_W) == 0)
5087                         pmap->pm_stats.wired_count++;
5088                 else if ((newpte & PG_W) == 0 && (origpte & PG_W) != 0)
5089                         pmap->pm_stats.wired_count--;
5090
5091                 /*
5092                  * Remove the extra PT page reference.
5093                  */
5094                 if (mpte != NULL) {
5095                         mpte->wire_count--;
5096                         KASSERT(mpte->wire_count > 0,
5097                             ("pmap_enter: missing reference to page table page,"
5098                              " va: 0x%lx", va));
5099                 }
5100
5101                 /*
5102                  * Has the physical page changed?
5103                  */
5104                 opa = origpte & PG_FRAME;
5105                 if (opa == pa) {
5106                         /*
5107                          * No, might be a protection or wiring change.
5108                          */
5109                         if ((origpte & PG_MANAGED) != 0 &&
5110                             (newpte & PG_RW) != 0)
5111                                 vm_page_aflag_set(m, PGA_WRITEABLE);
5112                         if (((origpte ^ newpte) & ~(PG_M | PG_A)) == 0)
5113                                 goto unchanged;
5114                         goto validate;
5115                 }
5116
5117                 /*
5118                  * The physical page has changed.  Temporarily invalidate
5119                  * the mapping.  This ensures that all threads sharing the
5120                  * pmap keep a consistent view of the mapping, which is
5121                  * necessary for the correct handling of COW faults.  It
5122                  * also permits reuse of the old mapping's PV entry,
5123                  * avoiding an allocation.
5124                  *
5125                  * For consistency, handle unmanaged mappings the same way.
5126                  */
5127                 origpte = pte_load_clear(pte);
5128                 KASSERT((origpte & PG_FRAME) == opa,
5129                     ("pmap_enter: unexpected pa update for %#lx", va));
5130                 if ((origpte & PG_MANAGED) != 0) {
5131                         om = PHYS_TO_VM_PAGE(opa);
5132
5133                         /*
5134                          * The pmap lock is sufficient to synchronize with
5135                          * concurrent calls to pmap_page_test_mappings() and
5136                          * pmap_ts_referenced().
5137                          */
5138                         if ((origpte & (PG_M | PG_RW)) == (PG_M | PG_RW))
5139                                 vm_page_dirty(om);
5140                         if ((origpte & PG_A) != 0)
5141                                 vm_page_aflag_set(om, PGA_REFERENCED);
5142                         CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_PHYS(&lock, opa);
5143                         pv = pmap_pvh_remove(&om->md, pmap, va);
5144                         KASSERT(pv != NULL,
5145                             ("pmap_enter: no PV entry for %#lx", va));
5146                         if ((newpte & PG_MANAGED) == 0)
5147                                 free_pv_entry(pmap, pv);
5148                         if ((om->aflags & PGA_WRITEABLE) != 0 &&
5149                             TAILQ_EMPTY(&om->md.pv_list) &&
5150                             ((om->flags & PG_FICTITIOUS) != 0 ||
5151                             TAILQ_EMPTY(&pa_to_pvh(opa)->pv_list)))
5152                                 vm_page_aflag_clear(om, PGA_WRITEABLE);
5153                 }
5154                 if ((origpte & PG_A) != 0)
5155                         pmap_invalidate_page(pmap, va);
5156                 origpte = 0;
5157         } else {
5158                 /*
5159                  * Increment the counters.
5160                  */
5161                 if ((newpte & PG_W) != 0)
5162                         pmap->pm_stats.wired_count++;
5163                 pmap_resident_count_inc(pmap, 1);
5164         }
5165
5166         /*
5167          * Enter on the PV list if part of our managed memory.
5168          */
5169         if ((newpte & PG_MANAGED) != 0) {
5170                 if (pv == NULL) {
5171                         pv = get_pv_entry(pmap, &lock);
5172                         pv->pv_va = va;
5173                 }
5174                 CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_PHYS(&lock, pa);
5175                 TAILQ_INSERT_TAIL(&m->md.pv_list, pv, pv_next);
5176                 m->md.pv_gen++;
5177                 if ((newpte & PG_RW) != 0)
5178                         vm_page_aflag_set(m, PGA_WRITEABLE);
5179         }
5180
5181         /*
5182          * Update the PTE.
5183          */
5184         if ((origpte & PG_V) != 0) {
5185 validate:
5186                 origpte = pte_load_store(pte, newpte);
5187                 KASSERT((origpte & PG_FRAME) == pa,
5188                     ("pmap_enter: unexpected pa update for %#lx", va));
5189                 if ((newpte & PG_M) == 0 && (origpte & (PG_M | PG_RW)) ==
5190                     (PG_M | PG_RW)) {
5191                         if ((origpte & PG_MANAGED) != 0)
5192                                 vm_page_dirty(m);
5193
5194                         /*
5195                          * Although the PTE may still have PG_RW set, TLB
5196                          * invalidation may nonetheless be required because
5197                          * the PTE no longer has PG_M set.
5198                          */
5199                 } else if ((origpte & PG_NX) != 0 || (newpte & PG_NX) == 0) {
5200                         /*
5201                          * This PTE change does not require TLB invalidation.
5202                          */
5203                         goto unchanged;
5204                 }
5205                 if ((origpte & PG_A) != 0)
5206                         pmap_invalidate_page(pmap, va);
5207         } else
5208                 pte_store(pte, newpte);
5209
5210 unchanged:
5211
5212 #if VM_NRESERVLEVEL > 0
5213         /*
5214          * If both the page table page and the reservation are fully
5215          * populated, then attempt promotion.
5216          */
5217         if ((mpte == NULL || mpte->wire_count == NPTEPG) &&
5218             pmap_ps_enabled(pmap) &&
5219             (m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0 &&
5220             vm_reserv_level_iffullpop(m) == 0)
5221                 pmap_promote_pde(pmap, pde, va, &lock);
5222 #endif
5223
5224         rv = KERN_SUCCESS;
5225 out:
5226         if (lock != NULL)
5227                 rw_wunlock(lock);
5228         PMAP_UNLOCK(pmap);
5229         return (rv);
5230 }
5231
5232 /*
5233  * Tries to create a read- and/or execute-only 2MB page mapping.  Returns true
5234  * if successful.  Returns false if (1) a page table page cannot be allocated
5235  * without sleeping, (2) a mapping already exists at the specified virtual
5236  * address, or (3) a PV entry cannot be allocated without reclaiming another
5237  * PV entry.
5238  */
5239 static bool
5240 pmap_enter_2mpage(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m, vm_prot_t prot,
5241     struct rwlock **lockp)
5242 {
5243         pd_entry_t newpde;
5244         pt_entry_t PG_V;
5245
5246         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
5247         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
5248         newpde = VM_PAGE_TO_PHYS(m) | pmap_cache_bits(pmap, m->md.pat_mode, 1) |
5249             PG_PS | PG_V;
5250         if ((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0)
5251                 newpde |= PG_MANAGED;
5252         if ((prot & VM_PROT_EXECUTE) == 0)
5253                 newpde |= pg_nx;
5254         if (va < VM_MAXUSER_ADDRESS)
5255                 newpde |= PG_U;
5256         return (pmap_enter_pde(pmap, va, newpde, PMAP_ENTER_NOSLEEP |
5257             PMAP_ENTER_NOREPLACE | PMAP_ENTER_NORECLAIM, NULL, lockp) ==
5258             KERN_SUCCESS);
5259 }
5260
5261 /*
5262  * Tries to create the specified 2MB page mapping.  Returns KERN_SUCCESS if
5263  * the mapping was created, and either KERN_FAILURE or KERN_RESOURCE_SHORTAGE
5264  * otherwise.  Returns KERN_FAILURE if PMAP_ENTER_NOREPLACE was specified and
5265  * a mapping already exists at the specified virtual address.  Returns
5266  * KERN_RESOURCE_SHORTAGE if PMAP_ENTER_NOSLEEP was specified and a page table
5267  * page allocation failed.  Returns KERN_RESOURCE_SHORTAGE if
5268  * PMAP_ENTER_NORECLAIM was specified and a PV entry allocation failed.
5269  *
5270  * The parameter "m" is only used when creating a managed, writeable mapping.
5271  */
5272 static int
5273 pmap_enter_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t newpde, u_int flags,
5274     vm_page_t m, struct rwlock **lockp)
5275 {
5276         struct spglist free;
5277         pd_entry_t oldpde, *pde;
5278         pt_entry_t PG_G, PG_RW, PG_V;
5279         vm_page_t mt, pdpg;
5280
5281         PG_G = pmap_global_bit(pmap);
5282         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
5283         KASSERT((newpde & (pmap_modified_bit(pmap) | PG_RW)) != PG_RW,
5284             ("pmap_enter_pde: newpde is missing PG_M"));
5285         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
5286         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
5287
5288         if ((pdpg = pmap_allocpde(pmap, va, (flags & PMAP_ENTER_NOSLEEP) != 0 ?
5289             NULL : lockp)) == NULL) {
5290                 CTR2(KTR_PMAP, "pmap_enter_pde: failure for va %#lx"
5291                     " in pmap %p", va, pmap);
5292                 return (KERN_RESOURCE_SHORTAGE);
5293         }
5294         pde = (pd_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(pdpg));
5295         pde = &pde[pmap_pde_index(va)];
5296         oldpde = *pde;
5297         if ((oldpde & PG_V) != 0) {
5298                 KASSERT(pdpg->wire_count > 1,
5299                     ("pmap_enter_pde: pdpg's wire count is too low"));
5300                 if ((flags & PMAP_ENTER_NOREPLACE) != 0) {
5301                         pdpg->wire_count--;
5302                         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_enter_pde: failure for va %#lx"
5303                             " in pmap %p", va, pmap);
5304                         return (KERN_FAILURE);
5305                 }
5306                 /* Break the existing mapping(s). */
5307                 SLIST_INIT(&free);
5308                 if ((oldpde & PG_PS) != 0) {
5309                         /*
5310                          * The reference to the PD page that was acquired by
5311                          * pmap_allocpde() ensures that it won't be freed.
5312                          * However, if the PDE resulted from a promotion, then
5313                          * a reserved PT page could be freed.
5314                          */
5315                         (void)pmap_remove_pde(pmap, pde, va, &free, lockp);
5316                         if ((oldpde & PG_G) == 0)
5317                                 pmap_invalidate_pde_page(pmap, va, oldpde);
5318                 } else {
5319                         pmap_delayed_invl_started();
5320                         if (pmap_remove_ptes(pmap, va, va + NBPDR, pde, &free,
5321                             lockp))
5322                                pmap_invalidate_all(pmap);
5323                         pmap_delayed_invl_finished();
5324                 }
5325                 vm_page_free_pages_toq(&free, true);
5326                 if (va >= VM_MAXUSER_ADDRESS) {
5327                         mt = PHYS_TO_VM_PAGE(*pde & PG_FRAME);
5328                         if (pmap_insert_pt_page(pmap, mt)) {
5329                                 /*
5330                                  * XXX Currently, this can't happen because
5331                                  * we do not perform pmap_enter(psind == 1)
5332                                  * on the kernel pmap.
5333                                  */
5334                                 panic("pmap_enter_pde: trie insert failed");
5335                         }
5336                 } else
5337                         KASSERT(*pde == 0, ("pmap_enter_pde: non-zero pde %p",
5338                             pde));
5339         }
5340         if ((newpde & PG_MANAGED) != 0) {
5341                 /*
5342                  * Abort this mapping if its PV entry could not be created.
5343                  */
5344                 if (!pmap_pv_insert_pde(pmap, va, newpde, flags, lockp)) {
5345                         SLIST_INIT(&free);
5346                         if (pmap_unwire_ptp(pmap, va, pdpg, &free)) {
5347                                 /*
5348                                  * Although "va" is not mapped, paging-
5349                                  * structure caches could nonetheless have
5350                                  * entries that refer to the freed page table
5351                                  * pages.  Invalidate those entries.
5352                                  */
5353                                 pmap_invalidate_page(pmap, va);
5354                                 vm_page_free_pages_toq(&free, true);
5355                         }
5356                         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_enter_pde: failure for va %#lx"
5357                             " in pmap %p", va, pmap);
5358                         return (KERN_RESOURCE_SHORTAGE);
5359                 }
5360                 if ((newpde & PG_RW) != 0) {
5361                         for (mt = m; mt < &m[NBPDR / PAGE_SIZE]; mt++)
5362                                 vm_page_aflag_set(mt, PGA_WRITEABLE);
5363                 }
5364         }
5365
5366         /*
5367          * Increment counters.
5368          */
5369         if ((newpde & PG_W) != 0)
5370                 pmap->pm_stats.wired_count += NBPDR / PAGE_SIZE;
5371         pmap_resident_count_inc(pmap, NBPDR / PAGE_SIZE);
5372
5373         /*
5374          * Map the superpage.  (This is not a promoted mapping; there will not
5375          * be any lingering 4KB page mappings in the TLB.)
5376          */
5377         pde_store(pde, newpde);
5378
5379         atomic_add_long(&pmap_pde_mappings, 1);
5380         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_enter_pde: success for va %#lx"
5381             " in pmap %p", va, pmap);
5382         return (KERN_SUCCESS);
5383 }
5384
5385 /*
5386  * Maps a sequence of resident pages belonging to the same object.
5387  * The sequence begins with the given page m_start.  This page is
5388  * mapped at the given virtual address start.  Each subsequent page is
5389  * mapped at a virtual address that is offset from start by the same
5390  * amount as the page is offset from m_start within the object.  The
5391  * last page in the sequence is the page with the largest offset from
5392  * m_start that can be mapped at a virtual address less than the given
5393  * virtual address end.  Not every virtual page between start and end
5394  * is mapped; only those for which a resident page exists with the
5395  * corresponding offset from m_start are mapped.
5396  */
5397 void
5398 pmap_enter_object(pmap_t pmap, vm_offset_t start, vm_offset_t end,
5399     vm_page_t m_start, vm_prot_t prot)
5400 {
5401         struct rwlock *lock;
5402         vm_offset_t va;
5403         vm_page_t m, mpte;
5404         vm_pindex_t diff, psize;
5405
5406         VM_OBJECT_ASSERT_LOCKED(m_start->object);
5407
5408         psize = atop(end - start);
5409         mpte = NULL;
5410         m = m_start;
5411         lock = NULL;
5412         PMAP_LOCK(pmap);
5413         while (m != NULL && (diff = m->pindex - m_start->pindex) < psize) {
5414                 va = start + ptoa(diff);
5415                 if ((va & PDRMASK) == 0 && va + NBPDR <= end &&
5416                     m->psind == 1 && pmap_ps_enabled(pmap) &&
5417                     pmap_enter_2mpage(pmap, va, m, prot, &lock))
5418                         m = &m[NBPDR / PAGE_SIZE - 1];
5419                 else
5420                         mpte = pmap_enter_quick_locked(pmap, va, m, prot,
5421                             mpte, &lock);
5422                 m = TAILQ_NEXT(m, listq);
5423         }
5424         if (lock != NULL)
5425                 rw_wunlock(lock);
5426         PMAP_UNLOCK(pmap);
5427 }
5428
5429 /*
5430  * this code makes some *MAJOR* assumptions:
5431  * 1. Current pmap & pmap exists.
5432  * 2. Not wired.
5433  * 3. Read access.
5434  * 4. No page table pages.
5435  * but is *MUCH* faster than pmap_enter...
5436  */
5437
5438 void
5439 pmap_enter_quick(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m, vm_prot_t prot)
5440 {
5441         struct rwlock *lock;
5442
5443         lock = NULL;
5444         PMAP_LOCK(pmap);
5445         (void)pmap_enter_quick_locked(pmap, va, m, prot, NULL, &lock);
5446         if (lock != NULL)
5447                 rw_wunlock(lock);
5448         PMAP_UNLOCK(pmap);
5449 }
5450
5451 static vm_page_t
5452 pmap_enter_quick_locked(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m,
5453     vm_prot_t prot, vm_page_t mpte, struct rwlock **lockp)
5454 {
5455         struct spglist free;
5456         pt_entry_t *pte, PG_V;
5457         vm_paddr_t pa;
5458
5459         KASSERT(va < kmi.clean_sva || va >= kmi.clean_eva ||
5460             (m->oflags & VPO_UNMANAGED) != 0,
5461             ("pmap_enter_quick_locked: managed mapping within the clean submap"));
5462         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
5463         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
5464
5465         /*
5466          * In the case that a page table page is not
5467          * resident, we are creating it here.
5468          */
5469         if (va < VM_MAXUSER_ADDRESS) {
5470                 vm_pindex_t ptepindex;
5471                 pd_entry_t *ptepa;
5472
5473                 /*
5474                  * Calculate pagetable page index
5475                  */
5476                 ptepindex = pmap_pde_pindex(va);
5477                 if (mpte && (mpte->pindex == ptepindex)) {
5478                         mpte->wire_count++;
5479                 } else {
5480                         /*
5481                          * Get the page directory entry
5482                          */
5483                         ptepa = pmap_pde(pmap, va);
5484
5485                         /*
5486                          * If the page table page is mapped, we just increment
5487                          * the hold count, and activate it.  Otherwise, we
5488                          * attempt to allocate a page table page.  If this
5489                          * attempt fails, we don't retry.  Instead, we give up.
5490                          */
5491                         if (ptepa && (*ptepa & PG_V) != 0) {
5492                                 if (*ptepa & PG_PS)
5493                                         return (NULL);
5494                                 mpte = PHYS_TO_VM_PAGE(*ptepa & PG_FRAME);
5495                                 mpte->wire_count++;
5496                         } else {
5497                                 /*
5498                                  * Pass NULL instead of the PV list lock
5499                                  * pointer, because we don't intend to sleep.
5500                                  */
5501                                 mpte = _pmap_allocpte(pmap, ptepindex, NULL);
5502                                 if (mpte == NULL)
5503                                         return (mpte);
5504                         }
5505                 }
5506                 pte = (pt_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(mpte));
5507                 pte = &pte[pmap_pte_index(va)];
5508         } else {
5509                 mpte = NULL;
5510                 pte = vtopte(va);
5511         }
5512         if (*pte) {
5513                 if (mpte != NULL) {
5514                         mpte->wire_count--;
5515                         mpte = NULL;
5516                 }
5517                 return (mpte);
5518         }
5519
5520         /*
5521          * Enter on the PV list if part of our managed memory.
5522          */
5523         if ((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0 &&
5524             !pmap_try_insert_pv_entry(pmap, va, m, lockp)) {
5525                 if (mpte != NULL) {
5526                         SLIST_INIT(&free);
5527                         if (pmap_unwire_ptp(pmap, va, mpte, &free)) {
5528                                 /*
5529                                  * Although "va" is not mapped, paging-
5530                                  * structure caches could nonetheless have
5531                                  * entries that refer to the freed page table
5532                                  * pages.  Invalidate those entries.
5533                                  */
5534                                 pmap_invalidate_page(pmap, va);
5535                                 vm_page_free_pages_toq(&free, true);
5536                         }
5537                         mpte = NULL;
5538                 }
5539                 return (mpte);
5540         }
5541
5542         /*
5543          * Increment counters
5544          */
5545         pmap_resident_count_inc(pmap, 1);
5546
5547         pa = VM_PAGE_TO_PHYS(m) | pmap_cache_bits(pmap, m->md.pat_mode, 0);
5548         if ((prot & VM_PROT_EXECUTE) == 0)
5549                 pa |= pg_nx;
5550
5551         /*
5552          * Now validate mapping with RO protection
5553          */
5554         if ((m->oflags & VPO_UNMANAGED) != 0)
5555                 pte_store(pte, pa | PG_V | PG_U);
5556         else
5557                 pte_store(pte, pa | PG_V | PG_U | PG_MANAGED);
5558         return (mpte);
5559 }
5560
5561 /*
5562  * Make a temporary mapping for a physical address.  This is only intended
5563  * to be used for panic dumps.
5564  */
5565 void *
5566 pmap_kenter_temporary(vm_paddr_t pa, int i)
5567 {
5568         vm_offset_t va;
5569
5570         va = (vm_offset_t)crashdumpmap + (i * PAGE_SIZE);
5571         pmap_kenter(va, pa);
5572         invlpg(va);
5573         return ((void *)crashdumpmap);
5574 }
5575
5576 /*
5577  * This code maps large physical mmap regions into the
5578  * processor address space.  Note that some shortcuts
5579  * are taken, but the code works.
5580  */
5581 void
5582 pmap_object_init_pt(pmap_t pmap, vm_offset_t addr, vm_object_t object,
5583     vm_pindex_t pindex, vm_size_t size)
5584 {
5585         pd_entry_t *pde;
5586         pt_entry_t PG_A, PG_M, PG_RW, PG_V;
5587         vm_paddr_t pa, ptepa;
5588         vm_page_t p, pdpg;
5589         int pat_mode;
5590
5591         PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
5592         PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
5593         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
5594         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
5595
5596         VM_OBJECT_ASSERT_WLOCKED(object);
5597         KASSERT(object->type == OBJT_DEVICE || object->type == OBJT_SG,
5598             ("pmap_object_init_pt: non-device object"));
5599         if ((addr & (NBPDR - 1)) == 0 && (size & (NBPDR - 1)) == 0) {
5600                 if (!pmap_ps_enabled(pmap))
5601                         return;
5602                 if (!vm_object_populate(object, pindex, pindex + atop(size)))
5603                         return;
5604                 p = vm_page_lookup(object, pindex);
5605                 KASSERT(p->valid == VM_PAGE_BITS_ALL,
5606                     ("pmap_object_init_pt: invalid page %p", p));
5607                 pat_mode = p->md.pat_mode;
5608
5609                 /*
5610                  * Abort the mapping if the first page is not physically
5611                  * aligned to a 2MB page boundary.
5612                  */
5613                 ptepa = VM_PAGE_TO_PHYS(p);
5614                 if (ptepa & (NBPDR - 1))
5615                         return;
5616
5617                 /*
5618                  * Skip the first page.  Abort the mapping if the rest of
5619                  * the pages are not physically contiguous or have differing
5620                  * memory attributes.
5621                  */
5622                 p = TAILQ_NEXT(p, listq);
5623                 for (pa = ptepa + PAGE_SIZE; pa < ptepa + size;
5624                     pa += PAGE_SIZE) {
5625                         KASSERT(p->valid == VM_PAGE_BITS_ALL,
5626                             ("pmap_object_init_pt: invalid page %p", p));
5627                         if (pa != VM_PAGE_TO_PHYS(p) ||
5628                             pat_mode != p->md.pat_mode)
5629                                 return;
5630                         p = TAILQ_NEXT(p, listq);
5631                 }
5632
5633                 /*
5634                  * Map using 2MB pages.  Since "ptepa" is 2M aligned and
5635                  * "size" is a multiple of 2M, adding the PAT setting to "pa"
5636                  * will not affect the termination of this loop.
5637                  */ 
5638                 PMAP_LOCK(pmap);
5639                 for (pa = ptepa | pmap_cache_bits(pmap, pat_mode, 1);
5640                     pa < ptepa + size; pa += NBPDR) {
5641                         pdpg = pmap_allocpde(pmap, addr, NULL);
5642                         if (pdpg == NULL) {
5643                                 /*
5644                                  * The creation of mappings below is only an
5645                                  * optimization.  If a page directory page
5646                                  * cannot be allocated without blocking,
5647                                  * continue on to the next mapping rather than
5648                                  * blocking.
5649                                  */
5650                                 addr += NBPDR;
5651                                 continue;
5652                         }
5653                         pde = (pd_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(pdpg));
5654                         pde = &pde[pmap_pde_index(addr)];
5655                         if ((*pde & PG_V) == 0) {
5656                                 pde_store(pde, pa | PG_PS | PG_M | PG_A |
5657                                     PG_U | PG_RW | PG_V);
5658                                 pmap_resident_count_inc(pmap, NBPDR / PAGE_SIZE);
5659                                 atomic_add_long(&pmap_pde_mappings, 1);
5660                         } else {
5661                                 /* Continue on if the PDE is already valid. */
5662                                 pdpg->wire_count--;
5663                                 KASSERT(pdpg->wire_count > 0,
5664                                     ("pmap_object_init_pt: missing reference "
5665                                     "to page directory page, va: 0x%lx", addr));
5666                         }
5667                         addr += NBPDR;
5668                 }
5669                 PMAP_UNLOCK(pmap);
5670         }
5671 }
5672
5673 /*
5674  *      Clear the wired attribute from the mappings for the specified range of
5675  *      addresses in the given pmap.  Every valid mapping within that range
5676  *      must have the wired attribute set.  In contrast, invalid mappings
5677  *      cannot have the wired attribute set, so they are ignored.
5678  *
5679  *      The wired attribute of the page table entry is not a hardware
5680  *      feature, so there is no need to invalidate any TLB entries.
5681  *      Since pmap_demote_pde() for the wired entry must never fail,
5682  *      pmap_delayed_invl_started()/finished() calls around the
5683  *      function are not needed.
5684  */
5685 void
5686 pmap_unwire(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
5687 {
5688         vm_offset_t va_next;
5689         pml4_entry_t *pml4e;
5690         pdp_entry_t *pdpe;
5691         pd_entry_t *pde;
5692         pt_entry_t *pte, PG_V;
5693
5694         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
5695         PMAP_LOCK(pmap);
5696         for (; sva < eva; sva = va_next) {
5697                 pml4e = pmap_pml4e(pmap, sva);
5698                 if ((*pml4e & PG_V) == 0) {
5699                         va_next = (sva + NBPML4) & ~PML4MASK;
5700                         if (va_next < sva)
5701                                 va_next = eva;
5702                         continue;
5703                 }
5704                 pdpe = pmap_pml4e_to_pdpe(pml4e, sva);
5705                 if ((*pdpe & PG_V) == 0) {
5706                         va_next = (sva + NBPDP) & ~PDPMASK;
5707                         if (va_next < sva)
5708                                 va_next = eva;
5709                         continue;
5710                 }
5711                 va_next = (sva + NBPDR) & ~PDRMASK;
5712                 if (va_next < sva)
5713                         va_next = eva;
5714                 pde = pmap_pdpe_to_pde(pdpe, sva);
5715                 if ((*pde & PG_V) == 0)
5716                         continue;
5717                 if ((*pde & PG_PS) != 0) {
5718                         if ((*pde & PG_W) == 0)
5719                                 panic("pmap_unwire: pde %#jx is missing PG_W",
5720                                     (uintmax_t)*pde);
5721
5722                         /*
5723                          * Are we unwiring the entire large page?  If not,
5724                          * demote the mapping and fall through.
5725                          */
5726                         if (sva + NBPDR == va_next && eva >= va_next) {
5727                                 atomic_clear_long(pde, PG_W);
5728                                 pmap->pm_stats.wired_count -= NBPDR /
5729                                     PAGE_SIZE;
5730                                 continue;
5731                         } else if (!pmap_demote_pde(pmap, pde, sva))
5732                                 panic("pmap_unwire: demotion failed");
5733                 }
5734                 if (va_next > eva)
5735                         va_next = eva;
5736                 for (pte = pmap_pde_to_pte(pde, sva); sva != va_next; pte++,
5737                     sva += PAGE_SIZE) {
5738                         if ((*pte & PG_V) == 0)
5739                                 continue;
5740                         if ((*pte & PG_W) == 0)
5741                                 panic("pmap_unwire: pte %#jx is missing PG_W",
5742                                     (uintmax_t)*pte);
5743
5744                         /*
5745                          * PG_W must be cleared atomically.  Although the pmap
5746                          * lock synchronizes access to PG_W, another processor
5747                          * could be setting PG_M and/or PG_A concurrently.
5748                          */
5749                         atomic_clear_long(pte, PG_W);
5750                         pmap->pm_stats.wired_count--;
5751                 }
5752         }
5753         PMAP_UNLOCK(pmap);
5754 }
5755
5756 /*
5757  *      Copy the range specified by src_addr/len
5758  *      from the source map to the range dst_addr/len
5759  *      in the destination map.
5760  *
5761  *      This routine is only advisory and need not do anything.
5762  */
5763
5764 void
5765 pmap_copy(pmap_t dst_pmap, pmap_t src_pmap, vm_offset_t dst_addr, vm_size_t len,
5766     vm_offset_t src_addr)
5767 {
5768         struct rwlock *lock;
5769         struct spglist free;
5770         vm_offset_t addr;
5771         vm_offset_t end_addr = src_addr + len;
5772         vm_offset_t va_next;
5773         vm_page_t dst_pdpg, dstmpte, srcmpte;
5774         pt_entry_t PG_A, PG_M, PG_V;
5775
5776         if (dst_addr != src_addr)
5777                 return;
5778
5779         if (dst_pmap->pm_type != src_pmap->pm_type)
5780                 return;
5781
5782         /*
5783          * EPT page table entries that require emulation of A/D bits are
5784          * sensitive to clearing the PG_A bit (aka EPT_PG_READ). Although
5785          * we clear PG_M (aka EPT_PG_WRITE) concomitantly, the PG_U bit
5786          * (aka EPT_PG_EXECUTE) could still be set. Since some EPT
5787          * implementations flag an EPT misconfiguration for exec-only
5788          * mappings we skip this function entirely for emulated pmaps.
5789          */
5790         if (pmap_emulate_ad_bits(dst_pmap))
5791                 return;
5792
5793         lock = NULL;
5794         if (dst_pmap < src_pmap) {
5795                 PMAP_LOCK(dst_pmap);
5796                 PMAP_LOCK(src_pmap);
5797         } else {
5798                 PMAP_LOCK(src_pmap);
5799                 PMAP_LOCK(dst_pmap);
5800         }
5801
5802         PG_A = pmap_accessed_bit(dst_pmap);
5803         PG_M = pmap_modified_bit(dst_pmap);
5804         PG_V = pmap_valid_bit(dst_pmap);
5805
5806         for (addr = src_addr; addr < end_addr; addr = va_next) {
5807                 pt_entry_t *src_pte, *dst_pte;
5808                 pml4_entry_t *pml4e;
5809                 pdp_entry_t *pdpe;
5810                 pd_entry_t srcptepaddr, *pde;
5811
5812                 KASSERT(addr < UPT_MIN_ADDRESS,
5813                     ("pmap_copy: invalid to pmap_copy page tables"));
5814
5815                 pml4e = pmap_pml4e(src_pmap, addr);
5816                 if ((*pml4e & PG_V) == 0) {
5817                         va_next = (addr + NBPML4) & ~PML4MASK;
5818                         if (va_next < addr)
5819                                 va_next = end_addr;
5820                         continue;
5821                 }
5822
5823                 pdpe = pmap_pml4e_to_pdpe(pml4e, addr);
5824                 if ((*pdpe & PG_V) == 0) {
5825                         va_next = (addr + NBPDP) & ~PDPMASK;
5826                         if (va_next < addr)
5827                                 va_next = end_addr;
5828                         continue;
5829                 }
5830
5831                 va_next = (addr + NBPDR) & ~PDRMASK;
5832                 if (va_next < addr)
5833                         va_next = end_addr;
5834
5835                 pde = pmap_pdpe_to_pde(pdpe, addr);
5836                 srcptepaddr = *pde;
5837                 if (srcptepaddr == 0)
5838                         continue;
5839                         
5840                 if (srcptepaddr & PG_PS) {
5841                         if ((addr & PDRMASK) != 0 || addr + NBPDR > end_addr)
5842                                 continue;
5843                         dst_pdpg = pmap_allocpde(dst_pmap, addr, NULL);
5844                         if (dst_pdpg == NULL)
5845                                 break;
5846                         pde = (pd_entry_t *)
5847                             PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(dst_pdpg));
5848                         pde = &pde[pmap_pde_index(addr)];
5849                         if (*pde == 0 && ((srcptepaddr & PG_MANAGED) == 0 ||
5850                             pmap_pv_insert_pde(dst_pmap, addr, srcptepaddr,
5851                             PMAP_ENTER_NORECLAIM, &lock))) {
5852                                 *pde = srcptepaddr & ~PG_W;
5853                                 pmap_resident_count_inc(dst_pmap, NBPDR / PAGE_SIZE);
5854                                 atomic_add_long(&pmap_pde_mappings, 1);
5855                         } else
5856                                 dst_pdpg->wire_count--;
5857                         continue;
5858                 }
5859
5860                 srcptepaddr &= PG_FRAME;
5861                 srcmpte = PHYS_TO_VM_PAGE(srcptepaddr);
5862                 KASSERT(srcmpte->wire_count > 0,
5863                     ("pmap_copy: source page table page is unused"));
5864
5865                 if (va_next > end_addr)
5866                         va_next = end_addr;
5867
5868                 src_pte = (pt_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(srcptepaddr);
5869                 src_pte = &src_pte[pmap_pte_index(addr)];
5870                 dstmpte = NULL;
5871                 while (addr < va_next) {
5872                         pt_entry_t ptetemp;
5873                         ptetemp = *src_pte;
5874                         /*
5875                          * we only virtual copy managed pages
5876                          */
5877                         if ((ptetemp & PG_MANAGED) != 0) {
5878                                 if (dstmpte != NULL &&
5879                                     dstmpte->pindex == pmap_pde_pindex(addr))
5880                                         dstmpte->wire_count++;
5881                                 else if ((dstmpte = pmap_allocpte(dst_pmap,
5882                                     addr, NULL)) == NULL)
5883                                         goto out;
5884                                 dst_pte = (pt_entry_t *)
5885                                     PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(dstmpte));
5886                                 dst_pte = &dst_pte[pmap_pte_index(addr)];
5887                                 if (*dst_pte == 0 &&
5888                                     pmap_try_insert_pv_entry(dst_pmap, addr,
5889                                     PHYS_TO_VM_PAGE(ptetemp & PG_FRAME),
5890                                     &lock)) {
5891                                         /*
5892                                          * Clear the wired, modified, and
5893                                          * accessed (referenced) bits
5894                                          * during the copy.
5895                                          */
5896                                         *dst_pte = ptetemp & ~(PG_W | PG_M |
5897                                             PG_A);
5898                                         pmap_resident_count_inc(dst_pmap, 1);
5899                                 } else {
5900                                         SLIST_INIT(&free);
5901                                         if (pmap_unwire_ptp(dst_pmap, addr,
5902                                             dstmpte, &free)) {
5903                                                 /*
5904                                                  * Although "addr" is not
5905                                                  * mapped, paging-structure
5906                                                  * caches could nonetheless
5907                                                  * have entries that refer to
5908                                                  * the freed page table pages.
5909                                                  * Invalidate those entries.
5910                                                  */
5911                                                 pmap_invalidate_page(dst_pmap,
5912                                                     addr);
5913                                                 vm_page_free_pages_toq(&free,
5914                                                     true);
5915                                         }
5916                                         goto out;
5917                                 }
5918                                 if (dstmpte->wire_count >= srcmpte->wire_count)
5919                                         break;
5920                         }
5921                         addr += PAGE_SIZE;
5922                         src_pte++;
5923                 }
5924         }
5925 out:
5926         if (lock != NULL)
5927                 rw_wunlock(lock);
5928         PMAP_UNLOCK(src_pmap);
5929         PMAP_UNLOCK(dst_pmap);
5930 }
5931
5932 /*
5933  * Zero the specified hardware page.
5934  */
5935 void
5936 pmap_zero_page(vm_page_t m)
5937 {
5938         vm_offset_t va = PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
5939
5940         pagezero((void *)va);
5941 }
5942
5943 /*
5944  * Zero an an area within a single hardware page.  off and size must not
5945  * cover an area beyond a single hardware page.
5946  */
5947 void
5948 pmap_zero_page_area(vm_page_t m, int off, int size)
5949 {
5950         vm_offset_t va = PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
5951
5952         if (off == 0 && size == PAGE_SIZE)
5953                 pagezero((void *)va);
5954         else
5955                 bzero((char *)va + off, size);
5956 }
5957
5958 /*
5959  * Copy 1 specified hardware page to another.
5960  */
5961 void
5962 pmap_copy_page(vm_page_t msrc, vm_page_t mdst)
5963 {
5964         vm_offset_t src = PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(msrc));
5965         vm_offset_t dst = PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(mdst));
5966
5967         pagecopy((void *)src, (void *)dst);
5968 }
5969
5970 int unmapped_buf_allowed = 1;
5971
5972 void
5973 pmap_copy_pages(vm_page_t ma[], vm_offset_t a_offset, vm_page_t mb[],
5974     vm_offset_t b_offset, int xfersize)
5975 {
5976         void *a_cp, *b_cp;
5977         vm_page_t pages[2];
5978         vm_offset_t vaddr[2], a_pg_offset, b_pg_offset;
5979         int cnt;
5980         boolean_t mapped;
5981
5982         while (xfersize > 0) {
5983                 a_pg_offset = a_offset & PAGE_MASK;
5984                 pages[0] = ma[a_offset >> PAGE_SHIFT];
5985                 b_pg_offset = b_offset & PAGE_MASK;
5986                 pages[1] = mb[b_offset >> PAGE_SHIFT];
5987                 cnt = min(xfersize, PAGE_SIZE - a_pg_offset);
5988                 cnt = min(cnt, PAGE_SIZE - b_pg_offset);
5989                 mapped = pmap_map_io_transient(pages, vaddr, 2, FALSE);
5990                 a_cp = (char *)vaddr[0] + a_pg_offset;
5991                 b_cp = (char *)vaddr[1] + b_pg_offset;
5992                 bcopy(a_cp, b_cp, cnt);
5993                 if (__predict_false(mapped))
5994                         pmap_unmap_io_transient(pages, vaddr, 2, FALSE);
5995                 a_offset += cnt;
5996                 b_offset += cnt;
5997                 xfersize -= cnt;
5998         }
5999 }
6000
6001 /*
6002  * Returns true if the pmap's pv is one of the first
6003  * 16 pvs linked to from this page.  This count may
6004  * be changed upwards or downwards in the future; it
6005  * is only necessary that true be returned for a small
6006  * subset of pmaps for proper page aging.
6007  */
6008 boolean_t
6009 pmap_page_exists_quick(pmap_t pmap, vm_page_t m)
6010 {
6011         struct md_page *pvh;
6012         struct rwlock *lock;
6013         pv_entry_t pv;
6014         int loops = 0;
6015         boolean_t rv;
6016
6017         KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
6018             ("pmap_page_exists_quick: page %p is not managed", m));
6019         rv = FALSE;
6020         lock = VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m);
6021         rw_rlock(lock);
6022         TAILQ_FOREACH(pv, &m->md.pv_list, pv_next) {
6023                 if (PV_PMAP(pv) == pmap) {
6024                         rv = TRUE;
6025                         break;
6026                 }
6027                 loops++;
6028                 if (loops >= 16)
6029                         break;
6030         }
6031         if (!rv && loops < 16 && (m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0) {
6032                 pvh = pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
6033                 TAILQ_FOREACH(pv, &pvh->pv_list, pv_next) {
6034                         if (PV_PMAP(pv) == pmap) {
6035                                 rv = TRUE;
6036                                 break;
6037                         }
6038                         loops++;
6039                         if (loops >= 16)
6040                                 break;
6041                 }
6042         }
6043         rw_runlock(lock);
6044         return (rv);
6045 }
6046
6047 /*
6048  *      pmap_page_wired_mappings:
6049  *
6050  *      Return the number of managed mappings to the given physical page
6051  *      that are wired.
6052  */
6053 int
6054 pmap_page_wired_mappings(vm_page_t m)
6055 {
6056         struct rwlock *lock;
6057         struct md_page *pvh;
6058         pmap_t pmap;
6059         pt_entry_t *pte;
6060         pv_entry_t pv;
6061         int count, md_gen, pvh_gen;
6062
6063         if ((m->oflags & VPO_UNMANAGED) != 0)
6064                 return (0);
6065         lock = VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m);
6066         rw_rlock(lock);
6067 restart:
6068         count = 0;
6069         TAILQ_FOREACH(pv, &m->md.pv_list, pv_next) {
6070                 pmap = PV_PMAP(pv);
6071                 if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
6072                         md_gen = m->md.pv_gen;
6073                         rw_runlock(lock);
6074                         PMAP_LOCK(pmap);
6075                         rw_rlock(lock);
6076                         if (md_gen != m->md.pv_gen) {
6077                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
6078                                 goto restart;
6079                         }
6080                 }
6081                 pte = pmap_pte(pmap, pv->pv_va);
6082                 if ((*pte & PG_W) != 0)
6083                         count++;
6084                 PMAP_UNLOCK(pmap);
6085         }
6086         if ((m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0) {
6087                 pvh = pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
6088                 TAILQ_FOREACH(pv, &pvh->pv_list, pv_next) {
6089                         pmap = PV_PMAP(pv);
6090                         if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
6091                                 md_gen = m->md.pv_gen;
6092                                 pvh_gen = pvh->pv_gen;
6093                                 rw_runlock(lock);
6094                                 PMAP_LOCK(pmap);
6095                                 rw_rlock(lock);
6096                                 if (md_gen != m->md.pv_gen ||
6097                                     pvh_gen != pvh->pv_gen) {
6098                                         PMAP_UNLOCK(pmap);
6099                                         goto restart;
6100                                 }
6101                         }
6102                         pte = pmap_pde(pmap, pv->pv_va);
6103                         if ((*pte & PG_W) != 0)
6104                                 count++;
6105                         PMAP_UNLOCK(pmap);
6106                 }
6107         }
6108         rw_runlock(lock);
6109         return (count);
6110 }
6111
6112 /*
6113  * Returns TRUE if the given page is mapped individually or as part of
6114  * a 2mpage.  Otherwise, returns FALSE.
6115  */
6116 boolean_t
6117 pmap_page_is_mapped(vm_page_t m)
6118 {
6119         struct rwlock *lock;
6120         boolean_t rv;
6121
6122         if ((m->oflags & VPO_UNMANAGED) != 0)
6123                 return (FALSE);
6124         lock = VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m);
6125         rw_rlock(lock);
6126         rv = !TAILQ_EMPTY(&m->md.pv_list) ||
6127             ((m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0 &&
6128             !TAILQ_EMPTY(&pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m))->pv_list));
6129         rw_runlock(lock);
6130         return (rv);
6131 }
6132
6133 /*
6134  * Destroy all managed, non-wired mappings in the given user-space
6135  * pmap.  This pmap cannot be active on any processor besides the
6136  * caller.
6137  *
6138  * This function cannot be applied to the kernel pmap.  Moreover, it
6139  * is not intended for general use.  It is only to be used during
6140  * process termination.  Consequently, it can be implemented in ways
6141  * that make it faster than pmap_remove().  First, it can more quickly
6142  * destroy mappings by iterating over the pmap's collection of PV
6143  * entries, rather than searching the page table.  Second, it doesn't
6144  * have to test and clear the page table entries atomically, because
6145  * no processor is currently accessing the user address space.  In
6146  * particular, a page table entry's dirty bit won't change state once
6147  * this function starts.
6148  *
6149  * Although this function destroys all of the pmap's managed,
6150  * non-wired mappings, it can delay and batch the invalidation of TLB
6151  * entries without calling pmap_delayed_invl_started() and
6152  * pmap_delayed_invl_finished().  Because the pmap is not active on
6153  * any other processor, none of these TLB entries will ever be used
6154  * before their eventual invalidation.  Consequently, there is no need
6155  * for either pmap_remove_all() or pmap_remove_write() to wait for
6156  * that eventual TLB invalidation.
6157  */
6158 void
6159 pmap_remove_pages(pmap_t pmap)
6160 {
6161         pd_entry_t ptepde;
6162         pt_entry_t *pte, tpte;
6163         pt_entry_t PG_M, PG_RW, PG_V;
6164         struct spglist free;
6165         vm_page_t m, mpte, mt;
6166         pv_entry_t pv;
6167         struct md_page *pvh;
6168         struct pv_chunk *pc, *npc;
6169         struct rwlock *lock;
6170         int64_t bit;
6171         uint64_t inuse, bitmask;
6172         int allfree, field, freed, idx;
6173         boolean_t superpage;
6174         vm_paddr_t pa;
6175
6176         /*
6177          * Assert that the given pmap is only active on the current
6178          * CPU.  Unfortunately, we cannot block another CPU from
6179          * activating the pmap while this function is executing.
6180          */
6181         KASSERT(pmap == PCPU_GET(curpmap), ("non-current pmap %p", pmap));
6182 #ifdef INVARIANTS
6183         {
6184                 cpuset_t other_cpus;
6185
6186                 other_cpus = all_cpus;
6187                 critical_enter();
6188                 CPU_CLR(PCPU_GET(cpuid), &other_cpus);
6189                 CPU_AND(&other_cpus, &pmap->pm_active);
6190                 critical_exit();
6191                 KASSERT(CPU_EMPTY(&other_cpus), ("pmap active %p", pmap));
6192         }
6193 #endif
6194
6195         lock = NULL;
6196         PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
6197         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
6198         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
6199
6200         SLIST_INIT(&free);
6201         PMAP_LOCK(pmap);
6202         TAILQ_FOREACH_SAFE(pc, &pmap->pm_pvchunk, pc_list, npc) {
6203                 allfree = 1;
6204                 freed = 0;
6205                 for (field = 0; field < _NPCM; field++) {
6206                         inuse = ~pc->pc_map[field] & pc_freemask[field];
6207                         while (inuse != 0) {
6208                                 bit = bsfq(inuse);
6209                                 bitmask = 1UL << bit;
6210                                 idx = field * 64 + bit;
6211                                 pv = &pc->pc_pventry[idx];
6212                                 inuse &= ~bitmask;
6213
6214                                 pte = pmap_pdpe(pmap, pv->pv_va);
6215                                 ptepde = *pte;
6216                                 pte = pmap_pdpe_to_pde(pte, pv->pv_va);
6217                                 tpte = *pte;
6218                                 if ((tpte & (PG_PS | PG_V)) == PG_V) {
6219                                         superpage = FALSE;
6220                                         ptepde = tpte;
6221                                         pte = (pt_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(tpte &
6222                                             PG_FRAME);
6223                                         pte = &pte[pmap_pte_index(pv->pv_va)];
6224                                         tpte = *pte;
6225                                 } else {
6226                                         /*
6227                                          * Keep track whether 'tpte' is a
6228                                          * superpage explicitly instead of
6229                                          * relying on PG_PS being set.
6230                                          *
6231                                          * This is because PG_PS is numerically
6232                                          * identical to PG_PTE_PAT and thus a
6233                                          * regular page could be mistaken for
6234                                          * a superpage.
6235                                          */
6236                                         superpage = TRUE;
6237                                 }
6238
6239                                 if ((tpte & PG_V) == 0) {
6240                                         panic("bad pte va %lx pte %lx",
6241                                             pv->pv_va, tpte);
6242                                 }
6243
6244 /*
6245  * We cannot remove wired pages from a process' mapping at this time
6246  */
6247                                 if (tpte & PG_W) {
6248                                         allfree = 0;
6249                                         continue;
6250                                 }
6251
6252                                 if (superpage)
6253                                         pa = tpte & PG_PS_FRAME;
6254                                 else
6255                                         pa = tpte & PG_FRAME;
6256
6257                                 m = PHYS_TO_VM_PAGE(pa);
6258                                 KASSERT(m->phys_addr == pa,
6259                                     ("vm_page_t %p phys_addr mismatch %016jx %016jx",
6260                                     m, (uintmax_t)m->phys_addr,
6261                                     (uintmax_t)tpte));
6262
6263                                 KASSERT((m->flags & PG_FICTITIOUS) != 0 ||
6264                                     m < &vm_page_array[vm_page_array_size],
6265                                     ("pmap_remove_pages: bad tpte %#jx",
6266                                     (uintmax_t)tpte));
6267
6268                                 pte_clear(pte);
6269
6270                                 /*
6271                                  * Update the vm_page_t clean/reference bits.
6272                                  */
6273                                 if ((tpte & (PG_M | PG_RW)) == (PG_M | PG_RW)) {
6274                                         if (superpage) {
6275                                                 for (mt = m; mt < &m[NBPDR / PAGE_SIZE]; mt++)
6276                                                         vm_page_dirty(mt);
6277                                         } else
6278                                                 vm_page_dirty(m);
6279                                 }
6280
6281                                 CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_VM_PAGE(&lock, m);
6282
6283                                 /* Mark free */
6284                                 pc->pc_map[field] |= bitmask;
6285                                 if (superpage) {
6286                                         pmap_resident_count_dec(pmap, NBPDR / PAGE_SIZE);
6287                                         pvh = pa_to_pvh(tpte & PG_PS_FRAME);
6288                                         TAILQ_REMOVE(&pvh->pv_list, pv, pv_next);
6289                                         pvh->pv_gen++;
6290                                         if (TAILQ_EMPTY(&pvh->pv_list)) {
6291                                                 for (mt = m; mt < &m[NBPDR / PAGE_SIZE]; mt++)
6292                                                         if ((mt->aflags & PGA_WRITEABLE) != 0 &&
6293                                                             TAILQ_EMPTY(&mt->md.pv_list))
6294                                                                 vm_page_aflag_clear(mt, PGA_WRITEABLE);
6295                                         }
6296                                         mpte = pmap_remove_pt_page(pmap, pv->pv_va);
6297                                         if (mpte != NULL) {
6298                                                 pmap_resident_count_dec(pmap, 1);
6299                                                 KASSERT(mpte->wire_count == NPTEPG,
6300                                                     ("pmap_remove_pages: pte page wire count error"));
6301                                                 mpte->wire_count = 0;
6302                                                 pmap_add_delayed_free_list(mpte, &free, FALSE);
6303                                         }
6304                                 } else {
6305                                         pmap_resident_count_dec(pmap, 1);
6306                                         TAILQ_REMOVE(&m->md.pv_list, pv, pv_next);
6307                                         m->md.pv_gen++;
6308                                         if ((m->aflags & PGA_WRITEABLE) != 0 &&
6309                                             TAILQ_EMPTY(&m->md.pv_list) &&
6310                                             (m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0) {
6311                                                 pvh = pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
6312                                                 if (TAILQ_EMPTY(&pvh->pv_list))
6313                                                         vm_page_aflag_clear(m, PGA_WRITEABLE);
6314                                         }
6315                                 }
6316                                 pmap_unuse_pt(pmap, pv->pv_va, ptepde, &free);
6317                                 freed++;
6318                         }
6319                 }
6320                 PV_STAT(atomic_add_long(&pv_entry_frees, freed));
6321                 PV_STAT(atomic_add_int(&pv_entry_spare, freed));
6322                 PV_STAT(atomic_subtract_long(&pv_entry_count, freed));
6323                 if (allfree) {
6324                         TAILQ_REMOVE(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
6325                         free_pv_chunk(pc);
6326                 }
6327         }
6328         if (lock != NULL)
6329                 rw_wunlock(lock);
6330         pmap_invalidate_all(pmap);
6331         PMAP_UNLOCK(pmap);
6332         vm_page_free_pages_toq(&free, true);
6333 }
6334
6335 static boolean_t
6336 pmap_page_test_mappings(vm_page_t m, boolean_t accessed, boolean_t modified)
6337 {
6338         struct rwlock *lock;
6339         pv_entry_t pv;
6340         struct md_page *pvh;
6341         pt_entry_t *pte, mask;
6342         pt_entry_t PG_A, PG_M, PG_RW, PG_V;
6343         pmap_t pmap;
6344         int md_gen, pvh_gen;
6345         boolean_t rv;
6346
6347         rv = FALSE;
6348         lock = VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m);
6349         rw_rlock(lock);
6350 restart:
6351         TAILQ_FOREACH(pv, &m->md.pv_list, pv_next) {
6352                 pmap = PV_PMAP(pv);
6353                 if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
6354                         md_gen = m->md.pv_gen;
6355                         rw_runlock(lock);
6356                         PMAP_LOCK(pmap);
6357                         rw_rlock(lock);
6358                         if (md_gen != m->md.pv_gen) {
6359                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
6360                                 goto restart;
6361                         }
6362                 }
6363                 pte = pmap_pte(pmap, pv->pv_va);
6364                 mask = 0;
6365                 if (modified) {
6366                         PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
6367                         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
6368                         mask |= PG_RW | PG_M;
6369                 }
6370                 if (accessed) {
6371                         PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
6372                         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
6373                         mask |= PG_V | PG_A;
6374                 }
6375                 rv = (*pte & mask) == mask;
6376                 PMAP_UNLOCK(pmap);
6377                 if (rv)
6378                         goto out;
6379         }
6380         if ((m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0) {
6381                 pvh = pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
6382                 TAILQ_FOREACH(pv, &pvh->pv_list, pv_next) {
6383                         pmap = PV_PMAP(pv);
6384                         if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
6385                                 md_gen = m->md.pv_gen;
6386                                 pvh_gen = pvh->pv_gen;
6387                                 rw_runlock(lock);
6388                                 PMAP_LOCK(pmap);
6389                                 rw_rlock(lock);
6390                                 if (md_gen != m->md.pv_gen ||
6391                                     pvh_gen != pvh->pv_gen) {
6392                                         PMAP_UNLOCK(pmap);
6393                                         goto restart;
6394                                 }
6395                         }
6396                         pte = pmap_pde(pmap, pv->pv_va);
6397                         mask = 0;
6398                         if (modified) {
6399                                 PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
6400                                 PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
6401                                 mask |= PG_RW | PG_M;
6402                         }
6403                         if (accessed) {
6404                                 PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
6405                                 PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
6406                                 mask |= PG_V | PG_A;
6407                         }
6408                         rv = (*pte & mask) == mask;
6409                         PMAP_UNLOCK(pmap);
6410                         if (rv)
6411                                 goto out;
6412                 }
6413         }
6414 out:
6415         rw_runlock(lock);
6416         return (rv);
6417 }
6418
6419 /*
6420  *      pmap_is_modified:
6421  *
6422  *      Return whether or not the specified physical page was modified
6423  *      in any physical maps.
6424  */
6425 boolean_t
6426 pmap_is_modified(vm_page_t m)
6427 {
6428
6429         KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
6430             ("pmap_is_modified: page %p is not managed", m));
6431
6432         /*
6433          * If the page is not exclusive busied, then PGA_WRITEABLE cannot be
6434          * concurrently set while the object is locked.  Thus, if PGA_WRITEABLE
6435          * is clear, no PTEs can have PG_M set.
6436          */
6437         VM_OBJECT_ASSERT_WLOCKED(m->object);
6438         if (!vm_page_xbusied(m) && (m->aflags & PGA_WRITEABLE) == 0)
6439                 return (FALSE);
6440         return (pmap_page_test_mappings(m, FALSE, TRUE));
6441 }
6442
6443 /*
6444  *      pmap_is_prefaultable:
6445  *
6446  *      Return whether or not the specified virtual address is eligible
6447  *      for prefault.
6448  */
6449 boolean_t
6450 pmap_is_prefaultable(pmap_t pmap, vm_offset_t addr)
6451 {
6452         pd_entry_t *pde;
6453         pt_entry_t *pte, PG_V;
6454         boolean_t rv;
6455
6456         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
6457         rv = FALSE;
6458         PMAP_LOCK(pmap);
6459         pde = pmap_pde(pmap, addr);
6460         if (pde != NULL && (*pde & (PG_PS | PG_V)) == PG_V) {
6461                 pte = pmap_pde_to_pte(pde, addr);
6462                 rv = (*pte & PG_V) == 0;
6463         }
6464         PMAP_UNLOCK(pmap);
6465         return (rv);
6466 }
6467
6468 /*
6469  *      pmap_is_referenced:
6470  *
6471  *      Return whether or not the specified physical page was referenced
6472  *      in any physical maps.
6473  */
6474 boolean_t
6475 pmap_is_referenced(vm_page_t m)
6476 {
6477
6478         KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
6479             ("pmap_is_referenced: page %p is not managed", m));
6480         return (pmap_page_test_mappings(m, TRUE, FALSE));
6481 }
6482
6483 /*
6484  * Clear the write and modified bits in each of the given page's mappings.
6485  */
6486 void
6487 pmap_remove_write(vm_page_t m)
6488 {
6489         struct md_page *pvh;
6490         pmap_t pmap;
6491         struct rwlock *lock;
6492         pv_entry_t next_pv, pv;
6493         pd_entry_t *pde;
6494         pt_entry_t oldpte, *pte, PG_M, PG_RW;
6495         vm_offset_t va;
6496         int pvh_gen, md_gen;
6497
6498         KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
6499             ("pmap_remove_write: page %p is not managed", m));
6500
6501         /*
6502          * If the page is not exclusive busied, then PGA_WRITEABLE cannot be
6503          * set by another thread while the object is locked.  Thus,
6504          * if PGA_WRITEABLE is clear, no page table entries need updating.
6505          */
6506         VM_OBJECT_ASSERT_WLOCKED(m->object);
6507         if (!vm_page_xbusied(m) && (m->aflags & PGA_WRITEABLE) == 0)
6508                 return;
6509         lock = VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m);
6510         pvh = (m->flags & PG_FICTITIOUS) != 0 ? &pv_dummy :
6511             pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
6512 retry_pv_loop:
6513         rw_wlock(lock);
6514         TAILQ_FOREACH_SAFE(pv, &pvh->pv_list, pv_next, next_pv) {
6515                 pmap = PV_PMAP(pv);
6516                 if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
6517                         pvh_gen = pvh->pv_gen;
6518                         rw_wunlock(lock);
6519                         PMAP_LOCK(pmap);
6520                         rw_wlock(lock);
6521                         if (pvh_gen != pvh->pv_gen) {
6522                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
6523                                 rw_wunlock(lock);
6524                                 goto retry_pv_loop;
6525                         }
6526                 }
6527                 PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
6528                 va = pv->pv_va;
6529                 pde = pmap_pde(pmap, va);
6530                 if ((*pde & PG_RW) != 0)
6531                         (void)pmap_demote_pde_locked(pmap, pde, va, &lock);
6532                 KASSERT(lock == VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m),
6533                     ("inconsistent pv lock %p %p for page %p",
6534                     lock, VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m), m));
6535                 PMAP_UNLOCK(pmap);
6536         }
6537         TAILQ_FOREACH(pv, &m->md.pv_list, pv_next) {
6538                 pmap = PV_PMAP(pv);
6539                 if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
6540                         pvh_gen = pvh->pv_gen;
6541                         md_gen = m->md.pv_gen;
6542                         rw_wunlock(lock);
6543                         PMAP_LOCK(pmap);
6544                         rw_wlock(lock);
6545                         if (pvh_gen != pvh->pv_gen ||
6546                             md_gen != m->md.pv_gen) {
6547                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
6548                                 rw_wunlock(lock);
6549                                 goto retry_pv_loop;
6550                         }
6551                 }
6552                 PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
6553                 PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
6554                 pde = pmap_pde(pmap, pv->pv_va);
6555                 KASSERT((*pde & PG_PS) == 0,
6556                     ("pmap_remove_write: found a 2mpage in page %p's pv list",
6557                     m));
6558                 pte = pmap_pde_to_pte(pde, pv->pv_va);
6559 retry:
6560                 oldpte = *pte;
6561                 if (oldpte & PG_RW) {
6562                         if (!atomic_cmpset_long(pte, oldpte, oldpte &
6563                             ~(PG_RW | PG_M)))
6564                                 goto retry;
6565                         if ((oldpte & PG_M) != 0)
6566                                 vm_page_dirty(m);
6567                         pmap_invalidate_page(pmap, pv->pv_va);
6568                 }
6569                 PMAP_UNLOCK(pmap);
6570         }
6571         rw_wunlock(lock);
6572         vm_page_aflag_clear(m, PGA_WRITEABLE);
6573         pmap_delayed_invl_wait(m);
6574 }
6575
6576 static __inline boolean_t
6577 safe_to_clear_referenced(pmap_t pmap, pt_entry_t pte)
6578 {
6579
6580         if (!pmap_emulate_ad_bits(pmap))
6581                 return (TRUE);
6582
6583         KASSERT(pmap->pm_type == PT_EPT, ("invalid pm_type %d", pmap->pm_type));
6584
6585         /*
6586          * XWR = 010 or 110 will cause an unconditional EPT misconfiguration
6587          * so we don't let the referenced (aka EPT_PG_READ) bit to be cleared
6588          * if the EPT_PG_WRITE bit is set.
6589          */
6590         if ((pte & EPT_PG_WRITE) != 0)
6591                 return (FALSE);
6592
6593         /*
6594          * XWR = 100 is allowed only if the PMAP_SUPPORTS_EXEC_ONLY is set.
6595          */
6596         if ((pte & EPT_PG_EXECUTE) == 0 ||
6597             ((pmap->pm_flags & PMAP_SUPPORTS_EXEC_ONLY) != 0))
6598                 return (TRUE);
6599         else
6600                 return (FALSE);
6601 }
6602
6603 /*
6604  *      pmap_ts_referenced:
6605  *
6606  *      Return a count of reference bits for a page, clearing those bits.
6607  *      It is not necessary for every reference bit to be cleared, but it
6608  *      is necessary that 0 only be returned when there are truly no
6609  *      reference bits set.
6610  *
6611  *      As an optimization, update the page's dirty field if a modified bit is
6612  *      found while counting reference bits.  This opportunistic update can be
6613  *      performed at low cost and can eliminate the need for some future calls
6614  *      to pmap_is_modified().  However, since this function stops after
6615  *      finding PMAP_TS_REFERENCED_MAX reference bits, it may not detect some
6616  *      dirty pages.  Those dirty pages will only be detected by a future call
6617  *      to pmap_is_modified().
6618  *
6619  *      A DI block is not needed within this function, because
6620  *      invalidations are performed before the PV list lock is
6621  *      released.
6622  */
6623 int
6624 pmap_ts_referenced(vm_page_t m)
6625 {
6626         struct md_page *pvh;
6627         pv_entry_t pv, pvf;
6628         pmap_t pmap;
6629         struct rwlock *lock;
6630         pd_entry_t oldpde, *pde;
6631         pt_entry_t *pte, PG_A, PG_M, PG_RW;
6632         vm_offset_t va;
6633         vm_paddr_t pa;
6634         int cleared, md_gen, not_cleared, pvh_gen;
6635         struct spglist free;
6636         boolean_t demoted;
6637
6638         KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
6639             ("pmap_ts_referenced: page %p is not managed", m));
6640         SLIST_INIT(&free);
6641         cleared = 0;
6642         pa = VM_PAGE_TO_PHYS(m);
6643         lock = PHYS_TO_PV_LIST_LOCK(pa);
6644         pvh = (m->flags & PG_FICTITIOUS) != 0 ? &pv_dummy : pa_to_pvh(pa);
6645         rw_wlock(lock);
6646 retry:
6647         not_cleared = 0;
6648         if ((pvf = TAILQ_FIRST(&pvh->pv_list)) == NULL)
6649                 goto small_mappings;
6650         pv = pvf;
6651         do {
6652                 if (pvf == NULL)
6653                         pvf = pv;
6654                 pmap = PV_PMAP(pv);
6655                 if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
6656                         pvh_gen = pvh->pv_gen;
6657                         rw_wunlock(lock);
6658                         PMAP_LOCK(pmap);
6659                         rw_wlock(lock);
6660                         if (pvh_gen != pvh->pv_gen) {
6661                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
6662                                 goto retry;
6663                         }
6664                 }
6665                 PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
6666                 PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
6667                 PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
6668                 va = pv->pv_va;
6669                 pde = pmap_pde(pmap, pv->pv_va);
6670                 oldpde = *pde;
6671                 if ((oldpde & (PG_M | PG_RW)) == (PG_M | PG_RW)) {
6672                         /*
6673                          * Although "oldpde" is mapping a 2MB page, because
6674                          * this function is called at a 4KB page granularity,
6675                          * we only update the 4KB page under test.
6676                          */
6677                         vm_page_dirty(m);
6678                 }
6679                 if ((oldpde & PG_A) != 0) {
6680                         /*
6681                          * Since this reference bit is shared by 512 4KB
6682                          * pages, it should not be cleared every time it is
6683                          * tested.  Apply a simple "hash" function on the
6684                          * physical page number, the virtual superpage number,
6685                          * and the pmap address to select one 4KB page out of
6686                          * the 512 on which testing the reference bit will
6687                          * result in clearing that reference bit.  This
6688                          * function is designed to avoid the selection of the
6689                          * same 4KB page for every 2MB page mapping.
6690                          *
6691                          * On demotion, a mapping that hasn't been referenced
6692                          * is simply destroyed.  To avoid the possibility of a
6693                          * subsequent page fault on a demoted wired mapping,
6694                          * always leave its reference bit set.  Moreover,
6695                          * since the superpage is wired, the current state of
6696                          * its reference bit won't affect page replacement.
6697                          */
6698                         if ((((pa >> PAGE_SHIFT) ^ (pv->pv_va >> PDRSHIFT) ^
6699                             (uintptr_t)pmap) & (NPTEPG - 1)) == 0 &&
6700                             (oldpde & PG_W) == 0) {
6701                                 if (safe_to_clear_referenced(pmap, oldpde)) {
6702                                         atomic_clear_long(pde, PG_A);
6703                                         pmap_invalidate_page(pmap, pv->pv_va);
6704                                         demoted = FALSE;
6705                                 } else if (pmap_demote_pde_locked(pmap, pde,
6706                                     pv->pv_va, &lock)) {
6707                                         /*
6708                                          * Remove the mapping to a single page
6709                                          * so that a subsequent access may
6710                                          * repromote.  Since the underlying
6711                                          * page table page is fully populated,
6712                                          * this removal never frees a page
6713                                          * table page.
6714                                          */
6715                                         demoted = TRUE;
6716                                         va += VM_PAGE_TO_PHYS(m) - (oldpde &
6717                                             PG_PS_FRAME);
6718                                         pte = pmap_pde_to_pte(pde, va);
6719                                         pmap_remove_pte(pmap, pte, va, *pde,
6720                                             NULL, &lock);
6721                                         pmap_invalidate_page(pmap, va);
6722                                 } else
6723                                         demoted = TRUE;
6724
6725                                 if (demoted) {
6726                                         /*
6727                                          * The superpage mapping was removed
6728                                          * entirely and therefore 'pv' is no
6729                                          * longer valid.
6730                                          */
6731                                         if (pvf == pv)
6732                                                 pvf = NULL;
6733                                         pv = NULL;
6734                                 }
6735                                 cleared++;
6736                                 KASSERT(lock == VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m),
6737                                     ("inconsistent pv lock %p %p for page %p",
6738                                     lock, VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m), m));
6739                         } else
6740                                 not_cleared++;
6741                 }
6742                 PMAP_UNLOCK(pmap);
6743                 /* Rotate the PV list if it has more than one entry. */
6744                 if (pv != NULL && TAILQ_NEXT(pv, pv_next) != NULL) {
6745                         TAILQ_REMOVE(&pvh->pv_list, pv, pv_next);
6746                         TAILQ_INSERT_TAIL(&pvh->pv_list, pv, pv_next);
6747                         pvh->pv_gen++;
6748                 }
6749                 if (cleared + not_cleared >= PMAP_TS_REFERENCED_MAX)
6750                         goto out;
6751         } while ((pv = TAILQ_FIRST(&pvh->pv_list)) != pvf);
6752 small_mappings:
6753         if ((pvf = TAILQ_FIRST(&m->md.pv_list)) == NULL)
6754                 goto out;
6755         pv = pvf;
6756         do {
6757                 if (pvf == NULL)
6758                         pvf = pv;
6759                 pmap = PV_PMAP(pv);
6760                 if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
6761                         pvh_gen = pvh->pv_gen;
6762                         md_gen = m->md.pv_gen;
6763                         rw_wunlock(lock);
6764                         PMAP_LOCK(pmap);
6765                         rw_wlock(lock);
6766                         if (pvh_gen != pvh->pv_gen || md_gen != m->md.pv_gen) {
6767                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
6768                                 goto retry;
6769                         }
6770                 }
6771                 PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
6772                 PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
6773                 PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
6774                 pde = pmap_pde(pmap, pv->pv_va);
6775                 KASSERT((*pde & PG_PS) == 0,
6776                     ("pmap_ts_referenced: found a 2mpage in page %p's pv list",
6777                     m));
6778                 pte = pmap_pde_to_pte(pde, pv->pv_va);
6779                 if ((*pte & (PG_M | PG_RW)) == (PG_M | PG_RW))
6780                         vm_page_dirty(m);
6781                 if ((*pte & PG_A) != 0) {
6782                         if (safe_to_clear_referenced(pmap, *pte)) {
6783                                 atomic_clear_long(pte, PG_A);
6784                                 pmap_invalidate_page(pmap, pv->pv_va);
6785                                 cleared++;
6786                         } else if ((*pte & PG_W) == 0) {
6787                                 /*
6788                                  * Wired pages cannot be paged out so
6789                                  * doing accessed bit emulation for
6790                                  * them is wasted effort. We do the
6791                                  * hard work for unwired pages only.
6792                                  */
6793                                 pmap_remove_pte(pmap, pte, pv->pv_va,
6794                                     *pde, &free, &lock);
6795                                 pmap_invalidate_page(pmap, pv->pv_va);
6796                                 cleared++;
6797                                 if (pvf == pv)
6798                                         pvf = NULL;
6799                                 pv = NULL;
6800                                 KASSERT(lock == VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m),
6801                                     ("inconsistent pv lock %p %p for page %p",
6802                                     lock, VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m), m));
6803                         } else
6804                                 not_cleared++;
6805                 }
6806                 PMAP_UNLOCK(pmap);
6807                 /* Rotate the PV list if it has more than one entry. */
6808                 if (pv != NULL && TAILQ_NEXT(pv, pv_next) != NULL) {
6809                         TAILQ_REMOVE(&m->md.pv_list, pv, pv_next);
6810                         TAILQ_INSERT_TAIL(&m->md.pv_list, pv, pv_next);
6811                         m->md.pv_gen++;
6812                 }
6813         } while ((pv = TAILQ_FIRST(&m->md.pv_list)) != pvf && cleared +
6814             not_cleared < PMAP_TS_REFERENCED_MAX);
6815 out:
6816         rw_wunlock(lock);
6817         vm_page_free_pages_toq(&free, true);
6818         return (cleared + not_cleared);
6819 }
6820
6821 /*
6822  *      Apply the given advice to the specified range of addresses within the
6823  *      given pmap.  Depending on the advice, clear the referenced and/or
6824  *      modified flags in each mapping and set the mapped page's dirty field.
6825  */
6826 void
6827 pmap_advise(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva, int advice)
6828 {
6829         struct rwlock *lock;
6830         pml4_entry_t *pml4e;
6831         pdp_entry_t *pdpe;
6832         pd_entry_t oldpde, *pde;
6833         pt_entry_t *pte, PG_A, PG_G, PG_M, PG_RW, PG_V;
6834         vm_offset_t va, va_next;
6835         vm_page_t m;
6836         boolean_t anychanged;
6837
6838         if (advice != MADV_DONTNEED && advice != MADV_FREE)
6839                 return;
6840
6841         /*
6842          * A/D bit emulation requires an alternate code path when clearing
6843          * the modified and accessed bits below. Since this function is
6844          * advisory in nature we skip it entirely for pmaps that require
6845          * A/D bit emulation.
6846          */
6847         if (pmap_emulate_ad_bits(pmap))
6848                 return;
6849
6850         PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
6851         PG_G = pmap_global_bit(pmap);
6852         PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
6853         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
6854         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
6855         anychanged = FALSE;
6856         pmap_delayed_invl_started();
6857         PMAP_LOCK(pmap);
6858         for (; sva < eva; sva = va_next) {
6859                 pml4e = pmap_pml4e(pmap, sva);
6860                 if ((*pml4e & PG_V) == 0) {
6861                         va_next = (sva + NBPML4) & ~PML4MASK;
6862                         if (va_next < sva)
6863                                 va_next = eva;
6864                         continue;
6865                 }
6866                 pdpe = pmap_pml4e_to_pdpe(pml4e, sva);
6867                 if ((*pdpe & PG_V) == 0) {
6868                         va_next = (sva + NBPDP) & ~PDPMASK;
6869                         if (va_next < sva)
6870                                 va_next = eva;
6871                         continue;
6872                 }
6873                 va_next = (sva + NBPDR) & ~PDRMASK;
6874                 if (va_next < sva)
6875                         va_next = eva;
6876                 pde = pmap_pdpe_to_pde(pdpe, sva);
6877                 oldpde = *pde;
6878                 if ((oldpde & PG_V) == 0)
6879                         continue;
6880                 else if ((oldpde & PG_PS) != 0) {
6881                         if ((oldpde & PG_MANAGED) == 0)
6882                                 continue;
6883                         lock = NULL;
6884                         if (!pmap_demote_pde_locked(pmap, pde, sva, &lock)) {
6885                                 if (lock != NULL)
6886                                         rw_wunlock(lock);
6887
6888                                 /*
6889                                  * The large page mapping was destroyed.
6890                                  */
6891                                 continue;
6892                         }
6893
6894                         /*
6895                          * Unless the page mappings are wired, remove the
6896                          * mapping to a single page so that a subsequent
6897                          * access may repromote.  Since the underlying page
6898                          * table page is fully populated, this removal never
6899                          * frees a page table page.
6900                          */
6901                         if ((oldpde & PG_W) == 0) {
6902                                 pte = pmap_pde_to_pte(pde, sva);
6903                                 KASSERT((*pte & PG_V) != 0,
6904                                     ("pmap_advise: invalid PTE"));
6905                                 pmap_remove_pte(pmap, pte, sva, *pde, NULL,
6906                                     &lock);
6907                                 anychanged = TRUE;
6908                         }
6909                         if (lock != NULL)
6910                                 rw_wunlock(lock);
6911                 }
6912                 if (va_next > eva)
6913                         va_next = eva;
6914                 va = va_next;
6915                 for (pte = pmap_pde_to_pte(pde, sva); sva != va_next; pte++,
6916                     sva += PAGE_SIZE) {
6917                         if ((*pte & (PG_MANAGED | PG_V)) != (PG_MANAGED | PG_V))
6918                                 goto maybe_invlrng;
6919                         else if ((*pte & (PG_M | PG_RW)) == (PG_M | PG_RW)) {
6920                                 if (advice == MADV_DONTNEED) {
6921                                         /*
6922                                          * Future calls to pmap_is_modified()
6923                                          * can be avoided by making the page
6924                                          * dirty now.
6925                                          */
6926                                         m = PHYS_TO_VM_PAGE(*pte & PG_FRAME);
6927                                         vm_page_dirty(m);
6928                                 }
6929                                 atomic_clear_long(pte, PG_M | PG_A);
6930                         } else if ((*pte & PG_A) != 0)
6931                                 atomic_clear_long(pte, PG_A);
6932                         else
6933                                 goto maybe_invlrng;
6934
6935                         if ((*pte & PG_G) != 0) {
6936                                 if (va == va_next)
6937                                         va = sva;
6938                         } else
6939                                 anychanged = TRUE;
6940                         continue;
6941 maybe_invlrng:
6942                         if (va != va_next) {
6943                                 pmap_invalidate_range(pmap, va, sva);
6944                                 va = va_next;
6945                         }
6946                 }
6947                 if (va != va_next)
6948                         pmap_invalidate_range(pmap, va, sva);
6949         }
6950         if (anychanged)
6951                 pmap_invalidate_all(pmap);
6952         PMAP_UNLOCK(pmap);
6953         pmap_delayed_invl_finished();
6954 }
6955
6956 /*
6957  *      Clear the modify bits on the specified physical page.
6958  */
6959 void
6960 pmap_clear_modify(vm_page_t m)
6961 {
6962         struct md_page *pvh;
6963         pmap_t pmap;
6964         pv_entry_t next_pv, pv;
6965         pd_entry_t oldpde, *pde;
6966         pt_entry_t oldpte, *pte, PG_M, PG_RW, PG_V;
6967         struct rwlock *lock;
6968         vm_offset_t va;
6969         int md_gen, pvh_gen;
6970
6971         KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
6972             ("pmap_clear_modify: page %p is not managed", m));
6973         VM_OBJECT_ASSERT_WLOCKED(m->object);
6974         KASSERT(!vm_page_xbusied(m),
6975             ("pmap_clear_modify: page %p is exclusive busied", m));
6976
6977         /*
6978          * If the page is not PGA_WRITEABLE, then no PTEs can have PG_M set.
6979          * If the object containing the page is locked and the page is not
6980          * exclusive busied, then PGA_WRITEABLE cannot be concurrently set.
6981          */
6982         if ((m->aflags & PGA_WRITEABLE) == 0)
6983                 return;
6984         pvh = (m->flags & PG_FICTITIOUS) != 0 ? &pv_dummy :
6985             pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
6986         lock = VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m);
6987         rw_wlock(lock);
6988 restart:
6989         TAILQ_FOREACH_SAFE(pv, &pvh->pv_list, pv_next, next_pv) {
6990                 pmap = PV_PMAP(pv);
6991                 if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
6992                         pvh_gen = pvh->pv_gen;
6993                         rw_wunlock(lock);
6994                         PMAP_LOCK(pmap);
6995                         rw_wlock(lock);
6996                         if (pvh_gen != pvh->pv_gen) {
6997                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
6998                                 goto restart;
6999                         }
7000                 }
7001                 PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
7002                 PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
7003                 PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
7004                 va = pv->pv_va;
7005                 pde = pmap_pde(pmap, va);
7006                 oldpde = *pde;
7007                 if ((oldpde & PG_RW) != 0) {
7008                         if (pmap_demote_pde_locked(pmap, pde, va, &lock)) {
7009                                 if ((oldpde & PG_W) == 0) {
7010                                         /*
7011                                          * Write protect the mapping to a
7012                                          * single page so that a subsequent
7013                                          * write access may repromote.
7014                                          */
7015                                         va += VM_PAGE_TO_PHYS(m) - (oldpde &
7016                                             PG_PS_FRAME);
7017                                         pte = pmap_pde_to_pte(pde, va);
7018                                         oldpte = *pte;
7019                                         if ((oldpte & PG_V) != 0) {
7020                                                 while (!atomic_cmpset_long(pte,
7021                                                     oldpte,
7022                                                     oldpte & ~(PG_M | PG_RW)))
7023                                                         oldpte = *pte;
7024                                                 vm_page_dirty(m);
7025                                                 pmap_invalidate_page(pmap, va);
7026                                         }
7027                                 }
7028                         }
7029                 }
7030                 PMAP_UNLOCK(pmap);
7031         }
7032         TAILQ_FOREACH(pv, &m->md.pv_list, pv_next) {
7033                 pmap = PV_PMAP(pv);
7034                 if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
7035                         md_gen = m->md.pv_gen;
7036                         pvh_gen = pvh->pv_gen;
7037                         rw_wunlock(lock);
7038                         PMAP_LOCK(pmap);
7039                         rw_wlock(lock);
7040                         if (pvh_gen != pvh->pv_gen || md_gen != m->md.pv_gen) {
7041                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
7042                                 goto restart;
7043                         }
7044                 }
7045                 PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
7046                 PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
7047                 pde = pmap_pde(pmap, pv->pv_va);
7048                 KASSERT((*pde & PG_PS) == 0, ("pmap_clear_modify: found"
7049                     " a 2mpage in page %p's pv list", m));
7050                 pte = pmap_pde_to_pte(pde, pv->pv_va);
7051                 if ((*pte & (PG_M | PG_RW)) == (PG_M | PG_RW)) {
7052                         atomic_clear_long(pte, PG_M);
7053                         pmap_invalidate_page(pmap, pv->pv_va);
7054                 }
7055                 PMAP_UNLOCK(pmap);
7056         }
7057         rw_wunlock(lock);
7058 }
7059
7060 /*
7061  * Miscellaneous support routines follow
7062  */
7063
7064 /* Adjust the cache mode for a 4KB page mapped via a PTE. */
7065 static __inline void
7066 pmap_pte_attr(pt_entry_t *pte, int cache_bits, int mask)
7067 {
7068         u_int opte, npte;
7069
7070         /*
7071          * The cache mode bits are all in the low 32-bits of the
7072          * PTE, so we can just spin on updating the low 32-bits.
7073          */
7074         do {
7075                 opte = *(u_int *)pte;
7076                 npte = opte & ~mask;
7077                 npte |= cache_bits;
7078         } while (npte != opte && !atomic_cmpset_int((u_int *)pte, opte, npte));
7079 }
7080
7081 /* Adjust the cache mode for a 2MB page mapped via a PDE. */
7082 static __inline void
7083 pmap_pde_attr(pd_entry_t *pde, int cache_bits, int mask)
7084 {
7085         u_int opde, npde;
7086
7087         /*
7088          * The cache mode bits are all in the low 32-bits of the
7089          * PDE, so we can just spin on updating the low 32-bits.
7090          */
7091         do {
7092                 opde = *(u_int *)pde;
7093                 npde = opde & ~mask;
7094                 npde |= cache_bits;
7095         } while (npde != opde && !atomic_cmpset_int((u_int *)pde, opde, npde));
7096 }
7097
7098 /*
7099  * Map a set of physical memory pages into the kernel virtual
7100  * address space. Return a pointer to where it is mapped. This
7101  * routine is intended to be used for mapping device memory,
7102  * NOT real memory.
7103  */
7104 static void *
7105 pmap_mapdev_internal(vm_paddr_t pa, vm_size_t size, int mode, bool noflush)
7106 {
7107         struct pmap_preinit_mapping *ppim;
7108         vm_offset_t va, offset;
7109         vm_size_t tmpsize;
7110         int i;
7111
7112         offset = pa & PAGE_MASK;
7113         size = round_page(offset + size);
7114         pa = trunc_page(pa);
7115
7116         if (!pmap_initialized) {
7117                 va = 0;
7118                 for (i = 0; i < PMAP_PREINIT_MAPPING_COUNT; i++) {
7119                         ppim = pmap_preinit_mapping + i;
7120                         if (ppim->va == 0) {
7121                                 ppim->pa = pa;
7122                                 ppim->sz = size;
7123                                 ppim->mode = mode;
7124                                 ppim->va = virtual_avail;
7125                                 virtual_avail += size;
7126                                 va = ppim->va;
7127                                 break;
7128                         }
7129                 }
7130                 if (va == 0)
7131                         panic("%s: too many preinit mappings", __func__);
7132         } else {
7133                 /*
7134                  * If we have a preinit mapping, re-use it.
7135                  */
7136                 for (i = 0; i < PMAP_PREINIT_MAPPING_COUNT; i++) {
7137                         ppim = pmap_preinit_mapping + i;
7138                         if (ppim->pa == pa && ppim->sz == size &&
7139                             ppim->mode == mode)
7140                                 return ((void *)(ppim->va + offset));
7141                 }
7142                 /*
7143                  * If the specified range of physical addresses fits within
7144                  * the direct map window, use the direct map.
7145                  */
7146                 if (pa < dmaplimit && pa + size <= dmaplimit) {
7147                         va = PHYS_TO_DMAP(pa);
7148                         PMAP_LOCK(kernel_pmap);
7149                         i = pmap_change_attr_locked(va, size, mode, noflush);
7150                         PMAP_UNLOCK(kernel_pmap);
7151                         if (!i)
7152                                 return ((void *)(va + offset));
7153                 }
7154                 va = kva_alloc(size);
7155                 if (va == 0)
7156                         panic("%s: Couldn't allocate KVA", __func__);
7157         }
7158         for (tmpsize = 0; tmpsize < size; tmpsize += PAGE_SIZE)
7159                 pmap_kenter_attr(va + tmpsize, pa + tmpsize, mode);
7160         pmap_invalidate_range(kernel_pmap, va, va + tmpsize);
7161         if (!noflush)
7162                 pmap_invalidate_cache_range(va, va + tmpsize);
7163         return ((void *)(va + offset));
7164 }
7165
7166 void *
7167 pmap_mapdev_attr(vm_paddr_t pa, vm_size_t size, int mode)
7168 {
7169
7170         return (pmap_mapdev_internal(pa, size, mode, false));
7171 }
7172
7173 void *
7174 pmap_mapdev(vm_paddr_t pa, vm_size_t size)
7175 {
7176
7177         return (pmap_mapdev_internal(pa, size, PAT_UNCACHEABLE, false));
7178 }
7179
7180 void *
7181 pmap_mapdev_pciecfg(vm_paddr_t pa, vm_size_t size)
7182 {
7183
7184         return (pmap_mapdev_internal(pa, size, PAT_UNCACHEABLE, true));
7185 }
7186
7187 void *
7188 pmap_mapbios(vm_paddr_t pa, vm_size_t size)
7189 {
7190
7191         return (pmap_mapdev_internal(pa, size, PAT_WRITE_BACK, false));
7192 }
7193
7194 void
7195 pmap_unmapdev(vm_offset_t va, vm_size_t size)
7196 {
7197         struct pmap_preinit_mapping *ppim;
7198         vm_offset_t offset;
7199         int i;
7200
7201         /* If we gave a direct map region in pmap_mapdev, do nothing */
7202         if (va >= DMAP_MIN_ADDRESS && va < DMAP_MAX_ADDRESS)
7203                 return;
7204         offset = va & PAGE_MASK;
7205         size = round_page(offset + size);
7206         va = trunc_page(va);
7207         for (i = 0; i < PMAP_PREINIT_MAPPING_COUNT; i++) {
7208                 ppim = pmap_preinit_mapping + i;
7209                 if (ppim->va == va && ppim->sz == size) {
7210                         if (pmap_initialized)
7211                                 return;
7212                         ppim->pa = 0;
7213                         ppim->va = 0;
7214                         ppim->sz = 0;
7215                         ppim->mode = 0;
7216                         if (va + size == virtual_avail)
7217                                 virtual_avail = va;
7218                         return;
7219                 }
7220         }
7221         if (pmap_initialized)
7222                 kva_free(va, size);
7223 }
7224
7225 /*
7226  * Tries to demote a 1GB page mapping.
7227  */
7228 static boolean_t
7229 pmap_demote_pdpe(pmap_t pmap, pdp_entry_t *pdpe, vm_offset_t va)
7230 {
7231         pdp_entry_t newpdpe, oldpdpe;
7232         pd_entry_t *firstpde, newpde, *pde;
7233         pt_entry_t PG_A, PG_M, PG_RW, PG_V;
7234         vm_paddr_t pdpgpa;
7235         vm_page_t pdpg;
7236
7237         PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
7238         PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
7239         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
7240         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
7241
7242         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
7243         oldpdpe = *pdpe;
7244         KASSERT((oldpdpe & (PG_PS | PG_V)) == (PG_PS | PG_V),
7245             ("pmap_demote_pdpe: oldpdpe is missing PG_PS and/or PG_V"));
7246         if ((pdpg = vm_page_alloc(NULL, va >> PDPSHIFT, VM_ALLOC_INTERRUPT |
7247             VM_ALLOC_NOOBJ | VM_ALLOC_WIRED)) == NULL) {
7248                 CTR2(KTR_PMAP, "pmap_demote_pdpe: failure for va %#lx"
7249                     " in pmap %p", va, pmap);
7250                 return (FALSE);
7251         }
7252         pdpgpa = VM_PAGE_TO_PHYS(pdpg);
7253         firstpde = (pd_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(pdpgpa);
7254         newpdpe = pdpgpa | PG_M | PG_A | (oldpdpe & PG_U) | PG_RW | PG_V;
7255         KASSERT((oldpdpe & PG_A) != 0,
7256             ("pmap_demote_pdpe: oldpdpe is missing PG_A"));
7257         KASSERT((oldpdpe & (PG_M | PG_RW)) != PG_RW,
7258             ("pmap_demote_pdpe: oldpdpe is missing PG_M"));
7259         newpde = oldpdpe;
7260
7261         /*
7262          * Initialize the page directory page.
7263          */
7264         for (pde = firstpde; pde < firstpde + NPDEPG; pde++) {
7265                 *pde = newpde;
7266                 newpde += NBPDR;
7267         }
7268
7269         /*
7270          * Demote the mapping.
7271          */
7272         *pdpe = newpdpe;
7273
7274         /*
7275          * Invalidate a stale recursive mapping of the page directory page.
7276          */
7277         pmap_invalidate_page(pmap, (vm_offset_t)vtopde(va));
7278
7279         pmap_pdpe_demotions++;
7280         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_demote_pdpe: success for va %#lx"
7281             " in pmap %p", va, pmap);
7282         return (TRUE);
7283 }
7284
7285 /*
7286  * Sets the memory attribute for the specified page.
7287  */
7288 void
7289 pmap_page_set_memattr(vm_page_t m, vm_memattr_t ma)
7290 {
7291
7292         m->md.pat_mode = ma;
7293
7294         /*
7295          * If "m" is a normal page, update its direct mapping.  This update
7296          * can be relied upon to perform any cache operations that are
7297          * required for data coherence.
7298          */
7299         if ((m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0 &&
7300             pmap_change_attr(PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(m)), PAGE_SIZE,
7301             m->md.pat_mode))
7302                 panic("memory attribute change on the direct map failed");
7303 }
7304
7305 /*
7306  * Changes the specified virtual address range's memory type to that given by
7307  * the parameter "mode".  The specified virtual address range must be
7308  * completely contained within either the direct map or the kernel map.  If
7309  * the virtual address range is contained within the kernel map, then the
7310  * memory type for each of the corresponding ranges of the direct map is also
7311  * changed.  (The corresponding ranges of the direct map are those ranges that
7312  * map the same physical pages as the specified virtual address range.)  These
7313  * changes to the direct map are necessary because Intel describes the
7314  * behavior of their processors as "undefined" if two or more mappings to the
7315  * same physical page have different memory types.
7316  *
7317  * Returns zero if the change completed successfully, and either EINVAL or
7318  * ENOMEM if the change failed.  Specifically, EINVAL is returned if some part
7319  * of the virtual address range was not mapped, and ENOMEM is returned if
7320  * there was insufficient memory available to complete the change.  In the
7321  * latter case, the memory type may have been changed on some part of the
7322  * virtual address range or the direct map.
7323  */
7324 int
7325 pmap_change_attr(vm_offset_t va, vm_size_t size, int mode)
7326 {
7327         int error;
7328
7329         PMAP_LOCK(kernel_pmap);
7330         error = pmap_change_attr_locked(va, size, mode, false);
7331         PMAP_UNLOCK(kernel_pmap);
7332         return (error);
7333 }
7334
7335 static int
7336 pmap_change_attr_locked(vm_offset_t va, vm_size_t size, int mode, bool noflush)
7337 {
7338         vm_offset_t base, offset, tmpva;
7339         vm_paddr_t pa_start, pa_end, pa_end1;
7340         pdp_entry_t *pdpe;
7341         pd_entry_t *pde;
7342         pt_entry_t *pte;
7343         int cache_bits_pte, cache_bits_pde, error;
7344         boolean_t changed;
7345
7346         PMAP_LOCK_ASSERT(kernel_pmap, MA_OWNED);
7347         base = trunc_page(va);
7348         offset = va & PAGE_MASK;
7349         size = round_page(offset + size);
7350
7351         /*
7352          * Only supported on kernel virtual addresses, including the direct
7353          * map but excluding the recursive map.
7354          */
7355         if (base < DMAP_MIN_ADDRESS)
7356                 return (EINVAL);
7357
7358         cache_bits_pde = pmap_cache_bits(kernel_pmap, mode, 1);
7359         cache_bits_pte = pmap_cache_bits(kernel_pmap, mode, 0);
7360         changed = FALSE;
7361
7362         /*
7363          * Pages that aren't mapped aren't supported.  Also break down 2MB pages
7364          * into 4KB pages if required.
7365          */
7366         for (tmpva = base; tmpva < base + size; ) {
7367                 pdpe = pmap_pdpe(kernel_pmap, tmpva);
7368                 if (pdpe == NULL || *pdpe == 0)
7369                         return (EINVAL);
7370                 if (*pdpe & PG_PS) {
7371                         /*
7372                          * If the current 1GB page already has the required
7373                          * memory type, then we need not demote this page. Just
7374                          * increment tmpva to the next 1GB page frame.
7375                          */
7376                         if ((*pdpe & X86_PG_PDE_CACHE) == cache_bits_pde) {
7377                                 tmpva = trunc_1gpage(tmpva) + NBPDP;
7378                                 continue;
7379                         }
7380
7381                         /*
7382                          * If the current offset aligns with a 1GB page frame
7383                          * and there is at least 1GB left within the range, then
7384                          * we need not break down this page into 2MB pages.
7385                          */
7386                         if ((tmpva & PDPMASK) == 0 &&
7387                             tmpva + PDPMASK < base + size) {
7388                                 tmpva += NBPDP;
7389                                 continue;
7390                         }
7391                         if (!pmap_demote_pdpe(kernel_pmap, pdpe, tmpva))
7392                                 return (ENOMEM);
7393                 }
7394                 pde = pmap_pdpe_to_pde(pdpe, tmpva);
7395                 if (*pde == 0)
7396                         return (EINVAL);
7397                 if (*pde & PG_PS) {
7398                         /*
7399                          * If the current 2MB page already has the required
7400                          * memory type, then we need not demote this page. Just
7401                          * increment tmpva to the next 2MB page frame.
7402                          */
7403                         if ((*pde & X86_PG_PDE_CACHE) == cache_bits_pde) {
7404                                 tmpva = trunc_2mpage(tmpva) + NBPDR;
7405                                 continue;
7406                         }
7407
7408                         /*
7409                          * If the current offset aligns with a 2MB page frame
7410                          * and there is at least 2MB left within the range, then
7411                          * we need not break down this page into 4KB pages.
7412                          */
7413                         if ((tmpva & PDRMASK) == 0 &&
7414                             tmpva + PDRMASK < base + size) {
7415                                 tmpva += NBPDR;
7416                                 continue;
7417                         }
7418                         if (!pmap_demote_pde(kernel_pmap, pde, tmpva))
7419                                 return (ENOMEM);
7420                 }
7421                 pte = pmap_pde_to_pte(pde, tmpva);
7422                 if (*pte == 0)
7423                         return (EINVAL);
7424                 tmpva += PAGE_SIZE;
7425         }
7426         error = 0;
7427
7428         /*
7429          * Ok, all the pages exist, so run through them updating their
7430          * cache mode if required.
7431          */
7432         pa_start = pa_end = 0;
7433         for (tmpva = base; tmpva < base + size; ) {
7434                 pdpe = pmap_pdpe(kernel_pmap, tmpva);
7435                 if (*pdpe & PG_PS) {
7436                         if ((*pdpe & X86_PG_PDE_CACHE) != cache_bits_pde) {
7437                                 pmap_pde_attr(pdpe, cache_bits_pde,
7438                                     X86_PG_PDE_CACHE);
7439                                 changed = TRUE;
7440                         }
7441                         if (tmpva >= VM_MIN_KERNEL_ADDRESS &&
7442                             (*pdpe & PG_PS_FRAME) < dmaplimit) {
7443                                 if (pa_start == pa_end) {
7444                                         /* Start physical address run. */
7445                                         pa_start = *pdpe & PG_PS_FRAME;
7446                                         pa_end = pa_start + NBPDP;
7447                                 } else if (pa_end == (*pdpe & PG_PS_FRAME))
7448                                         pa_end += NBPDP;
7449                                 else {
7450                                         /* Run ended, update direct map. */
7451                                         error = pmap_change_attr_locked(
7452                                             PHYS_TO_DMAP(pa_start),
7453                                             pa_end - pa_start, mode, noflush);
7454                                         if (error != 0)
7455                                                 break;
7456                                         /* Start physical address run. */
7457                                         pa_start = *pdpe & PG_PS_FRAME;
7458                                         pa_end = pa_start + NBPDP;
7459                                 }
7460                         }
7461                         tmpva = trunc_1gpage(tmpva) + NBPDP;
7462                         continue;
7463                 }
7464                 pde = pmap_pdpe_to_pde(pdpe, tmpva);
7465                 if (*pde & PG_PS) {
7466                         if ((*pde & X86_PG_PDE_CACHE) != cache_bits_pde) {
7467                                 pmap_pde_attr(pde, cache_bits_pde,
7468                                     X86_PG_PDE_CACHE);
7469                                 changed = TRUE;
7470                         }
7471                         if (tmpva >= VM_MIN_KERNEL_ADDRESS &&
7472                             (*pde & PG_PS_FRAME) < dmaplimit) {
7473                                 if (pa_start == pa_end) {
7474                                         /* Start physical address run. */
7475                                         pa_start = *pde & PG_PS_FRAME;
7476                                         pa_end = pa_start + NBPDR;
7477                                 } else if (pa_end == (*pde & PG_PS_FRAME))
7478                                         pa_end += NBPDR;
7479                                 else {
7480                                         /* Run ended, update direct map. */
7481                                         error = pmap_change_attr_locked(
7482                                             PHYS_TO_DMAP(pa_start),
7483                                             pa_end - pa_start, mode, noflush);
7484                                         if (error != 0)
7485                                                 break;
7486                                         /* Start physical address run. */
7487                                         pa_start = *pde & PG_PS_FRAME;
7488                                         pa_end = pa_start + NBPDR;
7489                                 }
7490                         }
7491                         tmpva = trunc_2mpage(tmpva) + NBPDR;
7492                 } else {
7493                         pte = pmap_pde_to_pte(pde, tmpva);
7494                         if ((*pte & X86_PG_PTE_CACHE) != cache_bits_pte) {
7495                                 pmap_pte_attr(pte, cache_bits_pte,
7496                                     X86_PG_PTE_CACHE);
7497                                 changed = TRUE;
7498                         }
7499                         if (tmpva >= VM_MIN_KERNEL_ADDRESS &&
7500                             (*pte & PG_FRAME) < dmaplimit) {
7501                                 if (pa_start == pa_end) {
7502                                         /* Start physical address run. */
7503                                         pa_start = *pte & PG_FRAME;
7504                                         pa_end = pa_start + PAGE_SIZE;
7505                                 } else if (pa_end == (*pte & PG_FRAME))
7506                                         pa_end += PAGE_SIZE;
7507                                 else {
7508                                         /* Run ended, update direct map. */
7509                                         error = pmap_change_attr_locked(
7510                                             PHYS_TO_DMAP(pa_start),
7511                                             pa_end - pa_start, mode, noflush);
7512                                         if (error != 0)
7513                                                 break;
7514                                         /* Start physical address run. */
7515                                         pa_start = *pte & PG_FRAME;
7516                                         pa_end = pa_start + PAGE_SIZE;
7517                                 }
7518                         }
7519                         tmpva += PAGE_SIZE;
7520                 }
7521         }
7522         if (error == 0 && pa_start != pa_end && pa_start < dmaplimit) {
7523                 pa_end1 = MIN(pa_end, dmaplimit);
7524                 if (pa_start != pa_end1)
7525                         error = pmap_change_attr_locked(PHYS_TO_DMAP(pa_start),
7526                             pa_end1 - pa_start, mode, noflush);
7527         }
7528
7529         /*
7530          * Flush CPU caches if required to make sure any data isn't cached that
7531          * shouldn't be, etc.
7532          */
7533         if (changed) {
7534                 pmap_invalidate_range(kernel_pmap, base, tmpva);
7535                 if (!noflush)
7536                         pmap_invalidate_cache_range(base, tmpva);
7537         }
7538         return (error);
7539 }
7540
7541 /*
7542  * Demotes any mapping within the direct map region that covers more than the
7543  * specified range of physical addresses.  This range's size must be a power
7544  * of two and its starting address must be a multiple of its size.  Since the
7545  * demotion does not change any attributes of the mapping, a TLB invalidation
7546  * is not mandatory.  The caller may, however, request a TLB invalidation.
7547  */
7548 void
7549 pmap_demote_DMAP(vm_paddr_t base, vm_size_t len, boolean_t invalidate)
7550 {
7551         pdp_entry_t *pdpe;
7552         pd_entry_t *pde;
7553         vm_offset_t va;
7554         boolean_t changed;
7555
7556         if (len == 0)
7557                 return;
7558         KASSERT(powerof2(len), ("pmap_demote_DMAP: len is not a power of 2"));
7559         KASSERT((base & (len - 1)) == 0,
7560             ("pmap_demote_DMAP: base is not a multiple of len"));
7561         if (len < NBPDP && base < dmaplimit) {
7562                 va = PHYS_TO_DMAP(base);
7563                 changed = FALSE;
7564                 PMAP_LOCK(kernel_pmap);
7565                 pdpe = pmap_pdpe(kernel_pmap, va);
7566                 if ((*pdpe & X86_PG_V) == 0)
7567                         panic("pmap_demote_DMAP: invalid PDPE");
7568                 if ((*pdpe & PG_PS) != 0) {
7569                         if (!pmap_demote_pdpe(kernel_pmap, pdpe, va))
7570                                 panic("pmap_demote_DMAP: PDPE failed");
7571                         changed = TRUE;
7572                 }
7573                 if (len < NBPDR) {
7574                         pde = pmap_pdpe_to_pde(pdpe, va);
7575                         if ((*pde & X86_PG_V) == 0)
7576                                 panic("pmap_demote_DMAP: invalid PDE");
7577                         if ((*pde & PG_PS) != 0) {
7578                                 if (!pmap_demote_pde(kernel_pmap, pde, va))
7579                                         panic("pmap_demote_DMAP: PDE failed");
7580                                 changed = TRUE;
7581                         }
7582                 }
7583                 if (changed && invalidate)
7584                         pmap_invalidate_page(kernel_pmap, va);
7585                 PMAP_UNLOCK(kernel_pmap);
7586         }
7587 }
7588
7589 /*
7590  * perform the pmap work for mincore
7591  */
7592 int
7593 pmap_mincore(pmap_t pmap, vm_offset_t addr, vm_paddr_t *locked_pa)
7594 {
7595         pd_entry_t *pdep;
7596         pt_entry_t pte, PG_A, PG_M, PG_RW, PG_V;
7597         vm_paddr_t pa;
7598         int val;
7599
7600         PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
7601         PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
7602         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
7603         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
7604
7605         PMAP_LOCK(pmap);
7606 retry:
7607         pdep = pmap_pde(pmap, addr);
7608         if (pdep != NULL && (*pdep & PG_V)) {
7609                 if (*pdep & PG_PS) {
7610                         pte = *pdep;
7611                         /* Compute the physical address of the 4KB page. */
7612                         pa = ((*pdep & PG_PS_FRAME) | (addr & PDRMASK)) &
7613                             PG_FRAME;
7614                         val = MINCORE_SUPER;
7615                 } else {
7616                         pte = *pmap_pde_to_pte(pdep, addr);
7617                         pa = pte & PG_FRAME;
7618                         val = 0;
7619                 }
7620         } else {
7621                 pte = 0;
7622                 pa = 0;
7623                 val = 0;
7624         }
7625         if ((pte & PG_V) != 0) {
7626                 val |= MINCORE_INCORE;
7627                 if ((pte & (PG_M | PG_RW)) == (PG_M | PG_RW))
7628                         val |= MINCORE_MODIFIED | MINCORE_MODIFIED_OTHER;
7629                 if ((pte & PG_A) != 0)
7630                         val |= MINCORE_REFERENCED | MINCORE_REFERENCED_OTHER;
7631         }
7632         if ((val & (MINCORE_MODIFIED_OTHER | MINCORE_REFERENCED_OTHER)) !=
7633             (MINCORE_MODIFIED_OTHER | MINCORE_REFERENCED_OTHER) &&
7634             (pte & (PG_MANAGED | PG_V)) == (PG_MANAGED | PG_V)) {
7635                 /* Ensure that "PHYS_TO_VM_PAGE(pa)->object" doesn't change. */
7636                 if (vm_page_pa_tryrelock(pmap, pa, locked_pa))
7637                         goto retry;
7638         } else
7639                 PA_UNLOCK_COND(*locked_pa);
7640         PMAP_UNLOCK(pmap);
7641         return (val);
7642 }
7643
7644 static uint64_t
7645 pmap_pcid_alloc(pmap_t pmap, u_int cpuid)
7646 {
7647         uint32_t gen, new_gen, pcid_next;
7648
7649         CRITICAL_ASSERT(curthread);
7650         gen = PCPU_GET(pcid_gen);
7651         if (pmap->pm_pcids[cpuid].pm_pcid == PMAP_PCID_KERN)
7652                 return (pti ? 0 : CR3_PCID_SAVE);
7653         if (pmap->pm_pcids[cpuid].pm_gen == gen)
7654                 return (CR3_PCID_SAVE);
7655         pcid_next = PCPU_GET(pcid_next);
7656         KASSERT((!pti && pcid_next <= PMAP_PCID_OVERMAX) ||
7657             (pti && pcid_next <= PMAP_PCID_OVERMAX_KERN),
7658             ("cpu %d pcid_next %#x", cpuid, pcid_next));
7659         if ((!pti && pcid_next == PMAP_PCID_OVERMAX) ||
7660             (pti && pcid_next == PMAP_PCID_OVERMAX_KERN)) {
7661                 new_gen = gen + 1;
7662                 if (new_gen == 0)
7663                         new_gen = 1;
7664                 PCPU_SET(pcid_gen, new_gen);
7665                 pcid_next = PMAP_PCID_KERN + 1;
7666         } else {
7667                 new_gen = gen;
7668         }
7669         pmap->pm_pcids[cpuid].pm_pcid = pcid_next;
7670         pmap->pm_pcids[cpuid].pm_gen = new_gen;
7671         PCPU_SET(pcid_next, pcid_next + 1);
7672         return (0);
7673 }
7674
7675 static uint64_t
7676 pmap_pcid_alloc_checked(pmap_t pmap, u_int cpuid)
7677 {
7678         uint64_t cached;
7679
7680         cached = pmap_pcid_alloc(pmap, cpuid);
7681         KASSERT(pmap->pm_pcids[cpuid].pm_pcid < PMAP_PCID_OVERMAX,
7682             ("pmap %p cpu %d pcid %#x", pmap, cpuid,
7683             pmap->pm_pcids[cpuid].pm_pcid));
7684         KASSERT(pmap->pm_pcids[cpuid].pm_pcid != PMAP_PCID_KERN ||
7685             pmap == kernel_pmap,
7686             ("non-kernel pmap pmap %p cpu %d pcid %#x",
7687             pmap, cpuid, pmap->pm_pcids[cpuid].pm_pcid));
7688         return (cached);
7689 }
7690
7691 static void
7692 pmap_activate_sw_pti_post(pmap_t pmap)
7693 {
7694
7695         if (pmap->pm_ucr3 != PMAP_NO_CR3)
7696                 PCPU_GET(tssp)->tss_rsp0 = ((vm_offset_t)PCPU_PTR(pti_stack) +
7697                     PC_PTI_STACK_SZ * sizeof(uint64_t)) & ~0xful;
7698 }
7699
7700 static void inline
7701 pmap_activate_sw_pcid_pti(pmap_t pmap, u_int cpuid, const bool invpcid_works1)
7702 {
7703         struct invpcid_descr d;
7704         uint64_t cached, cr3, kcr3, ucr3;
7705
7706         cached = pmap_pcid_alloc_checked(pmap, cpuid);
7707         cr3 = rcr3();
7708         if ((cr3 & ~CR3_PCID_MASK) != pmap->pm_cr3)
7709                 load_cr3(pmap->pm_cr3 | pmap->pm_pcids[cpuid].pm_pcid);
7710         PCPU_SET(curpmap, pmap);
7711         kcr3 = pmap->pm_cr3 | pmap->pm_pcids[cpuid].pm_pcid;
7712         ucr3 = pmap->pm_ucr3 | pmap->pm_pcids[cpuid].pm_pcid |
7713             PMAP_PCID_USER_PT;
7714
7715         if (!cached && pmap->pm_ucr3 != PMAP_NO_CR3) {
7716                 /*
7717                  * Explicitly invalidate translations cached from the
7718                  * user page table.  They are not automatically
7719                  * flushed by reload of cr3 with the kernel page table
7720                  * pointer above.
7721                  *
7722                  * Note that the if() condition is resolved statically
7723                  * by using the function argument instead of
7724                  * runtime-evaluated invpcid_works value.
7725                  */
7726                 if (invpcid_works1) {
7727                         d.pcid = PMAP_PCID_USER_PT |
7728                             pmap->pm_pcids[cpuid].pm_pcid;
7729                         d.pad = 0;
7730                         d.addr = 0;
7731                         invpcid(&d, INVPCID_CTX);
7732                 } else {
7733                         pmap_pti_pcid_invalidate(ucr3, kcr3);
7734                 }
7735         }
7736
7737         PCPU_SET(kcr3, kcr3 | CR3_PCID_SAVE);
7738         PCPU_SET(ucr3, ucr3 | CR3_PCID_SAVE);
7739         if (cached)
7740                 PCPU_INC(pm_save_cnt);
7741 }
7742
7743 static void
7744 pmap_activate_sw_pcid_invpcid_pti(pmap_t pmap, u_int cpuid)
7745 {
7746
7747         pmap_activate_sw_pcid_pti(pmap, cpuid, true);
7748         pmap_activate_sw_pti_post(pmap);
7749 }
7750
7751 static void
7752 pmap_activate_sw_pcid_noinvpcid_pti(pmap_t pmap, u_int cpuid)
7753 {
7754         register_t rflags;
7755
7756         /*
7757          * If the INVPCID instruction is not available,
7758          * invltlb_pcid_handler() is used to handle an invalidate_all
7759          * IPI, which checks for curpmap == smp_tlb_pmap.  The below
7760          * sequence of operations has a window where %CR3 is loaded
7761          * with the new pmap's PML4 address, but the curpmap value has
7762          * not yet been updated.  This causes the invltlb IPI handler,
7763          * which is called between the updates, to execute as a NOP,
7764          * which leaves stale TLB entries.
7765          *
7766          * Note that the most typical use of pmap_activate_sw(), from
7767          * the context switch, is immune to this race, because
7768          * interrupts are disabled (while the thread lock is owned),
7769          * and the IPI happens after curpmap is updated.  Protect
7770          * other callers in a similar way, by disabling interrupts
7771          * around the %cr3 register reload and curpmap assignment.
7772          */
7773         rflags = intr_disable();
7774         pmap_activate_sw_pcid_pti(pmap, cpuid, false);
7775         intr_restore(rflags);
7776         pmap_activate_sw_pti_post(pmap);
7777 }
7778
7779 static void
7780 pmap_activate_sw_pcid_nopti(pmap_t pmap, u_int cpuid)
7781 {
7782         uint64_t cached, cr3;
7783
7784         cached = pmap_pcid_alloc_checked(pmap, cpuid);
7785         cr3 = rcr3();
7786         if (!cached || (cr3 & ~CR3_PCID_MASK) != pmap->pm_cr3)
7787                 load_cr3(pmap->pm_cr3 | pmap->pm_pcids[cpuid].pm_pcid |
7788                     cached);
7789         PCPU_SET(curpmap, pmap);
7790         if (cached)
7791                 PCPU_INC(pm_save_cnt);
7792 }
7793
7794 static void
7795 pmap_activate_sw_pcid_noinvpcid_nopti(pmap_t pmap, u_int cpuid)
7796 {
7797         register_t rflags;
7798
7799         rflags = intr_disable();
7800         pmap_activate_sw_pcid_nopti(pmap, cpuid);
7801         intr_restore(rflags);
7802 }
7803
7804 static void
7805 pmap_activate_sw_nopcid_nopti(pmap_t pmap, u_int cpuid __unused)
7806 {
7807
7808         load_cr3(pmap->pm_cr3);
7809         PCPU_SET(curpmap, pmap);
7810 }
7811
7812 static void
7813 pmap_activate_sw_nopcid_pti(pmap_t pmap, u_int cpuid __unused)
7814 {
7815
7816         pmap_activate_sw_nopcid_nopti(pmap, cpuid);
7817         PCPU_SET(kcr3, pmap->pm_cr3);
7818         PCPU_SET(ucr3, pmap->pm_ucr3);
7819         pmap_activate_sw_pti_post(pmap);
7820 }
7821
7822 DEFINE_IFUNC(static, void, pmap_activate_sw_mode, (pmap_t, u_int), static)
7823 {
7824
7825         if (pmap_pcid_enabled && pti && invpcid_works)
7826                 return (pmap_activate_sw_pcid_invpcid_pti);
7827         else if (pmap_pcid_enabled && pti && !invpcid_works)
7828                 return (pmap_activate_sw_pcid_noinvpcid_pti);
7829         else if (pmap_pcid_enabled && !pti && invpcid_works)
7830                 return (pmap_activate_sw_pcid_nopti);
7831         else if (pmap_pcid_enabled && !pti && !invpcid_works)
7832                 return (pmap_activate_sw_pcid_noinvpcid_nopti);
7833         else if (!pmap_pcid_enabled && pti)
7834                 return (pmap_activate_sw_nopcid_pti);
7835         else /* if (!pmap_pcid_enabled && !pti) */
7836                 return (pmap_activate_sw_nopcid_nopti);
7837 }
7838
7839 void
7840 pmap_activate_sw(struct thread *td)
7841 {
7842         pmap_t oldpmap, pmap;
7843         u_int cpuid;
7844
7845         oldpmap = PCPU_GET(curpmap);
7846         pmap = vmspace_pmap(td->td_proc->p_vmspace);
7847         if (oldpmap == pmap)
7848                 return;
7849         cpuid = PCPU_GET(cpuid);
7850 #ifdef SMP
7851         CPU_SET_ATOMIC(cpuid, &pmap->pm_active);
7852 #else
7853         CPU_SET(cpuid, &pmap->pm_active);
7854 #endif
7855         pmap_activate_sw_mode(pmap, cpuid);
7856 #ifdef SMP
7857         CPU_CLR_ATOMIC(cpuid, &oldpmap->pm_active);
7858 #else
7859         CPU_CLR(cpuid, &oldpmap->pm_active);
7860 #endif
7861 }
7862
7863 void
7864 pmap_activate(struct thread *td)
7865 {
7866
7867         critical_enter();
7868         pmap_activate_sw(td);
7869         critical_exit();
7870 }
7871
7872 void
7873 pmap_activate_boot(pmap_t pmap)
7874 {
7875         uint64_t kcr3;
7876         u_int cpuid;
7877
7878         /*
7879          * kernel_pmap must be never deactivated, and we ensure that
7880          * by never activating it at all.
7881          */
7882         MPASS(pmap != kernel_pmap);
7883
7884         cpuid = PCPU_GET(cpuid);
7885 #ifdef SMP
7886         CPU_SET_ATOMIC(cpuid, &pmap->pm_active);
7887 #else
7888         CPU_SET(cpuid, &pmap->pm_active);
7889 #endif
7890         PCPU_SET(curpmap, pmap);
7891         if (pti) {
7892                 kcr3 = pmap->pm_cr3;
7893                 if (pmap_pcid_enabled)
7894                         kcr3 |= pmap->pm_pcids[cpuid].pm_pcid | CR3_PCID_SAVE;
7895         } else {
7896                 kcr3 = PMAP_NO_CR3;
7897         }
7898         PCPU_SET(kcr3, kcr3);
7899         PCPU_SET(ucr3, PMAP_NO_CR3);
7900 }
7901
7902 void
7903 pmap_sync_icache(pmap_t pm, vm_offset_t va, vm_size_t sz)
7904 {
7905 }
7906
7907 /*
7908  *      Increase the starting virtual address of the given mapping if a
7909  *      different alignment might result in more superpage mappings.
7910  */
7911 void
7912 pmap_align_superpage(vm_object_t object, vm_ooffset_t offset,
7913     vm_offset_t *addr, vm_size_t size)
7914 {
7915         vm_offset_t superpage_offset;
7916
7917         if (size < NBPDR)
7918                 return;
7919         if (object != NULL && (object->flags & OBJ_COLORED) != 0)
7920                 offset += ptoa(object->pg_color);
7921         superpage_offset = offset & PDRMASK;
7922         if (size - ((NBPDR - superpage_offset) & PDRMASK) < NBPDR ||
7923             (*addr & PDRMASK) == superpage_offset)
7924                 return;
7925         if ((*addr & PDRMASK) < superpage_offset)
7926                 *addr = (*addr & ~PDRMASK) + superpage_offset;
7927         else
7928                 *addr = ((*addr + PDRMASK) & ~PDRMASK) + superpage_offset;
7929 }
7930
7931 #ifdef INVARIANTS
7932 static unsigned long num_dirty_emulations;
7933 SYSCTL_ULONG(_vm_pmap, OID_AUTO, num_dirty_emulations, CTLFLAG_RW,
7934              &num_dirty_emulations, 0, NULL);
7935
7936 static unsigned long num_accessed_emulations;
7937 SYSCTL_ULONG(_vm_pmap, OID_AUTO, num_accessed_emulations, CTLFLAG_RW,
7938              &num_accessed_emulations, 0, NULL);
7939
7940 static unsigned long num_superpage_accessed_emulations;
7941 SYSCTL_ULONG(_vm_pmap, OID_AUTO, num_superpage_accessed_emulations, CTLFLAG_RW,
7942              &num_superpage_accessed_emulations, 0, NULL);
7943
7944 static unsigned long ad_emulation_superpage_promotions;
7945 SYSCTL_ULONG(_vm_pmap, OID_AUTO, ad_emulation_superpage_promotions, CTLFLAG_RW,
7946              &ad_emulation_superpage_promotions, 0, NULL);
7947 #endif  /* INVARIANTS */
7948
7949 int
7950 pmap_emulate_accessed_dirty(pmap_t pmap, vm_offset_t va, int ftype)
7951 {
7952         int rv;
7953         struct rwlock *lock;
7954 #if VM_NRESERVLEVEL > 0
7955         vm_page_t m, mpte;
7956 #endif
7957         pd_entry_t *pde;
7958         pt_entry_t *pte, PG_A, PG_M, PG_RW, PG_V;
7959
7960         KASSERT(ftype == VM_PROT_READ || ftype == VM_PROT_WRITE,
7961             ("pmap_emulate_accessed_dirty: invalid fault type %d", ftype));
7962
7963         if (!pmap_emulate_ad_bits(pmap))
7964                 return (-1);
7965
7966         PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
7967         PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
7968         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
7969         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
7970
7971         rv = -1;
7972         lock = NULL;
7973         PMAP_LOCK(pmap);
7974
7975         pde = pmap_pde(pmap, va);
7976         if (pde == NULL || (*pde & PG_V) == 0)
7977                 goto done;
7978
7979         if ((*pde & PG_PS) != 0) {
7980                 if (ftype == VM_PROT_READ) {
7981 #ifdef INVARIANTS
7982                         atomic_add_long(&num_superpage_accessed_emulations, 1);
7983 #endif
7984                         *pde |= PG_A;
7985                         rv = 0;
7986                 }
7987                 goto done;
7988         }
7989
7990         pte = pmap_pde_to_pte(pde, va);
7991         if ((*pte & PG_V) == 0)
7992                 goto done;
7993
7994         if (ftype == VM_PROT_WRITE) {
7995                 if ((*pte & PG_RW) == 0)
7996                         goto done;
7997                 /*
7998                  * Set the modified and accessed bits simultaneously.
7999                  *
8000                  * Intel EPT PTEs that do software emulation of A/D bits map
8001                  * PG_A and PG_M to EPT_PG_READ and EPT_PG_WRITE respectively.
8002                  * An EPT misconfiguration is triggered if the PTE is writable
8003                  * but not readable (WR=10). This is avoided by setting PG_A
8004                  * and PG_M simultaneously.
8005                  */
8006                 *pte |= PG_M | PG_A;
8007         } else {
8008                 *pte |= PG_A;
8009         }
8010
8011 #if VM_NRESERVLEVEL > 0
8012         /* try to promote the mapping */
8013         if (va < VM_MAXUSER_ADDRESS)
8014                 mpte = PHYS_TO_VM_PAGE(*pde & PG_FRAME);
8015         else
8016                 mpte = NULL;
8017
8018         m = PHYS_TO_VM_PAGE(*pte & PG_FRAME);
8019
8020         if ((mpte == NULL || mpte->wire_count == NPTEPG) &&
8021             pmap_ps_enabled(pmap) &&
8022             (m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0 &&
8023             vm_reserv_level_iffullpop(m) == 0) {
8024                 pmap_promote_pde(pmap, pde, va, &lock);
8025 #ifdef INVARIANTS
8026                 atomic_add_long(&ad_emulation_superpage_promotions, 1);
8027 #endif
8028         }
8029 #endif
8030
8031 #ifdef INVARIANTS
8032         if (ftype == VM_PROT_WRITE)
8033                 atomic_add_long(&num_dirty_emulations, 1);
8034         else
8035                 atomic_add_long(&num_accessed_emulations, 1);
8036 #endif
8037         rv = 0;         /* success */
8038 done:
8039         if (lock != NULL)
8040                 rw_wunlock(lock);
8041         PMAP_UNLOCK(pmap);
8042         return (rv);
8043 }
8044
8045 void
8046 pmap_get_mapping(pmap_t pmap, vm_offset_t va, uint64_t *ptr, int *num)
8047 {
8048         pml4_entry_t *pml4;
8049         pdp_entry_t *pdp;
8050         pd_entry_t *pde;
8051         pt_entry_t *pte, PG_V;
8052         int idx;
8053
8054         idx = 0;
8055         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
8056         PMAP_LOCK(pmap);
8057
8058         pml4 = pmap_pml4e(pmap, va);
8059         ptr[idx++] = *pml4;
8060         if ((*pml4 & PG_V) == 0)
8061                 goto done;
8062
8063         pdp = pmap_pml4e_to_pdpe(pml4, va);
8064         ptr[idx++] = *pdp;
8065         if ((*pdp & PG_V) == 0 || (*pdp & PG_PS) != 0)
8066                 goto done;
8067
8068         pde = pmap_pdpe_to_pde(pdp, va);
8069         ptr[idx++] = *pde;
8070         if ((*pde & PG_V) == 0 || (*pde & PG_PS) != 0)
8071                 goto done;
8072
8073         pte = pmap_pde_to_pte(pde, va);
8074         ptr[idx++] = *pte;
8075
8076 done:
8077         PMAP_UNLOCK(pmap);
8078         *num = idx;
8079 }
8080
8081 /**
8082  * Get the kernel virtual address of a set of physical pages. If there are
8083  * physical addresses not covered by the DMAP perform a transient mapping
8084  * that will be removed when calling pmap_unmap_io_transient.
8085  *
8086  * \param page        The pages the caller wishes to obtain the virtual
8087  *                    address on the kernel memory map.
8088  * \param vaddr       On return contains the kernel virtual memory address
8089  *                    of the pages passed in the page parameter.
8090  * \param count       Number of pages passed in.
8091  * \param can_fault   TRUE if the thread using the mapped pages can take
8092  *                    page faults, FALSE otherwise.
8093  *
8094  * \returns TRUE if the caller must call pmap_unmap_io_transient when
8095  *          finished or FALSE otherwise.
8096  *
8097  */
8098 boolean_t
8099 pmap_map_io_transient(vm_page_t page[], vm_offset_t vaddr[], int count,
8100     boolean_t can_fault)
8101 {
8102         vm_paddr_t paddr;
8103         boolean_t needs_mapping;
8104         pt_entry_t *pte;
8105         int cache_bits, error __unused, i;
8106
8107         /*
8108          * Allocate any KVA space that we need, this is done in a separate
8109          * loop to prevent calling vmem_alloc while pinned.
8110          */
8111         needs_mapping = FALSE;
8112         for (i = 0; i < count; i++) {
8113                 paddr = VM_PAGE_TO_PHYS(page[i]);
8114                 if (__predict_false(paddr >= dmaplimit)) {
8115                         error = vmem_alloc(kernel_arena, PAGE_SIZE,
8116                             M_BESTFIT | M_WAITOK, &vaddr[i]);
8117                         KASSERT(error == 0, ("vmem_alloc failed: %d", error));
8118                         needs_mapping = TRUE;
8119                 } else {
8120                         vaddr[i] = PHYS_TO_DMAP(paddr);
8121                 }
8122         }
8123
8124         /* Exit early if everything is covered by the DMAP */
8125         if (!needs_mapping)
8126                 return (FALSE);
8127
8128         /*
8129          * NB:  The sequence of updating a page table followed by accesses
8130          * to the corresponding pages used in the !DMAP case is subject to
8131          * the situation described in the "AMD64 Architecture Programmer's
8132          * Manual Volume 2: System Programming" rev. 3.23, "7.3.1 Special
8133          * Coherency Considerations".  Therefore, issuing the INVLPG right
8134          * after modifying the PTE bits is crucial.
8135          */
8136         if (!can_fault)
8137                 sched_pin();
8138         for (i = 0; i < count; i++) {
8139                 paddr = VM_PAGE_TO_PHYS(page[i]);
8140                 if (paddr >= dmaplimit) {
8141                         if (can_fault) {
8142                                 /*
8143                                  * Slow path, since we can get page faults
8144                                  * while mappings are active don't pin the
8145                                  * thread to the CPU and instead add a global
8146                                  * mapping visible to all CPUs.
8147                                  */
8148                                 pmap_qenter(vaddr[i], &page[i], 1);
8149                         } else {
8150                                 pte = vtopte(vaddr[i]);
8151                                 cache_bits = pmap_cache_bits(kernel_pmap,
8152                                     page[i]->md.pat_mode, 0);
8153                                 pte_store(pte, paddr | X86_PG_RW | X86_PG_V |
8154                                     cache_bits);
8155                                 invlpg(vaddr[i]);
8156                         }
8157                 }
8158         }
8159
8160         return (needs_mapping);
8161 }
8162
8163 void
8164 pmap_unmap_io_transient(vm_page_t page[], vm_offset_t vaddr[], int count,
8165     boolean_t can_fault)
8166 {
8167         vm_paddr_t paddr;
8168         int i;
8169
8170         if (!can_fault)
8171                 sched_unpin();
8172         for (i = 0; i < count; i++) {
8173                 paddr = VM_PAGE_TO_PHYS(page[i]);
8174                 if (paddr >= dmaplimit) {
8175                         if (can_fault)
8176                                 pmap_qremove(vaddr[i], 1);
8177                         vmem_free(kernel_arena, vaddr[i], PAGE_SIZE);
8178                 }
8179         }
8180 }
8181
8182 vm_offset_t
8183 pmap_quick_enter_page(vm_page_t m)
8184 {
8185         vm_paddr_t paddr;
8186
8187         paddr = VM_PAGE_TO_PHYS(m);
8188         if (paddr < dmaplimit)
8189                 return (PHYS_TO_DMAP(paddr));
8190         mtx_lock_spin(&qframe_mtx);
8191         KASSERT(*vtopte(qframe) == 0, ("qframe busy"));
8192         pte_store(vtopte(qframe), paddr | X86_PG_RW | X86_PG_V | X86_PG_A |
8193             X86_PG_M | pmap_cache_bits(kernel_pmap, m->md.pat_mode, 0));
8194         return (qframe);
8195 }
8196
8197 void
8198 pmap_quick_remove_page(vm_offset_t addr)
8199 {
8200
8201         if (addr != qframe)
8202                 return;
8203         pte_store(vtopte(qframe), 0);
8204         invlpg(qframe);
8205         mtx_unlock_spin(&qframe_mtx);
8206 }
8207
8208 /*
8209  * Pdp pages from the large map are managed differently from either
8210  * kernel or user page table pages.  They are permanently allocated at
8211  * initialization time, and their wire count is permanently set to
8212  * zero.  The pml4 entries pointing to those pages are copied into
8213  * each allocated pmap.
8214  *
8215  * In contrast, pd and pt pages are managed like user page table
8216  * pages.  They are dynamically allocated, and their wire count
8217  * represents the number of valid entries within the page.
8218  */
8219 static vm_page_t
8220 pmap_large_map_getptp_unlocked(void)
8221 {
8222         vm_page_t m;
8223
8224         m = vm_page_alloc(NULL, 0, VM_ALLOC_NORMAL | VM_ALLOC_NOOBJ |
8225             VM_ALLOC_ZERO);
8226         if (m != NULL && (m->flags & PG_ZERO) == 0)
8227                 pmap_zero_page(m);
8228         return (m);
8229 }
8230
8231 static vm_page_t
8232 pmap_large_map_getptp(void)
8233 {
8234         vm_page_t m;
8235
8236         PMAP_LOCK_ASSERT(kernel_pmap, MA_OWNED);
8237         m = pmap_large_map_getptp_unlocked();
8238         if (m == NULL) {
8239                 PMAP_UNLOCK(kernel_pmap);
8240                 vm_wait(NULL);
8241                 PMAP_LOCK(kernel_pmap);
8242                 /* Callers retry. */
8243         }
8244         return (m);
8245 }
8246
8247 static pdp_entry_t *
8248 pmap_large_map_pdpe(vm_offset_t va)
8249 {
8250         vm_pindex_t pml4_idx;
8251         vm_paddr_t mphys;
8252
8253         pml4_idx = pmap_pml4e_index(va);
8254         KASSERT(LMSPML4I <= pml4_idx && pml4_idx < LMSPML4I + lm_ents,
8255             ("pmap_large_map_pdpe: va %#jx out of range idx %#jx LMSPML4I "
8256             "%#jx lm_ents %d",
8257             (uintmax_t)va, (uintmax_t)pml4_idx, LMSPML4I, lm_ents));
8258         KASSERT((kernel_pmap->pm_pml4[pml4_idx] & X86_PG_V) != 0,
8259             ("pmap_large_map_pdpe: invalid pml4 for va %#jx idx %#jx "
8260             "LMSPML4I %#jx lm_ents %d",
8261             (uintmax_t)va, (uintmax_t)pml4_idx, LMSPML4I, lm_ents));
8262         mphys = kernel_pmap->pm_pml4[pml4_idx] & PG_FRAME;
8263         return ((pdp_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(mphys) + pmap_pdpe_index(va));
8264 }
8265
8266 static pd_entry_t *
8267 pmap_large_map_pde(vm_offset_t va)
8268 {
8269         pdp_entry_t *pdpe;
8270         vm_page_t m;
8271         vm_paddr_t mphys;
8272
8273 retry:
8274         pdpe = pmap_large_map_pdpe(va);
8275         if (*pdpe == 0) {
8276                 m = pmap_large_map_getptp();
8277                 if (m == NULL)
8278                         goto retry;
8279                 mphys = VM_PAGE_TO_PHYS(m);
8280                 *pdpe = mphys | X86_PG_A | X86_PG_RW | X86_PG_V | pg_nx;
8281         } else {
8282                 MPASS((*pdpe & X86_PG_PS) == 0);
8283                 mphys = *pdpe & PG_FRAME;
8284         }
8285         return ((pd_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(mphys) + pmap_pde_index(va));
8286 }
8287
8288 static pt_entry_t *
8289 pmap_large_map_pte(vm_offset_t va)
8290 {
8291         pd_entry_t *pde;
8292         vm_page_t m;
8293         vm_paddr_t mphys;
8294
8295 retry:
8296         pde = pmap_large_map_pde(va);
8297         if (*pde == 0) {
8298                 m = pmap_large_map_getptp();
8299                 if (m == NULL)
8300                         goto retry;
8301                 mphys = VM_PAGE_TO_PHYS(m);
8302                 *pde = mphys | X86_PG_A | X86_PG_RW | X86_PG_V | pg_nx;
8303                 PHYS_TO_VM_PAGE(DMAP_TO_PHYS((uintptr_t)pde))->wire_count++;
8304         } else {
8305                 MPASS((*pde & X86_PG_PS) == 0);
8306                 mphys = *pde & PG_FRAME;
8307         }
8308         return ((pt_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(mphys) + pmap_pte_index(va));
8309 }
8310
8311 static int
8312 pmap_large_map_getva(vm_size_t len, vm_offset_t align, vm_offset_t phase,
8313     vmem_addr_t *vmem_res)
8314 {
8315
8316         /*
8317          * Large mappings are all but static.  Consequently, there
8318          * is no point in waiting for an earlier allocation to be
8319          * freed.
8320          */
8321         return (vmem_xalloc(large_vmem, len, align, phase, 0, VMEM_ADDR_MIN,
8322             VMEM_ADDR_MAX, M_NOWAIT | M_BESTFIT, vmem_res));
8323 }
8324
8325 int
8326 pmap_large_map(vm_paddr_t spa, vm_size_t len, void **addr,
8327     vm_memattr_t mattr)
8328 {
8329         pdp_entry_t *pdpe;
8330         pd_entry_t *pde;
8331         pt_entry_t *pte;
8332         vm_offset_t va, inc;
8333         vmem_addr_t vmem_res;
8334         vm_paddr_t pa;
8335         int error;
8336
8337         if (len == 0 || spa + len < spa)
8338                 return (EINVAL);
8339
8340         /* See if DMAP can serve. */
8341         if (spa + len <= dmaplimit) {
8342                 va = PHYS_TO_DMAP(spa);
8343                 *addr = (void *)va;
8344                 return (pmap_change_attr(va, len, mattr));
8345         }
8346
8347         /*
8348          * No, allocate KVA.  Fit the address with best possible
8349          * alignment for superpages.  Fall back to worse align if
8350          * failed.
8351          */
8352         error = ENOMEM;
8353         if ((amd_feature & AMDID_PAGE1GB) != 0 && rounddown2(spa + len,
8354             NBPDP) >= roundup2(spa, NBPDP) + NBPDP)
8355                 error = pmap_large_map_getva(len, NBPDP, spa & PDPMASK,
8356                     &vmem_res);
8357         if (error != 0 && rounddown2(spa + len, NBPDR) >= roundup2(spa,
8358             NBPDR) + NBPDR)
8359                 error = pmap_large_map_getva(len, NBPDR, spa & PDRMASK,
8360                     &vmem_res);
8361         if (error != 0)
8362                 error = pmap_large_map_getva(len, PAGE_SIZE, 0, &vmem_res);
8363         if (error != 0)
8364                 return (error);
8365
8366         /*
8367          * Fill pagetable.  PG_M is not pre-set, we scan modified bits
8368          * in the pagetable to minimize flushing.  No need to
8369          * invalidate TLB, since we only update invalid entries.
8370          */
8371         PMAP_LOCK(kernel_pmap);
8372         for (pa = spa, va = vmem_res; len > 0; pa += inc, va += inc,
8373             len -= inc) {
8374                 if ((amd_feature & AMDID_PAGE1GB) != 0 && len >= NBPDP &&
8375                     (pa & PDPMASK) == 0 && (va & PDPMASK) == 0) {
8376                         pdpe = pmap_large_map_pdpe(va);
8377                         MPASS(*pdpe == 0);
8378                         *pdpe = pa | pg_g | X86_PG_PS | X86_PG_RW |
8379                             X86_PG_V | X86_PG_A | pg_nx |
8380                             pmap_cache_bits(kernel_pmap, mattr, TRUE);
8381                         inc = NBPDP;
8382                 } else if (len >= NBPDR && (pa & PDRMASK) == 0 &&
8383                     (va & PDRMASK) == 0) {
8384                         pde = pmap_large_map_pde(va);
8385                         MPASS(*pde == 0);
8386                         *pde = pa | pg_g | X86_PG_PS | X86_PG_RW |
8387                             X86_PG_V | X86_PG_A | pg_nx |
8388                             pmap_cache_bits(kernel_pmap, mattr, TRUE);
8389                         PHYS_TO_VM_PAGE(DMAP_TO_PHYS((uintptr_t)pde))->
8390                             wire_count++;
8391                         inc = NBPDR;
8392                 } else {
8393                         pte = pmap_large_map_pte(va);
8394                         MPASS(*pte == 0);
8395                         *pte = pa | pg_g | X86_PG_RW | X86_PG_V |
8396                             X86_PG_A | pg_nx | pmap_cache_bits(kernel_pmap,
8397                             mattr, FALSE);
8398                         PHYS_TO_VM_PAGE(DMAP_TO_PHYS((uintptr_t)pte))->
8399                             wire_count++;
8400                         inc = PAGE_SIZE;
8401                 }
8402         }
8403         PMAP_UNLOCK(kernel_pmap);
8404         MPASS(len == 0);
8405
8406         *addr = (void *)vmem_res;
8407         return (0);
8408 }
8409
8410 void
8411 pmap_large_unmap(void *svaa, vm_size_t len)
8412 {
8413         vm_offset_t sva, va;
8414         vm_size_t inc;
8415         pdp_entry_t *pdpe, pdp;
8416         pd_entry_t *pde, pd;
8417         pt_entry_t *pte;
8418         vm_page_t m;
8419         struct spglist spgf;
8420
8421         sva = (vm_offset_t)svaa;
8422         if (len == 0 || sva + len < sva || (sva >= DMAP_MIN_ADDRESS &&
8423             sva + len <= DMAP_MIN_ADDRESS + dmaplimit))
8424                 return;
8425
8426         SLIST_INIT(&spgf);
8427         KASSERT(LARGEMAP_MIN_ADDRESS <= sva && sva + len <=
8428             LARGEMAP_MAX_ADDRESS + NBPML4 * (u_long)lm_ents,
8429             ("not largemap range %#lx %#lx", (u_long)svaa, (u_long)svaa + len));
8430         PMAP_LOCK(kernel_pmap);
8431         for (va = sva; va < sva + len; va += inc) {
8432                 pdpe = pmap_large_map_pdpe(va);
8433                 pdp = *pdpe;
8434                 KASSERT((pdp & X86_PG_V) != 0,
8435                     ("invalid pdp va %#lx pdpe %#lx pdp %#lx", va,
8436                     (u_long)pdpe, pdp));
8437                 if ((pdp & X86_PG_PS) != 0) {
8438                         KASSERT((amd_feature & AMDID_PAGE1GB) != 0,
8439                             ("no 1G pages, va %#lx pdpe %#lx pdp %#lx", va,
8440                             (u_long)pdpe, pdp));
8441                         KASSERT((va & PDPMASK) == 0,
8442                             ("PDPMASK bit set, va %#lx pdpe %#lx pdp %#lx", va,
8443                             (u_long)pdpe, pdp));
8444                         KASSERT(va + NBPDP <= sva + len,
8445                             ("unmap covers partial 1GB page, sva %#lx va %#lx "
8446                             "pdpe %#lx pdp %#lx len %#lx", sva, va,
8447                             (u_long)pdpe, pdp, len));
8448                         *pdpe = 0;
8449                         inc = NBPDP;
8450                         continue;
8451                 }
8452                 pde = pmap_pdpe_to_pde(pdpe, va);
8453                 pd = *pde;
8454                 KASSERT((pd & X86_PG_V) != 0,
8455                     ("invalid pd va %#lx pde %#lx pd %#lx", va,
8456                     (u_long)pde, pd));
8457                 if ((pd & X86_PG_PS) != 0) {
8458                         KASSERT((va & PDRMASK) == 0,
8459                             ("PDRMASK bit set, va %#lx pde %#lx pd %#lx", va,
8460                             (u_long)pde, pd));
8461                         KASSERT(va + NBPDR <= sva + len,
8462                             ("unmap covers partial 2MB page, sva %#lx va %#lx "
8463                             "pde %#lx pd %#lx len %#lx", sva, va, (u_long)pde,
8464                             pd, len));
8465                         pde_store(pde, 0);
8466                         inc = NBPDR;
8467                         m = PHYS_TO_VM_PAGE(DMAP_TO_PHYS((vm_offset_t)pde));
8468                         m->wire_count--;
8469                         if (m->wire_count == 0) {
8470                                 *pdpe = 0;
8471                                 SLIST_INSERT_HEAD(&spgf, m, plinks.s.ss);
8472                         }
8473                         continue;
8474                 }
8475                 pte = pmap_pde_to_pte(pde, va);
8476                 KASSERT((*pte & X86_PG_V) != 0,
8477                     ("invalid pte va %#lx pte %#lx pt %#lx", va,
8478                     (u_long)pte, *pte));
8479                 pte_clear(pte);
8480                 inc = PAGE_SIZE;
8481                 m = PHYS_TO_VM_PAGE(DMAP_TO_PHYS((vm_offset_t)pte));
8482                 m->wire_count--;
8483                 if (m->wire_count == 0) {
8484                         *pde = 0;
8485                         SLIST_INSERT_HEAD(&spgf, m, plinks.s.ss);
8486                         m = PHYS_TO_VM_PAGE(DMAP_TO_PHYS((vm_offset_t)pde));
8487                         m->wire_count--;
8488                         if (m->wire_count == 0) {
8489                                 *pdpe = 0;
8490                                 SLIST_INSERT_HEAD(&spgf, m, plinks.s.ss);
8491                         }
8492                 }
8493         }
8494         pmap_invalidate_range(kernel_pmap, sva, sva + len);
8495         PMAP_UNLOCK(kernel_pmap);
8496         vm_page_free_pages_toq(&spgf, false);
8497         vmem_free(large_vmem, sva, len);
8498 }
8499
8500 static void
8501 pmap_large_map_wb_fence_mfence(void)
8502 {
8503
8504         mfence();
8505 }
8506
8507 static void
8508 pmap_large_map_wb_fence_sfence(void)
8509 {
8510
8511         sfence();
8512 }
8513
8514 static void
8515 pmap_large_map_wb_fence_nop(void)
8516 {
8517 }
8518
8519 DEFINE_IFUNC(static, void, pmap_large_map_wb_fence, (void), static)
8520 {
8521
8522         if (cpu_vendor_id != CPU_VENDOR_INTEL)
8523                 return (pmap_large_map_wb_fence_mfence);
8524         else if ((cpu_stdext_feature & (CPUID_STDEXT_CLWB |
8525             CPUID_STDEXT_CLFLUSHOPT)) == 0)
8526                 return (pmap_large_map_wb_fence_sfence);
8527         else
8528                 /* clflush is strongly enough ordered */
8529                 return (pmap_large_map_wb_fence_nop);
8530 }
8531
8532 static void
8533 pmap_large_map_flush_range_clwb(vm_offset_t va, vm_size_t len)
8534 {
8535
8536         for (; len > 0; len -= cpu_clflush_line_size,
8537             va += cpu_clflush_line_size)
8538                 clwb(va);
8539 }
8540
8541 static void
8542 pmap_large_map_flush_range_clflushopt(vm_offset_t va, vm_size_t len)
8543 {
8544
8545         for (; len > 0; len -= cpu_clflush_line_size,
8546             va += cpu_clflush_line_size)
8547                 clflushopt(va);
8548 }
8549
8550 static void
8551 pmap_large_map_flush_range_clflush(vm_offset_t va, vm_size_t len)
8552 {
8553
8554         for (; len > 0; len -= cpu_clflush_line_size,
8555             va += cpu_clflush_line_size)
8556                 clflush(va);
8557 }
8558
8559 static void
8560 pmap_large_map_flush_range_nop(vm_offset_t sva __unused, vm_size_t len __unused)
8561 {
8562 }
8563
8564 DEFINE_IFUNC(static, void, pmap_large_map_flush_range, (vm_offset_t, vm_size_t),
8565     static)
8566 {
8567
8568         if ((cpu_stdext_feature & CPUID_STDEXT_CLWB) != 0)
8569                 return (pmap_large_map_flush_range_clwb);
8570         else if ((cpu_stdext_feature & CPUID_STDEXT_CLFLUSHOPT) != 0)
8571                 return (pmap_large_map_flush_range_clflushopt);
8572         else if ((cpu_feature & CPUID_CLFSH) != 0)
8573                 return (pmap_large_map_flush_range_clflush);
8574         else
8575                 return (pmap_large_map_flush_range_nop);
8576 }
8577
8578 static void
8579 pmap_large_map_wb_large(vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
8580 {
8581         volatile u_long *pe;
8582         u_long p;
8583         vm_offset_t va;
8584         vm_size_t inc;
8585         bool seen_other;
8586
8587         for (va = sva; va < eva; va += inc) {
8588                 inc = 0;
8589                 if ((amd_feature & AMDID_PAGE1GB) != 0) {
8590                         pe = (volatile u_long *)pmap_large_map_pdpe(va);
8591                         p = *pe;
8592                         if ((p & X86_PG_PS) != 0)
8593                                 inc = NBPDP;
8594                 }
8595                 if (inc == 0) {
8596                         pe = (volatile u_long *)pmap_large_map_pde(va);
8597                         p = *pe;
8598                         if ((p & X86_PG_PS) != 0)
8599                                 inc = NBPDR;
8600                 }
8601                 if (inc == 0) {
8602                         pe = (volatile u_long *)pmap_large_map_pte(va);
8603                         p = *pe;
8604                         inc = PAGE_SIZE;
8605                 }
8606                 seen_other = false;
8607                 for (;;) {
8608                         if ((p & X86_PG_AVAIL1) != 0) {
8609                                 /*
8610                                  * Spin-wait for the end of a parallel
8611                                  * write-back.
8612                                  */
8613                                 cpu_spinwait();
8614                                 p = *pe;
8615
8616                                 /*
8617                                  * If we saw other write-back
8618                                  * occuring, we cannot rely on PG_M to
8619                                  * indicate state of the cache.  The
8620                                  * PG_M bit is cleared before the
8621                                  * flush to avoid ignoring new writes,
8622                                  * and writes which are relevant for
8623                                  * us might happen after.
8624                                  */
8625                                 seen_other = true;
8626                                 continue;
8627                         }
8628
8629                         if ((p & X86_PG_M) != 0 || seen_other) {
8630                                 if (!atomic_fcmpset_long(pe, &p,
8631                                     (p & ~X86_PG_M) | X86_PG_AVAIL1))
8632                                         /*
8633                                          * If we saw PG_M without
8634                                          * PG_AVAIL1, and then on the
8635                                          * next attempt we do not
8636                                          * observe either PG_M or
8637                                          * PG_AVAIL1, the other
8638                                          * write-back started after us
8639                                          * and finished before us.  We
8640                                          * can rely on it doing our
8641                                          * work.
8642                                          */
8643                                         continue;
8644                                 pmap_large_map_flush_range(va, inc);
8645                                 atomic_clear_long(pe, X86_PG_AVAIL1);
8646                         }
8647                         break;
8648                 }
8649                 maybe_yield();
8650         }
8651 }
8652
8653 /*
8654  * Write-back cache lines for the given address range.
8655  *
8656  * Must be called only on the range or sub-range returned from
8657  * pmap_large_map().  Must not be called on the coalesced ranges.
8658  *
8659  * Does nothing on CPUs without CLWB, CLFLUSHOPT, or CLFLUSH
8660  * instructions support.
8661  */
8662 void
8663 pmap_large_map_wb(void *svap, vm_size_t len)
8664 {
8665         vm_offset_t eva, sva;
8666
8667         sva = (vm_offset_t)svap;
8668         eva = sva + len;
8669         pmap_large_map_wb_fence();
8670         if (sva >= DMAP_MIN_ADDRESS && eva <= DMAP_MIN_ADDRESS + dmaplimit) {
8671                 pmap_large_map_flush_range(sva, len);
8672         } else {
8673                 KASSERT(sva >= LARGEMAP_MIN_ADDRESS &&
8674                     eva <= LARGEMAP_MIN_ADDRESS + lm_ents * NBPML4,
8675                     ("pmap_large_map_wb: not largemap %#lx %#lx", sva, len));
8676                 pmap_large_map_wb_large(sva, eva);
8677         }
8678         pmap_large_map_wb_fence();
8679 }
8680
8681 static vm_page_t
8682 pmap_pti_alloc_page(void)
8683 {
8684         vm_page_t m;
8685
8686         VM_OBJECT_ASSERT_WLOCKED(pti_obj);
8687         m = vm_page_grab(pti_obj, pti_pg_idx++, VM_ALLOC_NOBUSY |
8688             VM_ALLOC_WIRED | VM_ALLOC_ZERO);
8689         return (m);
8690 }
8691
8692 static bool
8693 pmap_pti_free_page(vm_page_t m)
8694 {
8695
8696         KASSERT(m->wire_count > 0, ("page %p not wired", m));
8697         if (!vm_page_unwire_noq(m))
8698                 return (false);
8699         vm_page_free_zero(m);
8700         return (true);
8701 }
8702
8703 static void
8704 pmap_pti_init(void)
8705 {
8706         vm_page_t pml4_pg;
8707         pdp_entry_t *pdpe;
8708         vm_offset_t va;
8709         int i;
8710
8711         if (!pti)
8712                 return;
8713         pti_obj = vm_pager_allocate(OBJT_PHYS, NULL, 0, VM_PROT_ALL, 0, NULL);
8714         VM_OBJECT_WLOCK(pti_obj);
8715         pml4_pg = pmap_pti_alloc_page();
8716         pti_pml4 = (pml4_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(pml4_pg));
8717         for (va = VM_MIN_KERNEL_ADDRESS; va <= VM_MAX_KERNEL_ADDRESS &&
8718             va >= VM_MIN_KERNEL_ADDRESS && va > NBPML4; va += NBPML4) {
8719                 pdpe = pmap_pti_pdpe(va);
8720                 pmap_pti_wire_pte(pdpe);
8721         }
8722         pmap_pti_add_kva_locked((vm_offset_t)&__pcpu[0],
8723             (vm_offset_t)&__pcpu[0] + sizeof(__pcpu[0]) * MAXCPU, false);
8724         pmap_pti_add_kva_locked((vm_offset_t)gdt, (vm_offset_t)gdt +
8725             sizeof(struct user_segment_descriptor) * NGDT * MAXCPU, false);
8726         pmap_pti_add_kva_locked((vm_offset_t)idt, (vm_offset_t)idt +
8727             sizeof(struct gate_descriptor) * NIDT, false);
8728         pmap_pti_add_kva_locked((vm_offset_t)common_tss,
8729             (vm_offset_t)common_tss + sizeof(struct amd64tss) * MAXCPU, false);
8730         CPU_FOREACH(i) {
8731                 /* Doublefault stack IST 1 */
8732                 va = common_tss[i].tss_ist1;
8733                 pmap_pti_add_kva_locked(va - PAGE_SIZE, va, false);
8734                 /* NMI stack IST 2 */
8735                 va = common_tss[i].tss_ist2 + sizeof(struct nmi_pcpu);
8736                 pmap_pti_add_kva_locked(va - PAGE_SIZE, va, false);
8737                 /* MC# stack IST 3 */
8738                 va = common_tss[i].tss_ist3 + sizeof(struct nmi_pcpu);
8739                 pmap_pti_add_kva_locked(va - PAGE_SIZE, va, false);
8740                 /* DB# stack IST 4 */
8741                 va = common_tss[i].tss_ist4 + sizeof(struct nmi_pcpu);
8742                 pmap_pti_add_kva_locked(va - PAGE_SIZE, va, false);
8743         }
8744         pmap_pti_add_kva_locked((vm_offset_t)kernphys + KERNBASE,
8745             (vm_offset_t)etext, true);
8746         pti_finalized = true;
8747         VM_OBJECT_WUNLOCK(pti_obj);
8748 }
8749 SYSINIT(pmap_pti, SI_SUB_CPU + 1, SI_ORDER_ANY, pmap_pti_init, NULL);
8750
8751 static pdp_entry_t *
8752 pmap_pti_pdpe(vm_offset_t va)
8753 {
8754         pml4_entry_t *pml4e;
8755         pdp_entry_t *pdpe;
8756         vm_page_t m;
8757         vm_pindex_t pml4_idx;
8758         vm_paddr_t mphys;
8759
8760         VM_OBJECT_ASSERT_WLOCKED(pti_obj);
8761
8762         pml4_idx = pmap_pml4e_index(va);
8763         pml4e = &pti_pml4[pml4_idx];
8764         m = NULL;
8765         if (*pml4e == 0) {
8766                 if (pti_finalized)
8767                         panic("pml4 alloc after finalization\n");
8768                 m = pmap_pti_alloc_page();
8769                 if (*pml4e != 0) {
8770                         pmap_pti_free_page(m);
8771                         mphys = *pml4e & ~PAGE_MASK;
8772                 } else {
8773                         mphys = VM_PAGE_TO_PHYS(m);
8774                         *pml4e = mphys | X86_PG_RW | X86_PG_V;
8775                 }
8776         } else {
8777                 mphys = *pml4e & ~PAGE_MASK;
8778         }
8779         pdpe = (pdp_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(mphys) + pmap_pdpe_index(va);
8780         return (pdpe);
8781 }
8782
8783 static void
8784 pmap_pti_wire_pte(void *pte)
8785 {
8786         vm_page_t m;
8787
8788         VM_OBJECT_ASSERT_WLOCKED(pti_obj);
8789         m = PHYS_TO_VM_PAGE(DMAP_TO_PHYS((uintptr_t)pte));
8790         m->wire_count++;
8791 }
8792
8793 static void
8794 pmap_pti_unwire_pde(void *pde, bool only_ref)
8795 {
8796         vm_page_t m;
8797
8798         VM_OBJECT_ASSERT_WLOCKED(pti_obj);
8799         m = PHYS_TO_VM_PAGE(DMAP_TO_PHYS((uintptr_t)pde));
8800         MPASS(m->wire_count > 0);
8801         MPASS(only_ref || m->wire_count > 1);
8802         pmap_pti_free_page(m);
8803 }
8804
8805 static void
8806 pmap_pti_unwire_pte(void *pte, vm_offset_t va)
8807 {
8808         vm_page_t m;
8809         pd_entry_t *pde;
8810
8811         VM_OBJECT_ASSERT_WLOCKED(pti_obj);
8812         m = PHYS_TO_VM_PAGE(DMAP_TO_PHYS((uintptr_t)pte));
8813         MPASS(m->wire_count > 0);
8814         if (pmap_pti_free_page(m)) {
8815                 pde = pmap_pti_pde(va);
8816                 MPASS((*pde & (X86_PG_PS | X86_PG_V)) == X86_PG_V);
8817                 *pde = 0;
8818                 pmap_pti_unwire_pde(pde, false);
8819         }
8820 }
8821
8822 static pd_entry_t *
8823 pmap_pti_pde(vm_offset_t va)
8824 {
8825         pdp_entry_t *pdpe;
8826         pd_entry_t *pde;
8827         vm_page_t m;
8828         vm_pindex_t pd_idx;
8829         vm_paddr_t mphys;
8830
8831         VM_OBJECT_ASSERT_WLOCKED(pti_obj);
8832
8833         pdpe = pmap_pti_pdpe(va);
8834         if (*pdpe == 0) {
8835                 m = pmap_pti_alloc_page();
8836                 if (*pdpe != 0) {
8837                         pmap_pti_free_page(m);
8838                         MPASS((*pdpe & X86_PG_PS) == 0);
8839                         mphys = *pdpe & ~PAGE_MASK;
8840                 } else {
8841                         mphys =  VM_PAGE_TO_PHYS(m);
8842                         *pdpe = mphys | X86_PG_RW | X86_PG_V;
8843                 }
8844         } else {
8845                 MPASS((*pdpe & X86_PG_PS) == 0);
8846                 mphys = *pdpe & ~PAGE_MASK;
8847         }
8848
8849         pde = (pd_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(mphys);
8850         pd_idx = pmap_pde_index(va);
8851         pde += pd_idx;
8852         return (pde);
8853 }
8854
8855 static pt_entry_t *
8856 pmap_pti_pte(vm_offset_t va, bool *unwire_pde)
8857 {
8858         pd_entry_t *pde;
8859         pt_entry_t *pte;
8860         vm_page_t m;
8861         vm_paddr_t mphys;
8862
8863         VM_OBJECT_ASSERT_WLOCKED(pti_obj);
8864
8865         pde = pmap_pti_pde(va);
8866         if (unwire_pde != NULL) {
8867                 *unwire_pde = true;
8868                 pmap_pti_wire_pte(pde);
8869         }
8870         if (*pde == 0) {
8871                 m = pmap_pti_alloc_page();
8872                 if (*pde != 0) {
8873                         pmap_pti_free_page(m);
8874                         MPASS((*pde & X86_PG_PS) == 0);
8875                         mphys = *pde & ~(PAGE_MASK | pg_nx);
8876                 } else {
8877                         mphys = VM_PAGE_TO_PHYS(m);
8878                         *pde = mphys | X86_PG_RW | X86_PG_V;
8879                         if (unwire_pde != NULL)
8880                                 *unwire_pde = false;
8881                 }
8882         } else {
8883                 MPASS((*pde & X86_PG_PS) == 0);
8884                 mphys = *pde & ~(PAGE_MASK | pg_nx);
8885         }
8886
8887         pte = (pt_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(mphys);
8888         pte += pmap_pte_index(va);
8889
8890         return (pte);
8891 }
8892
8893 static void
8894 pmap_pti_add_kva_locked(vm_offset_t sva, vm_offset_t eva, bool exec)
8895 {
8896         vm_paddr_t pa;
8897         pd_entry_t *pde;
8898         pt_entry_t *pte, ptev;
8899         bool unwire_pde;
8900
8901         VM_OBJECT_ASSERT_WLOCKED(pti_obj);
8902
8903         sva = trunc_page(sva);
8904         MPASS(sva > VM_MAXUSER_ADDRESS);
8905         eva = round_page(eva);
8906         MPASS(sva < eva);
8907         for (; sva < eva; sva += PAGE_SIZE) {
8908                 pte = pmap_pti_pte(sva, &unwire_pde);
8909                 pa = pmap_kextract(sva);
8910                 ptev = pa | X86_PG_RW | X86_PG_V | X86_PG_A | X86_PG_G |
8911                     (exec ? 0 : pg_nx) | pmap_cache_bits(kernel_pmap,
8912                     VM_MEMATTR_DEFAULT, FALSE);
8913                 if (*pte == 0) {
8914                         pte_store(pte, ptev);
8915                         pmap_pti_wire_pte(pte);
8916                 } else {
8917                         KASSERT(!pti_finalized,
8918                             ("pti overlap after fin %#lx %#lx %#lx",
8919                             sva, *pte, ptev));
8920                         KASSERT(*pte == ptev,
8921                             ("pti non-identical pte after fin %#lx %#lx %#lx",
8922                             sva, *pte, ptev));
8923                 }
8924                 if (unwire_pde) {
8925                         pde = pmap_pti_pde(sva);
8926                         pmap_pti_unwire_pde(pde, true);
8927                 }
8928         }
8929 }
8930
8931 void
8932 pmap_pti_add_kva(vm_offset_t sva, vm_offset_t eva, bool exec)
8933 {
8934
8935         if (!pti)
8936                 return;
8937         VM_OBJECT_WLOCK(pti_obj);
8938         pmap_pti_add_kva_locked(sva, eva, exec);
8939         VM_OBJECT_WUNLOCK(pti_obj);
8940 }
8941
8942 void
8943 pmap_pti_remove_kva(vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
8944 {
8945         pt_entry_t *pte;
8946         vm_offset_t va;
8947
8948         if (!pti)
8949                 return;
8950         sva = rounddown2(sva, PAGE_SIZE);
8951         MPASS(sva > VM_MAXUSER_ADDRESS);
8952         eva = roundup2(eva, PAGE_SIZE);
8953         MPASS(sva < eva);
8954         VM_OBJECT_WLOCK(pti_obj);
8955         for (va = sva; va < eva; va += PAGE_SIZE) {
8956                 pte = pmap_pti_pte(va, NULL);
8957                 KASSERT((*pte & X86_PG_V) != 0,
8958                     ("invalid pte va %#lx pte %#lx pt %#lx", va,
8959                     (u_long)pte, *pte));
8960                 pte_clear(pte);
8961                 pmap_pti_unwire_pte(pte, va);
8962         }
8963         pmap_invalidate_range(kernel_pmap, sva, eva);
8964         VM_OBJECT_WUNLOCK(pti_obj);
8965 }
8966
8967 #include "opt_ddb.h"
8968 #ifdef DDB
8969 #include <sys/kdb.h>
8970 #include <ddb/ddb.h>
8971
8972 DB_SHOW_COMMAND(pte, pmap_print_pte)
8973 {
8974         pmap_t pmap;
8975         pml4_entry_t *pml4;
8976         pdp_entry_t *pdp;
8977         pd_entry_t *pde;
8978         pt_entry_t *pte, PG_V;
8979         vm_offset_t va;
8980
8981         if (!have_addr) {
8982                 db_printf("show pte addr\n");
8983                 return;
8984         }
8985         va = (vm_offset_t)addr;
8986
8987         if (kdb_thread != NULL)
8988                 pmap = vmspace_pmap(kdb_thread->td_proc->p_vmspace);
8989         else
8990                 pmap = PCPU_GET(curpmap);
8991
8992         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
8993         pml4 = pmap_pml4e(pmap, va);
8994         db_printf("VA %#016lx pml4e %#016lx", va, *pml4);
8995         if ((*pml4 & PG_V) == 0) {
8996                 db_printf("\n");
8997                 return;
8998         }
8999         pdp = pmap_pml4e_to_pdpe(pml4, va);
9000         db_printf(" pdpe %#016lx", *pdp);
9001         if ((*pdp & PG_V) == 0 || (*pdp & PG_PS) != 0) {
9002                 db_printf("\n");
9003                 return;
9004         }
9005         pde = pmap_pdpe_to_pde(pdp, va);
9006         db_printf(" pde %#016lx", *pde);
9007         if ((*pde & PG_V) == 0 || (*pde & PG_PS) != 0) {
9008                 db_printf("\n");
9009                 return;
9010         }
9011         pte = pmap_pde_to_pte(pde, va);
9012         db_printf(" pte %#016lx\n", *pte);
9013 }
9014
9015 DB_SHOW_COMMAND(phys2dmap, pmap_phys2dmap)
9016 {
9017         vm_paddr_t a;
9018
9019         if (have_addr) {
9020                 a = (vm_paddr_t)addr;
9021                 db_printf("0x%jx\n", (uintmax_t)PHYS_TO_DMAP(a));
9022         } else {
9023                 db_printf("show phys2dmap addr\n");
9024         }
9025 }
9026 #endif