]> CyberLeo.Net >> Repos - FreeBSD/FreeBSD.git/blob - sys/amd64/amd64/pmap.c
libarchive: import changes from upstream
[FreeBSD/FreeBSD.git] / sys / amd64 / amd64 / pmap.c
1 /*-
2  * SPDX-License-Identifier: BSD-4-Clause
3  *
4  * Copyright (c) 1991 Regents of the University of California.
5  * All rights reserved.
6  * Copyright (c) 1994 John S. Dyson
7  * All rights reserved.
8  * Copyright (c) 1994 David Greenman
9  * All rights reserved.
10  * Copyright (c) 2003 Peter Wemm
11  * All rights reserved.
12  * Copyright (c) 2005-2010 Alan L. Cox <alc@cs.rice.edu>
13  * All rights reserved.
14  *
15  * This code is derived from software contributed to Berkeley by
16  * the Systems Programming Group of the University of Utah Computer
17  * Science Department and William Jolitz of UUNET Technologies Inc.
18  *
19  * Redistribution and use in source and binary forms, with or without
20  * modification, are permitted provided that the following conditions
21  * are met:
22  * 1. Redistributions of source code must retain the above copyright
23  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer.
24  * 2. Redistributions in binary form must reproduce the above copyright
25  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer in the
26  *    documentation and/or other materials provided with the distribution.
27  * 3. All advertising materials mentioning features or use of this software
28  *    must display the following acknowledgement:
29  *      This product includes software developed by the University of
30  *      California, Berkeley and its contributors.
31  * 4. Neither the name of the University nor the names of its contributors
32  *    may be used to endorse or promote products derived from this software
33  *    without specific prior written permission.
34  *
35  * THIS SOFTWARE IS PROVIDED BY THE REGENTS AND CONTRIBUTORS ``AS IS'' AND
36  * ANY EXPRESS OR IMPLIED WARRANTIES, INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, THE
37  * IMPLIED WARRANTIES OF MERCHANTABILITY AND FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE
38  * ARE DISCLAIMED.  IN NO EVENT SHALL THE REGENTS OR CONTRIBUTORS BE LIABLE
39  * FOR ANY DIRECT, INDIRECT, INCIDENTAL, SPECIAL, EXEMPLARY, OR CONSEQUENTIAL
40  * DAMAGES (INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, PROCUREMENT OF SUBSTITUTE GOODS
41  * OR SERVICES; LOSS OF USE, DATA, OR PROFITS; OR BUSINESS INTERRUPTION)
42  * HOWEVER CAUSED AND ON ANY THEORY OF LIABILITY, WHETHER IN CONTRACT, STRICT
43  * LIABILITY, OR TORT (INCLUDING NEGLIGENCE OR OTHERWISE) ARISING IN ANY WAY
44  * OUT OF THE USE OF THIS SOFTWARE, EVEN IF ADVISED OF THE POSSIBILITY OF
45  * SUCH DAMAGE.
46  *
47  *      from:   @(#)pmap.c      7.7 (Berkeley)  5/12/91
48  */
49 /*-
50  * Copyright (c) 2003 Networks Associates Technology, Inc.
51  * Copyright (c) 2014-2020 The FreeBSD Foundation
52  * All rights reserved.
53  *
54  * This software was developed for the FreeBSD Project by Jake Burkholder,
55  * Safeport Network Services, and Network Associates Laboratories, the
56  * Security Research Division of Network Associates, Inc. under
57  * DARPA/SPAWAR contract N66001-01-C-8035 ("CBOSS"), as part of the DARPA
58  * CHATS research program.
59  *
60  * Portions of this software were developed by
61  * Konstantin Belousov <kib@FreeBSD.org> under sponsorship from
62  * the FreeBSD Foundation.
63  *
64  * Redistribution and use in source and binary forms, with or without
65  * modification, are permitted provided that the following conditions
66  * are met:
67  * 1. Redistributions of source code must retain the above copyright
68  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer.
69  * 2. Redistributions in binary form must reproduce the above copyright
70  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer in the
71  *    documentation and/or other materials provided with the distribution.
72  *
73  * THIS SOFTWARE IS PROVIDED BY THE AUTHOR AND CONTRIBUTORS ``AS IS'' AND
74  * ANY EXPRESS OR IMPLIED WARRANTIES, INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, THE
75  * IMPLIED WARRANTIES OF MERCHANTABILITY AND FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE
76  * ARE DISCLAIMED.  IN NO EVENT SHALL THE AUTHOR OR CONTRIBUTORS BE LIABLE
77  * FOR ANY DIRECT, INDIRECT, INCIDENTAL, SPECIAL, EXEMPLARY, OR CONSEQUENTIAL
78  * DAMAGES (INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, PROCUREMENT OF SUBSTITUTE GOODS
79  * OR SERVICES; LOSS OF USE, DATA, OR PROFITS; OR BUSINESS INTERRUPTION)
80  * HOWEVER CAUSED AND ON ANY THEORY OF LIABILITY, WHETHER IN CONTRACT, STRICT
81  * LIABILITY, OR TORT (INCLUDING NEGLIGENCE OR OTHERWISE) ARISING IN ANY WAY
82  * OUT OF THE USE OF THIS SOFTWARE, EVEN IF ADVISED OF THE POSSIBILITY OF
83  * SUCH DAMAGE.
84  */
85
86 #define AMD64_NPT_AWARE
87
88 #include <sys/cdefs.h>
89 __FBSDID("$FreeBSD$");
90
91 /*
92  *      Manages physical address maps.
93  *
94  *      Since the information managed by this module is
95  *      also stored by the logical address mapping module,
96  *      this module may throw away valid virtual-to-physical
97  *      mappings at almost any time.  However, invalidations
98  *      of virtual-to-physical mappings must be done as
99  *      requested.
100  *
101  *      In order to cope with hardware architectures which
102  *      make virtual-to-physical map invalidates expensive,
103  *      this module may delay invalidate or reduced protection
104  *      operations until such time as they are actually
105  *      necessary.  This module is given full information as
106  *      to which processors are currently using which maps,
107  *      and to when physical maps must be made correct.
108  */
109
110 #include "opt_ddb.h"
111 #include "opt_pmap.h"
112 #include "opt_vm.h"
113
114 #include <sys/param.h>
115 #include <sys/asan.h>
116 #include <sys/bitstring.h>
117 #include <sys/bus.h>
118 #include <sys/systm.h>
119 #include <sys/counter.h>
120 #include <sys/kernel.h>
121 #include <sys/ktr.h>
122 #include <sys/lock.h>
123 #include <sys/malloc.h>
124 #include <sys/mman.h>
125 #include <sys/msan.h>
126 #include <sys/mutex.h>
127 #include <sys/proc.h>
128 #include <sys/rangeset.h>
129 #include <sys/rwlock.h>
130 #include <sys/sbuf.h>
131 #include <sys/smr.h>
132 #include <sys/sx.h>
133 #include <sys/turnstile.h>
134 #include <sys/vmem.h>
135 #include <sys/vmmeter.h>
136 #include <sys/sched.h>
137 #include <sys/sysctl.h>
138 #include <sys/smp.h>
139 #ifdef DDB
140 #include <sys/kdb.h>
141 #include <ddb/ddb.h>
142 #endif
143
144 #include <vm/vm.h>
145 #include <vm/vm_param.h>
146 #include <vm/vm_kern.h>
147 #include <vm/vm_page.h>
148 #include <vm/vm_map.h>
149 #include <vm/vm_object.h>
150 #include <vm/vm_extern.h>
151 #include <vm/vm_pageout.h>
152 #include <vm/vm_pager.h>
153 #include <vm/vm_phys.h>
154 #include <vm/vm_radix.h>
155 #include <vm/vm_reserv.h>
156 #include <vm/vm_dumpset.h>
157 #include <vm/uma.h>
158
159 #include <machine/asan.h>
160 #include <machine/intr_machdep.h>
161 #include <x86/apicvar.h>
162 #include <x86/ifunc.h>
163 #include <machine/cpu.h>
164 #include <machine/cputypes.h>
165 #include <machine/md_var.h>
166 #include <machine/msan.h>
167 #include <machine/pcb.h>
168 #include <machine/specialreg.h>
169 #ifdef SMP
170 #include <machine/smp.h>
171 #endif
172 #include <machine/sysarch.h>
173 #include <machine/tss.h>
174
175 #ifdef NUMA
176 #define PMAP_MEMDOM     MAXMEMDOM
177 #else
178 #define PMAP_MEMDOM     1
179 #endif
180
181 static __inline boolean_t
182 pmap_type_guest(pmap_t pmap)
183 {
184
185         return ((pmap->pm_type == PT_EPT) || (pmap->pm_type == PT_RVI));
186 }
187
188 static __inline boolean_t
189 pmap_emulate_ad_bits(pmap_t pmap)
190 {
191
192         return ((pmap->pm_flags & PMAP_EMULATE_AD_BITS) != 0);
193 }
194
195 static __inline pt_entry_t
196 pmap_valid_bit(pmap_t pmap)
197 {
198         pt_entry_t mask;
199
200         switch (pmap->pm_type) {
201         case PT_X86:
202         case PT_RVI:
203                 mask = X86_PG_V;
204                 break;
205         case PT_EPT:
206                 if (pmap_emulate_ad_bits(pmap))
207                         mask = EPT_PG_EMUL_V;
208                 else
209                         mask = EPT_PG_READ;
210                 break;
211         default:
212                 panic("pmap_valid_bit: invalid pm_type %d", pmap->pm_type);
213         }
214
215         return (mask);
216 }
217
218 static __inline pt_entry_t
219 pmap_rw_bit(pmap_t pmap)
220 {
221         pt_entry_t mask;
222
223         switch (pmap->pm_type) {
224         case PT_X86:
225         case PT_RVI:
226                 mask = X86_PG_RW;
227                 break;
228         case PT_EPT:
229                 if (pmap_emulate_ad_bits(pmap))
230                         mask = EPT_PG_EMUL_RW;
231                 else
232                         mask = EPT_PG_WRITE;
233                 break;
234         default:
235                 panic("pmap_rw_bit: invalid pm_type %d", pmap->pm_type);
236         }
237
238         return (mask);
239 }
240
241 static pt_entry_t pg_g;
242
243 static __inline pt_entry_t
244 pmap_global_bit(pmap_t pmap)
245 {
246         pt_entry_t mask;
247
248         switch (pmap->pm_type) {
249         case PT_X86:
250                 mask = pg_g;
251                 break;
252         case PT_RVI:
253         case PT_EPT:
254                 mask = 0;
255                 break;
256         default:
257                 panic("pmap_global_bit: invalid pm_type %d", pmap->pm_type);
258         }
259
260         return (mask);
261 }
262
263 static __inline pt_entry_t
264 pmap_accessed_bit(pmap_t pmap)
265 {
266         pt_entry_t mask;
267
268         switch (pmap->pm_type) {
269         case PT_X86:
270         case PT_RVI:
271                 mask = X86_PG_A;
272                 break;
273         case PT_EPT:
274                 if (pmap_emulate_ad_bits(pmap))
275                         mask = EPT_PG_READ;
276                 else
277                         mask = EPT_PG_A;
278                 break;
279         default:
280                 panic("pmap_accessed_bit: invalid pm_type %d", pmap->pm_type);
281         }
282
283         return (mask);
284 }
285
286 static __inline pt_entry_t
287 pmap_modified_bit(pmap_t pmap)
288 {
289         pt_entry_t mask;
290
291         switch (pmap->pm_type) {
292         case PT_X86:
293         case PT_RVI:
294                 mask = X86_PG_M;
295                 break;
296         case PT_EPT:
297                 if (pmap_emulate_ad_bits(pmap))
298                         mask = EPT_PG_WRITE;
299                 else
300                         mask = EPT_PG_M;
301                 break;
302         default:
303                 panic("pmap_modified_bit: invalid pm_type %d", pmap->pm_type);
304         }
305
306         return (mask);
307 }
308
309 static __inline pt_entry_t
310 pmap_pku_mask_bit(pmap_t pmap)
311 {
312
313         return (pmap->pm_type == PT_X86 ? X86_PG_PKU_MASK : 0);
314 }
315
316 #if !defined(DIAGNOSTIC)
317 #ifdef __GNUC_GNU_INLINE__
318 #define PMAP_INLINE     __attribute__((__gnu_inline__)) inline
319 #else
320 #define PMAP_INLINE     extern inline
321 #endif
322 #else
323 #define PMAP_INLINE
324 #endif
325
326 #ifdef PV_STATS
327 #define PV_STAT(x)      do { x ; } while (0)
328 #else
329 #define PV_STAT(x)      do { } while (0)
330 #endif
331
332 #undef pa_index
333 #ifdef NUMA
334 #define pa_index(pa)    ({                                      \
335         KASSERT((pa) <= vm_phys_segs[vm_phys_nsegs - 1].end,    \
336             ("address %lx beyond the last segment", (pa)));     \
337         (pa) >> PDRSHIFT;                                       \
338 })
339 #define pa_to_pmdp(pa)  (&pv_table[pa_index(pa)])
340 #define pa_to_pvh(pa)   (&(pa_to_pmdp(pa)->pv_page))
341 #define PHYS_TO_PV_LIST_LOCK(pa)        ({                      \
342         struct rwlock *_lock;                                   \
343         if (__predict_false((pa) > pmap_last_pa))               \
344                 _lock = &pv_dummy_large.pv_lock;                \
345         else                                                    \
346                 _lock = &(pa_to_pmdp(pa)->pv_lock);             \
347         _lock;                                                  \
348 })
349 #else
350 #define pa_index(pa)    ((pa) >> PDRSHIFT)
351 #define pa_to_pvh(pa)   (&pv_table[pa_index(pa)])
352
353 #define NPV_LIST_LOCKS  MAXCPU
354
355 #define PHYS_TO_PV_LIST_LOCK(pa)        \
356                         (&pv_list_locks[pa_index(pa) % NPV_LIST_LOCKS])
357 #endif
358
359 #define CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_PHYS(lockp, pa)  do {    \
360         struct rwlock **_lockp = (lockp);               \
361         struct rwlock *_new_lock;                       \
362                                                         \
363         _new_lock = PHYS_TO_PV_LIST_LOCK(pa);           \
364         if (_new_lock != *_lockp) {                     \
365                 if (*_lockp != NULL)                    \
366                         rw_wunlock(*_lockp);            \
367                 *_lockp = _new_lock;                    \
368                 rw_wlock(*_lockp);                      \
369         }                                               \
370 } while (0)
371
372 #define CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_VM_PAGE(lockp, m)        \
373                         CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_PHYS(lockp, VM_PAGE_TO_PHYS(m))
374
375 #define RELEASE_PV_LIST_LOCK(lockp)             do {    \
376         struct rwlock **_lockp = (lockp);               \
377                                                         \
378         if (*_lockp != NULL) {                          \
379                 rw_wunlock(*_lockp);                    \
380                 *_lockp = NULL;                         \
381         }                                               \
382 } while (0)
383
384 #define VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m)      \
385                         PHYS_TO_PV_LIST_LOCK(VM_PAGE_TO_PHYS(m))
386
387 struct pmap kernel_pmap_store;
388
389 vm_offset_t virtual_avail;      /* VA of first avail page (after kernel bss) */
390 vm_offset_t virtual_end;        /* VA of last avail page (end of kernel AS) */
391
392 int nkpt;
393 SYSCTL_INT(_machdep, OID_AUTO, nkpt, CTLFLAG_RD, &nkpt, 0,
394     "Number of kernel page table pages allocated on bootup");
395
396 static int ndmpdp;
397 vm_paddr_t dmaplimit;
398 vm_offset_t kernel_vm_end = VM_MIN_KERNEL_ADDRESS;
399 pt_entry_t pg_nx;
400
401 static SYSCTL_NODE(_vm, OID_AUTO, pmap, CTLFLAG_RD | CTLFLAG_MPSAFE, 0,
402     "VM/pmap parameters");
403
404 static int pg_ps_enabled = 1;
405 SYSCTL_INT(_vm_pmap, OID_AUTO, pg_ps_enabled, CTLFLAG_RDTUN | CTLFLAG_NOFETCH,
406     &pg_ps_enabled, 0, "Are large page mappings enabled?");
407
408 int __read_frequently la57 = 0;
409 SYSCTL_INT(_vm_pmap, OID_AUTO, la57, CTLFLAG_RDTUN | CTLFLAG_NOFETCH,
410     &la57, 0,
411     "5-level paging for host is enabled");
412
413 static bool
414 pmap_is_la57(pmap_t pmap)
415 {
416         if (pmap->pm_type == PT_X86)
417                 return (la57);
418         return (false);         /* XXXKIB handle EPT */
419 }
420
421 #define PAT_INDEX_SIZE  8
422 static int pat_index[PAT_INDEX_SIZE];   /* cache mode to PAT index conversion */
423
424 static u_int64_t        KPTphys;        /* phys addr of kernel level 1 */
425 static u_int64_t        KPDphys;        /* phys addr of kernel level 2 */
426 static u_int64_t        KPDPphys;       /* phys addr of kernel level 3 */
427 u_int64_t               KPML4phys;      /* phys addr of kernel level 4 */
428 u_int64_t               KPML5phys;      /* phys addr of kernel level 5,
429                                            if supported */
430
431 #ifdef KASAN
432 static uint64_t         KASANPDPphys;
433 #endif
434 #ifdef KMSAN
435 static uint64_t         KMSANSHADPDPphys;
436 static uint64_t         KMSANORIGPDPphys;
437
438 /*
439  * To support systems with large amounts of memory, it is necessary to extend
440  * the maximum size of the direct map.  This could eat into the space reserved
441  * for the shadow map.
442  */
443 _Static_assert(DMPML4I + NDMPML4E <= KMSANSHADPML4I, "direct map overflow");
444 #endif
445
446 static pml4_entry_t     *kernel_pml4;
447 static u_int64_t        DMPDphys;       /* phys addr of direct mapped level 2 */
448 static u_int64_t        DMPDPphys;      /* phys addr of direct mapped level 3 */
449 static int              ndmpdpphys;     /* number of DMPDPphys pages */
450
451 vm_paddr_t              kernphys;       /* phys addr of start of bootstrap data */
452 vm_paddr_t              KERNend;        /* and the end */
453
454 /*
455  * pmap_mapdev support pre initialization (i.e. console)
456  */
457 #define PMAP_PREINIT_MAPPING_COUNT      8
458 static struct pmap_preinit_mapping {
459         vm_paddr_t      pa;
460         vm_offset_t     va;
461         vm_size_t       sz;
462         int             mode;
463 } pmap_preinit_mapping[PMAP_PREINIT_MAPPING_COUNT];
464 static int pmap_initialized;
465
466 /*
467  * Data for the pv entry allocation mechanism.
468  * Updates to pv_invl_gen are protected by the pv list lock but reads are not.
469  */
470 #ifdef NUMA
471 static __inline int
472 pc_to_domain(struct pv_chunk *pc)
473 {
474
475         return (vm_phys_domain(DMAP_TO_PHYS((vm_offset_t)pc)));
476 }
477 #else
478 static __inline int
479 pc_to_domain(struct pv_chunk *pc __unused)
480 {
481
482         return (0);
483 }
484 #endif
485
486 struct pv_chunks_list {
487         struct mtx pvc_lock;
488         TAILQ_HEAD(pch, pv_chunk) pvc_list;
489         int active_reclaims;
490 } __aligned(CACHE_LINE_SIZE);
491
492 struct pv_chunks_list __exclusive_cache_line pv_chunks[PMAP_MEMDOM];
493
494 #ifdef  NUMA
495 struct pmap_large_md_page {
496         struct rwlock   pv_lock;
497         struct md_page  pv_page;
498         u_long pv_invl_gen;
499 };
500 __exclusive_cache_line static struct pmap_large_md_page pv_dummy_large;
501 #define pv_dummy pv_dummy_large.pv_page
502 __read_mostly static struct pmap_large_md_page *pv_table;
503 __read_mostly vm_paddr_t pmap_last_pa;
504 #else
505 static struct rwlock __exclusive_cache_line pv_list_locks[NPV_LIST_LOCKS];
506 static u_long pv_invl_gen[NPV_LIST_LOCKS];
507 static struct md_page *pv_table;
508 static struct md_page pv_dummy;
509 #endif
510
511 /*
512  * All those kernel PT submaps that BSD is so fond of
513  */
514 pt_entry_t *CMAP1 = NULL;
515 caddr_t CADDR1 = 0;
516 static vm_offset_t qframe = 0;
517 static struct mtx qframe_mtx;
518
519 static int pmap_flags = PMAP_PDE_SUPERPAGE;     /* flags for x86 pmaps */
520
521 static vmem_t *large_vmem;
522 static u_int lm_ents;
523 #define PMAP_ADDRESS_IN_LARGEMAP(va)    ((va) >= LARGEMAP_MIN_ADDRESS && \
524         (va) < LARGEMAP_MIN_ADDRESS + NBPML4 * (u_long)lm_ents)
525
526 int pmap_pcid_enabled = 1;
527 SYSCTL_INT(_vm_pmap, OID_AUTO, pcid_enabled, CTLFLAG_RDTUN | CTLFLAG_NOFETCH,
528     &pmap_pcid_enabled, 0, "Is TLB Context ID enabled ?");
529 int invpcid_works = 0;
530 SYSCTL_INT(_vm_pmap, OID_AUTO, invpcid_works, CTLFLAG_RD, &invpcid_works, 0,
531     "Is the invpcid instruction available ?");
532
533 int __read_frequently pti = 0;
534 SYSCTL_INT(_vm_pmap, OID_AUTO, pti, CTLFLAG_RDTUN | CTLFLAG_NOFETCH,
535     &pti, 0,
536     "Page Table Isolation enabled");
537 static vm_object_t pti_obj;
538 static pml4_entry_t *pti_pml4;
539 static vm_pindex_t pti_pg_idx;
540 static bool pti_finalized;
541
542 struct pmap_pkru_range {
543         struct rs_el    pkru_rs_el;
544         u_int           pkru_keyidx;
545         int             pkru_flags;
546 };
547
548 static uma_zone_t pmap_pkru_ranges_zone;
549 static bool pmap_pkru_same(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva);
550 static pt_entry_t pmap_pkru_get(pmap_t pmap, vm_offset_t va);
551 static void pmap_pkru_on_remove(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva);
552 static void *pkru_dup_range(void *ctx, void *data);
553 static void pkru_free_range(void *ctx, void *node);
554 static int pmap_pkru_copy(pmap_t dst_pmap, pmap_t src_pmap);
555 static int pmap_pkru_deassign(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva);
556 static void pmap_pkru_deassign_all(pmap_t pmap);
557
558 static COUNTER_U64_DEFINE_EARLY(pcid_save_cnt);
559 SYSCTL_COUNTER_U64(_vm_pmap, OID_AUTO, pcid_save_cnt, CTLFLAG_RD,
560     &pcid_save_cnt, "Count of saved TLB context on switch");
561
562 static LIST_HEAD(, pmap_invl_gen) pmap_invl_gen_tracker =
563     LIST_HEAD_INITIALIZER(&pmap_invl_gen_tracker);
564 static struct mtx invl_gen_mtx;
565 /* Fake lock object to satisfy turnstiles interface. */
566 static struct lock_object invl_gen_ts = {
567         .lo_name = "invlts",
568 };
569 static struct pmap_invl_gen pmap_invl_gen_head = {
570         .gen = 1,
571         .next = NULL,
572 };
573 static u_long pmap_invl_gen = 1;
574 static int pmap_invl_waiters;
575 static struct callout pmap_invl_callout;
576 static bool pmap_invl_callout_inited;
577
578 #define PMAP_ASSERT_NOT_IN_DI() \
579     KASSERT(pmap_not_in_di(), ("DI already started"))
580
581 static bool
582 pmap_di_locked(void)
583 {
584         int tun;
585
586         if ((cpu_feature2 & CPUID2_CX16) == 0)
587                 return (true);
588         tun = 0;
589         TUNABLE_INT_FETCH("vm.pmap.di_locked", &tun);
590         return (tun != 0);
591 }
592
593 static int
594 sysctl_pmap_di_locked(SYSCTL_HANDLER_ARGS)
595 {
596         int locked;
597
598         locked = pmap_di_locked();
599         return (sysctl_handle_int(oidp, &locked, 0, req));
600 }
601 SYSCTL_PROC(_vm_pmap, OID_AUTO, di_locked, CTLTYPE_INT | CTLFLAG_RDTUN |
602     CTLFLAG_MPSAFE, 0, 0, sysctl_pmap_di_locked, "",
603     "Locked delayed invalidation");
604
605 static bool pmap_not_in_di_l(void);
606 static bool pmap_not_in_di_u(void);
607 DEFINE_IFUNC(, bool, pmap_not_in_di, (void))
608 {
609
610         return (pmap_di_locked() ? pmap_not_in_di_l : pmap_not_in_di_u);
611 }
612
613 static bool
614 pmap_not_in_di_l(void)
615 {
616         struct pmap_invl_gen *invl_gen;
617
618         invl_gen = &curthread->td_md.md_invl_gen;
619         return (invl_gen->gen == 0);
620 }
621
622 static void
623 pmap_thread_init_invl_gen_l(struct thread *td)
624 {
625         struct pmap_invl_gen *invl_gen;
626
627         invl_gen = &td->td_md.md_invl_gen;
628         invl_gen->gen = 0;
629 }
630
631 static void
632 pmap_delayed_invl_wait_block(u_long *m_gen, u_long *invl_gen)
633 {
634         struct turnstile *ts;
635
636         ts = turnstile_trywait(&invl_gen_ts);
637         if (*m_gen > atomic_load_long(invl_gen))
638                 turnstile_wait(ts, NULL, TS_SHARED_QUEUE);
639         else
640                 turnstile_cancel(ts);
641 }
642
643 static void
644 pmap_delayed_invl_finish_unblock(u_long new_gen)
645 {
646         struct turnstile *ts;
647
648         turnstile_chain_lock(&invl_gen_ts);
649         ts = turnstile_lookup(&invl_gen_ts);
650         if (new_gen != 0)
651                 pmap_invl_gen = new_gen;
652         if (ts != NULL) {
653                 turnstile_broadcast(ts, TS_SHARED_QUEUE);
654                 turnstile_unpend(ts);
655         }
656         turnstile_chain_unlock(&invl_gen_ts);
657 }
658
659 /*
660  * Start a new Delayed Invalidation (DI) block of code, executed by
661  * the current thread.  Within a DI block, the current thread may
662  * destroy both the page table and PV list entries for a mapping and
663  * then release the corresponding PV list lock before ensuring that
664  * the mapping is flushed from the TLBs of any processors with the
665  * pmap active.
666  */
667 static void
668 pmap_delayed_invl_start_l(void)
669 {
670         struct pmap_invl_gen *invl_gen;
671         u_long currgen;
672
673         invl_gen = &curthread->td_md.md_invl_gen;
674         PMAP_ASSERT_NOT_IN_DI();
675         mtx_lock(&invl_gen_mtx);
676         if (LIST_EMPTY(&pmap_invl_gen_tracker))
677                 currgen = pmap_invl_gen;
678         else
679                 currgen = LIST_FIRST(&pmap_invl_gen_tracker)->gen;
680         invl_gen->gen = currgen + 1;
681         LIST_INSERT_HEAD(&pmap_invl_gen_tracker, invl_gen, link);
682         mtx_unlock(&invl_gen_mtx);
683 }
684
685 /*
686  * Finish the DI block, previously started by the current thread.  All
687  * required TLB flushes for the pages marked by
688  * pmap_delayed_invl_page() must be finished before this function is
689  * called.
690  *
691  * This function works by bumping the global DI generation number to
692  * the generation number of the current thread's DI, unless there is a
693  * pending DI that started earlier.  In the latter case, bumping the
694  * global DI generation number would incorrectly signal that the
695  * earlier DI had finished.  Instead, this function bumps the earlier
696  * DI's generation number to match the generation number of the
697  * current thread's DI.
698  */
699 static void
700 pmap_delayed_invl_finish_l(void)
701 {
702         struct pmap_invl_gen *invl_gen, *next;
703
704         invl_gen = &curthread->td_md.md_invl_gen;
705         KASSERT(invl_gen->gen != 0, ("missed invl_start"));
706         mtx_lock(&invl_gen_mtx);
707         next = LIST_NEXT(invl_gen, link);
708         if (next == NULL)
709                 pmap_delayed_invl_finish_unblock(invl_gen->gen);
710         else
711                 next->gen = invl_gen->gen;
712         LIST_REMOVE(invl_gen, link);
713         mtx_unlock(&invl_gen_mtx);
714         invl_gen->gen = 0;
715 }
716
717 static bool
718 pmap_not_in_di_u(void)
719 {
720         struct pmap_invl_gen *invl_gen;
721
722         invl_gen = &curthread->td_md.md_invl_gen;
723         return (((uintptr_t)invl_gen->next & PMAP_INVL_GEN_NEXT_INVALID) != 0);
724 }
725
726 static void
727 pmap_thread_init_invl_gen_u(struct thread *td)
728 {
729         struct pmap_invl_gen *invl_gen;
730
731         invl_gen = &td->td_md.md_invl_gen;
732         invl_gen->gen = 0;
733         invl_gen->next = (void *)PMAP_INVL_GEN_NEXT_INVALID;
734 }
735
736 static bool
737 pmap_di_load_invl(struct pmap_invl_gen *ptr, struct pmap_invl_gen *out)
738 {
739         uint64_t new_high, new_low, old_high, old_low;
740         char res;
741
742         old_low = new_low = 0;
743         old_high = new_high = (uintptr_t)0;
744
745         __asm volatile("lock;cmpxchg16b\t%1"
746             : "=@cce" (res), "+m" (*ptr), "+a" (old_low), "+d" (old_high)
747             : "b"(new_low), "c" (new_high)
748             : "memory", "cc");
749         if (res == 0) {
750                 if ((old_high & PMAP_INVL_GEN_NEXT_INVALID) != 0)
751                         return (false);
752                 out->gen = old_low;
753                 out->next = (void *)old_high;
754         } else {
755                 out->gen = new_low;
756                 out->next = (void *)new_high;
757         }
758         return (true);
759 }
760
761 static bool
762 pmap_di_store_invl(struct pmap_invl_gen *ptr, struct pmap_invl_gen *old_val,
763     struct pmap_invl_gen *new_val)
764 {
765         uint64_t new_high, new_low, old_high, old_low;
766         char res;
767
768         new_low = new_val->gen;
769         new_high = (uintptr_t)new_val->next;
770         old_low = old_val->gen;
771         old_high = (uintptr_t)old_val->next;
772
773         __asm volatile("lock;cmpxchg16b\t%1"
774             : "=@cce" (res), "+m" (*ptr), "+a" (old_low), "+d" (old_high)
775             : "b"(new_low), "c" (new_high)
776             : "memory", "cc");
777         return (res);
778 }
779
780 static COUNTER_U64_DEFINE_EARLY(pv_page_count);
781 SYSCTL_COUNTER_U64(_vm_pmap, OID_AUTO, pv_page_count, CTLFLAG_RD,
782     &pv_page_count, "Current number of allocated pv pages");
783
784 static COUNTER_U64_DEFINE_EARLY(user_pt_page_count);
785 SYSCTL_COUNTER_U64(_vm_pmap, OID_AUTO, user_pt_page_count, CTLFLAG_RD,
786     &user_pt_page_count,
787     "Current number of allocated page table pages for userspace");
788
789 static COUNTER_U64_DEFINE_EARLY(kernel_pt_page_count);
790 SYSCTL_COUNTER_U64(_vm_pmap, OID_AUTO, kernel_pt_page_count, CTLFLAG_RD,
791     &kernel_pt_page_count,
792     "Current number of allocated page table pages for the kernel");
793
794 #ifdef PV_STATS
795
796 static COUNTER_U64_DEFINE_EARLY(invl_start_restart);
797 SYSCTL_COUNTER_U64(_vm_pmap, OID_AUTO, invl_start_restart,
798     CTLFLAG_RD, &invl_start_restart,
799     "Number of delayed TLB invalidation request restarts");
800
801 static COUNTER_U64_DEFINE_EARLY(invl_finish_restart);
802 SYSCTL_COUNTER_U64(_vm_pmap, OID_AUTO, invl_finish_restart, CTLFLAG_RD,
803     &invl_finish_restart,
804     "Number of delayed TLB invalidation completion restarts");
805
806 static int invl_max_qlen;
807 SYSCTL_INT(_vm_pmap, OID_AUTO, invl_max_qlen, CTLFLAG_RD,
808     &invl_max_qlen, 0,
809     "Maximum delayed TLB invalidation request queue length");
810 #endif
811
812 #define di_delay        locks_delay
813
814 static void
815 pmap_delayed_invl_start_u(void)
816 {
817         struct pmap_invl_gen *invl_gen, *p, prev, new_prev;
818         struct thread *td;
819         struct lock_delay_arg lda;
820         uintptr_t prevl;
821         u_char pri;
822 #ifdef PV_STATS
823         int i, ii;
824 #endif
825
826         td = curthread;
827         invl_gen = &td->td_md.md_invl_gen;
828         PMAP_ASSERT_NOT_IN_DI();
829         lock_delay_arg_init(&lda, &di_delay);
830         invl_gen->saved_pri = 0;
831         pri = td->td_base_pri;
832         if (pri > PVM) {
833                 thread_lock(td);
834                 pri = td->td_base_pri;
835                 if (pri > PVM) {
836                         invl_gen->saved_pri = pri;
837                         sched_prio(td, PVM);
838                 }
839                 thread_unlock(td);
840         }
841 again:
842         PV_STAT(i = 0);
843         for (p = &pmap_invl_gen_head;; p = prev.next) {
844                 PV_STAT(i++);
845                 prevl = (uintptr_t)atomic_load_ptr(&p->next);
846                 if ((prevl & PMAP_INVL_GEN_NEXT_INVALID) != 0) {
847                         PV_STAT(counter_u64_add(invl_start_restart, 1));
848                         lock_delay(&lda);
849                         goto again;
850                 }
851                 if (prevl == 0)
852                         break;
853                 prev.next = (void *)prevl;
854         }
855 #ifdef PV_STATS
856         if ((ii = invl_max_qlen) < i)
857                 atomic_cmpset_int(&invl_max_qlen, ii, i);
858 #endif
859
860         if (!pmap_di_load_invl(p, &prev) || prev.next != NULL) {
861                 PV_STAT(counter_u64_add(invl_start_restart, 1));
862                 lock_delay(&lda);
863                 goto again;
864         }
865
866         new_prev.gen = prev.gen;
867         new_prev.next = invl_gen;
868         invl_gen->gen = prev.gen + 1;
869
870         /* Formal fence between store to invl->gen and updating *p. */
871         atomic_thread_fence_rel();
872
873         /*
874          * After inserting an invl_gen element with invalid bit set,
875          * this thread blocks any other thread trying to enter the
876          * delayed invalidation block.  Do not allow to remove us from
877          * the CPU, because it causes starvation for other threads.
878          */
879         critical_enter();
880
881         /*
882          * ABA for *p is not possible there, since p->gen can only
883          * increase.  So if the *p thread finished its di, then
884          * started a new one and got inserted into the list at the
885          * same place, its gen will appear greater than the previously
886          * read gen.
887          */
888         if (!pmap_di_store_invl(p, &prev, &new_prev)) {
889                 critical_exit();
890                 PV_STAT(counter_u64_add(invl_start_restart, 1));
891                 lock_delay(&lda);
892                 goto again;
893         }
894
895         /*
896          * There we clear PMAP_INVL_GEN_NEXT_INVALID in
897          * invl_gen->next, allowing other threads to iterate past us.
898          * pmap_di_store_invl() provides fence between the generation
899          * write and the update of next.
900          */
901         invl_gen->next = NULL;
902         critical_exit();
903 }
904
905 static bool
906 pmap_delayed_invl_finish_u_crit(struct pmap_invl_gen *invl_gen,
907     struct pmap_invl_gen *p)
908 {
909         struct pmap_invl_gen prev, new_prev;
910         u_long mygen;
911
912         /*
913          * Load invl_gen->gen after setting invl_gen->next
914          * PMAP_INVL_GEN_NEXT_INVALID.  This prevents larger
915          * generations to propagate to our invl_gen->gen.  Lock prefix
916          * in atomic_set_ptr() worked as seq_cst fence.
917          */
918         mygen = atomic_load_long(&invl_gen->gen);
919
920         if (!pmap_di_load_invl(p, &prev) || prev.next != invl_gen)
921                 return (false);
922
923         KASSERT(prev.gen < mygen,
924             ("invalid di gen sequence %lu %lu", prev.gen, mygen));
925         new_prev.gen = mygen;
926         new_prev.next = (void *)((uintptr_t)invl_gen->next &
927             ~PMAP_INVL_GEN_NEXT_INVALID);
928
929         /* Formal fence between load of prev and storing update to it. */
930         atomic_thread_fence_rel();
931
932         return (pmap_di_store_invl(p, &prev, &new_prev));
933 }
934
935 static void
936 pmap_delayed_invl_finish_u(void)
937 {
938         struct pmap_invl_gen *invl_gen, *p;
939         struct thread *td;
940         struct lock_delay_arg lda;
941         uintptr_t prevl;
942
943         td = curthread;
944         invl_gen = &td->td_md.md_invl_gen;
945         KASSERT(invl_gen->gen != 0, ("missed invl_start: gen 0"));
946         KASSERT(((uintptr_t)invl_gen->next & PMAP_INVL_GEN_NEXT_INVALID) == 0,
947             ("missed invl_start: INVALID"));
948         lock_delay_arg_init(&lda, &di_delay);
949
950 again:
951         for (p = &pmap_invl_gen_head; p != NULL; p = (void *)prevl) {
952                 prevl = (uintptr_t)atomic_load_ptr(&p->next);
953                 if ((prevl & PMAP_INVL_GEN_NEXT_INVALID) != 0) {
954                         PV_STAT(counter_u64_add(invl_finish_restart, 1));
955                         lock_delay(&lda);
956                         goto again;
957                 }
958                 if ((void *)prevl == invl_gen)
959                         break;
960         }
961
962         /*
963          * It is legitimate to not find ourself on the list if a
964          * thread before us finished its DI and started it again.
965          */
966         if (__predict_false(p == NULL)) {
967                 PV_STAT(counter_u64_add(invl_finish_restart, 1));
968                 lock_delay(&lda);
969                 goto again;
970         }
971
972         critical_enter();
973         atomic_set_ptr((uintptr_t *)&invl_gen->next,
974             PMAP_INVL_GEN_NEXT_INVALID);
975         if (!pmap_delayed_invl_finish_u_crit(invl_gen, p)) {
976                 atomic_clear_ptr((uintptr_t *)&invl_gen->next,
977                     PMAP_INVL_GEN_NEXT_INVALID);
978                 critical_exit();
979                 PV_STAT(counter_u64_add(invl_finish_restart, 1));
980                 lock_delay(&lda);
981                 goto again;
982         }
983         critical_exit();
984         if (atomic_load_int(&pmap_invl_waiters) > 0)
985                 pmap_delayed_invl_finish_unblock(0);
986         if (invl_gen->saved_pri != 0) {
987                 thread_lock(td);
988                 sched_prio(td, invl_gen->saved_pri);
989                 thread_unlock(td);
990         }
991 }
992
993 #ifdef DDB
994 DB_SHOW_COMMAND(di_queue, pmap_di_queue)
995 {
996         struct pmap_invl_gen *p, *pn;
997         struct thread *td;
998         uintptr_t nextl;
999         bool first;
1000
1001         for (p = &pmap_invl_gen_head, first = true; p != NULL; p = pn,
1002             first = false) {
1003                 nextl = (uintptr_t)atomic_load_ptr(&p->next);
1004                 pn = (void *)(nextl & ~PMAP_INVL_GEN_NEXT_INVALID);
1005                 td = first ? NULL : __containerof(p, struct thread,
1006                     td_md.md_invl_gen);
1007                 db_printf("gen %lu inv %d td %p tid %d\n", p->gen,
1008                     (nextl & PMAP_INVL_GEN_NEXT_INVALID) != 0, td,
1009                     td != NULL ? td->td_tid : -1);
1010         }
1011 }
1012 #endif
1013
1014 #ifdef PV_STATS
1015 static COUNTER_U64_DEFINE_EARLY(invl_wait);
1016 SYSCTL_COUNTER_U64(_vm_pmap, OID_AUTO, invl_wait,
1017     CTLFLAG_RD, &invl_wait,
1018     "Number of times DI invalidation blocked pmap_remove_all/write");
1019
1020 static COUNTER_U64_DEFINE_EARLY(invl_wait_slow);
1021 SYSCTL_COUNTER_U64(_vm_pmap, OID_AUTO, invl_wait_slow, CTLFLAG_RD,
1022      &invl_wait_slow, "Number of slow invalidation waits for lockless DI");
1023
1024 #endif
1025
1026 #ifdef NUMA
1027 static u_long *
1028 pmap_delayed_invl_genp(vm_page_t m)
1029 {
1030         vm_paddr_t pa;
1031         u_long *gen;
1032
1033         pa = VM_PAGE_TO_PHYS(m);
1034         if (__predict_false((pa) > pmap_last_pa))
1035                 gen = &pv_dummy_large.pv_invl_gen;
1036         else
1037                 gen = &(pa_to_pmdp(pa)->pv_invl_gen);
1038
1039         return (gen);
1040 }
1041 #else
1042 static u_long *
1043 pmap_delayed_invl_genp(vm_page_t m)
1044 {
1045
1046         return (&pv_invl_gen[pa_index(VM_PAGE_TO_PHYS(m)) % NPV_LIST_LOCKS]);
1047 }
1048 #endif
1049
1050 static void
1051 pmap_delayed_invl_callout_func(void *arg __unused)
1052 {
1053
1054         if (atomic_load_int(&pmap_invl_waiters) == 0)
1055                 return;
1056         pmap_delayed_invl_finish_unblock(0);
1057 }
1058
1059 static void
1060 pmap_delayed_invl_callout_init(void *arg __unused)
1061 {
1062
1063         if (pmap_di_locked())
1064                 return;
1065         callout_init(&pmap_invl_callout, 1);
1066         pmap_invl_callout_inited = true;
1067 }
1068 SYSINIT(pmap_di_callout, SI_SUB_CPU + 1, SI_ORDER_ANY,
1069     pmap_delayed_invl_callout_init, NULL);
1070
1071 /*
1072  * Ensure that all currently executing DI blocks, that need to flush
1073  * TLB for the given page m, actually flushed the TLB at the time the
1074  * function returned.  If the page m has an empty PV list and we call
1075  * pmap_delayed_invl_wait(), upon its return we know that no CPU has a
1076  * valid mapping for the page m in either its page table or TLB.
1077  *
1078  * This function works by blocking until the global DI generation
1079  * number catches up with the generation number associated with the
1080  * given page m and its PV list.  Since this function's callers
1081  * typically own an object lock and sometimes own a page lock, it
1082  * cannot sleep.  Instead, it blocks on a turnstile to relinquish the
1083  * processor.
1084  */
1085 static void
1086 pmap_delayed_invl_wait_l(vm_page_t m)
1087 {
1088         u_long *m_gen;
1089 #ifdef PV_STATS
1090         bool accounted = false;
1091 #endif
1092
1093         m_gen = pmap_delayed_invl_genp(m);
1094         while (*m_gen > pmap_invl_gen) {
1095 #ifdef PV_STATS
1096                 if (!accounted) {
1097                         counter_u64_add(invl_wait, 1);
1098                         accounted = true;
1099                 }
1100 #endif
1101                 pmap_delayed_invl_wait_block(m_gen, &pmap_invl_gen);
1102         }
1103 }
1104
1105 static void
1106 pmap_delayed_invl_wait_u(vm_page_t m)
1107 {
1108         u_long *m_gen;
1109         struct lock_delay_arg lda;
1110         bool fast;
1111
1112         fast = true;
1113         m_gen = pmap_delayed_invl_genp(m);
1114         lock_delay_arg_init(&lda, &di_delay);
1115         while (*m_gen > atomic_load_long(&pmap_invl_gen_head.gen)) {
1116                 if (fast || !pmap_invl_callout_inited) {
1117                         PV_STAT(counter_u64_add(invl_wait, 1));
1118                         lock_delay(&lda);
1119                         fast = false;
1120                 } else {
1121                         /*
1122                          * The page's invalidation generation number
1123                          * is still below the current thread's number.
1124                          * Prepare to block so that we do not waste
1125                          * CPU cycles or worse, suffer livelock.
1126                          *
1127                          * Since it is impossible to block without
1128                          * racing with pmap_delayed_invl_finish_u(),
1129                          * prepare for the race by incrementing
1130                          * pmap_invl_waiters and arming a 1-tick
1131                          * callout which will unblock us if we lose
1132                          * the race.
1133                          */
1134                         atomic_add_int(&pmap_invl_waiters, 1);
1135
1136                         /*
1137                          * Re-check the current thread's invalidation
1138                          * generation after incrementing
1139                          * pmap_invl_waiters, so that there is no race
1140                          * with pmap_delayed_invl_finish_u() setting
1141                          * the page generation and checking
1142                          * pmap_invl_waiters.  The only race allowed
1143                          * is for a missed unblock, which is handled
1144                          * by the callout.
1145                          */
1146                         if (*m_gen >
1147                             atomic_load_long(&pmap_invl_gen_head.gen)) {
1148                                 callout_reset(&pmap_invl_callout, 1,
1149                                     pmap_delayed_invl_callout_func, NULL);
1150                                 PV_STAT(counter_u64_add(invl_wait_slow, 1));
1151                                 pmap_delayed_invl_wait_block(m_gen,
1152                                     &pmap_invl_gen_head.gen);
1153                         }
1154                         atomic_add_int(&pmap_invl_waiters, -1);
1155                 }
1156         }
1157 }
1158
1159 DEFINE_IFUNC(, void, pmap_thread_init_invl_gen, (struct thread *))
1160 {
1161
1162         return (pmap_di_locked() ? pmap_thread_init_invl_gen_l :
1163             pmap_thread_init_invl_gen_u);
1164 }
1165
1166 DEFINE_IFUNC(static, void, pmap_delayed_invl_start, (void))
1167 {
1168
1169         return (pmap_di_locked() ? pmap_delayed_invl_start_l :
1170             pmap_delayed_invl_start_u);
1171 }
1172
1173 DEFINE_IFUNC(static, void, pmap_delayed_invl_finish, (void))
1174 {
1175
1176         return (pmap_di_locked() ? pmap_delayed_invl_finish_l :
1177             pmap_delayed_invl_finish_u);
1178 }
1179
1180 DEFINE_IFUNC(static, void, pmap_delayed_invl_wait, (vm_page_t))
1181 {
1182
1183         return (pmap_di_locked() ? pmap_delayed_invl_wait_l :
1184             pmap_delayed_invl_wait_u);
1185 }
1186
1187 /*
1188  * Mark the page m's PV list as participating in the current thread's
1189  * DI block.  Any threads concurrently using m's PV list to remove or
1190  * restrict all mappings to m will wait for the current thread's DI
1191  * block to complete before proceeding.
1192  *
1193  * The function works by setting the DI generation number for m's PV
1194  * list to at least the DI generation number of the current thread.
1195  * This forces a caller of pmap_delayed_invl_wait() to block until
1196  * current thread calls pmap_delayed_invl_finish().
1197  */
1198 static void
1199 pmap_delayed_invl_page(vm_page_t m)
1200 {
1201         u_long gen, *m_gen;
1202
1203         rw_assert(VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m), RA_WLOCKED);
1204         gen = curthread->td_md.md_invl_gen.gen;
1205         if (gen == 0)
1206                 return;
1207         m_gen = pmap_delayed_invl_genp(m);
1208         if (*m_gen < gen)
1209                 *m_gen = gen;
1210 }
1211
1212 /*
1213  * Crashdump maps.
1214  */
1215 static caddr_t crashdumpmap;
1216
1217 /*
1218  * Internal flags for pmap_enter()'s helper functions.
1219  */
1220 #define PMAP_ENTER_NORECLAIM    0x1000000       /* Don't reclaim PV entries. */
1221 #define PMAP_ENTER_NOREPLACE    0x2000000       /* Don't replace mappings. */
1222
1223 /*
1224  * Internal flags for pmap_mapdev_internal() and
1225  * pmap_change_props_locked().
1226  */
1227 #define MAPDEV_FLUSHCACHE       0x00000001      /* Flush cache after mapping. */
1228 #define MAPDEV_SETATTR          0x00000002      /* Modify existing attrs. */
1229 #define MAPDEV_ASSERTVALID      0x00000004      /* Assert mapping validity. */
1230
1231 TAILQ_HEAD(pv_chunklist, pv_chunk);
1232
1233 static void     free_pv_chunk(struct pv_chunk *pc);
1234 static void     free_pv_chunk_batch(struct pv_chunklist *batch);
1235 static void     free_pv_entry(pmap_t pmap, pv_entry_t pv);
1236 static pv_entry_t get_pv_entry(pmap_t pmap, struct rwlock **lockp);
1237 static int      popcnt_pc_map_pq(uint64_t *map);
1238 static vm_page_t reclaim_pv_chunk(pmap_t locked_pmap, struct rwlock **lockp);
1239 static void     reserve_pv_entries(pmap_t pmap, int needed,
1240                     struct rwlock **lockp);
1241 static void     pmap_pv_demote_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_paddr_t pa,
1242                     struct rwlock **lockp);
1243 static bool     pmap_pv_insert_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t pde,
1244                     u_int flags, struct rwlock **lockp);
1245 #if VM_NRESERVLEVEL > 0
1246 static void     pmap_pv_promote_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_paddr_t pa,
1247                     struct rwlock **lockp);
1248 #endif
1249 static void     pmap_pvh_free(struct md_page *pvh, pmap_t pmap, vm_offset_t va);
1250 static pv_entry_t pmap_pvh_remove(struct md_page *pvh, pmap_t pmap,
1251                     vm_offset_t va);
1252
1253 static void     pmap_abort_ptp(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t mpte);
1254 static int pmap_change_props_locked(vm_offset_t va, vm_size_t size,
1255     vm_prot_t prot, int mode, int flags);
1256 static boolean_t pmap_demote_pde(pmap_t pmap, pd_entry_t *pde, vm_offset_t va);
1257 static boolean_t pmap_demote_pde_locked(pmap_t pmap, pd_entry_t *pde,
1258     vm_offset_t va, struct rwlock **lockp);
1259 static boolean_t pmap_demote_pdpe(pmap_t pmap, pdp_entry_t *pdpe,
1260     vm_offset_t va);
1261 static bool     pmap_enter_2mpage(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m,
1262                     vm_prot_t prot, struct rwlock **lockp);
1263 static int      pmap_enter_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t newpde,
1264                     u_int flags, vm_page_t m, struct rwlock **lockp);
1265 static vm_page_t pmap_enter_quick_locked(pmap_t pmap, vm_offset_t va,
1266     vm_page_t m, vm_prot_t prot, vm_page_t mpte, struct rwlock **lockp);
1267 static void pmap_fill_ptp(pt_entry_t *firstpte, pt_entry_t newpte);
1268 static int pmap_insert_pt_page(pmap_t pmap, vm_page_t mpte, bool promoted);
1269 static void pmap_invalidate_cache_range_selfsnoop(vm_offset_t sva,
1270     vm_offset_t eva);
1271 static void pmap_invalidate_cache_range_all(vm_offset_t sva,
1272     vm_offset_t eva);
1273 static void pmap_invalidate_pde_page(pmap_t pmap, vm_offset_t va,
1274                     pd_entry_t pde);
1275 static void pmap_kenter_attr(vm_offset_t va, vm_paddr_t pa, int mode);
1276 static vm_page_t pmap_large_map_getptp_unlocked(void);
1277 static vm_paddr_t pmap_large_map_kextract(vm_offset_t va);
1278 #if VM_NRESERVLEVEL > 0
1279 static void pmap_promote_pde(pmap_t pmap, pd_entry_t *pde, vm_offset_t va,
1280     struct rwlock **lockp);
1281 #endif
1282 static boolean_t pmap_protect_pde(pmap_t pmap, pd_entry_t *pde, vm_offset_t sva,
1283     vm_prot_t prot);
1284 static void pmap_pte_props(pt_entry_t *pte, u_long bits, u_long mask);
1285 static void pmap_pti_add_kva_locked(vm_offset_t sva, vm_offset_t eva,
1286     bool exec);
1287 static pdp_entry_t *pmap_pti_pdpe(vm_offset_t va);
1288 static pd_entry_t *pmap_pti_pde(vm_offset_t va);
1289 static void pmap_pti_wire_pte(void *pte);
1290 static int pmap_remove_pde(pmap_t pmap, pd_entry_t *pdq, vm_offset_t sva,
1291     struct spglist *free, struct rwlock **lockp);
1292 static int pmap_remove_pte(pmap_t pmap, pt_entry_t *ptq, vm_offset_t sva,
1293     pd_entry_t ptepde, struct spglist *free, struct rwlock **lockp);
1294 static vm_page_t pmap_remove_pt_page(pmap_t pmap, vm_offset_t va);
1295 static void pmap_remove_page(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t *pde,
1296     struct spglist *free);
1297 static bool     pmap_remove_ptes(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva,
1298                     pd_entry_t *pde, struct spglist *free,
1299                     struct rwlock **lockp);
1300 static boolean_t pmap_try_insert_pv_entry(pmap_t pmap, vm_offset_t va,
1301     vm_page_t m, struct rwlock **lockp);
1302 static void pmap_update_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t *pde,
1303     pd_entry_t newpde);
1304 static void pmap_update_pde_invalidate(pmap_t, vm_offset_t va, pd_entry_t pde);
1305
1306 static pd_entry_t *pmap_alloc_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t *pdpgp,
1307                 struct rwlock **lockp);
1308 static vm_page_t pmap_allocpte_alloc(pmap_t pmap, vm_pindex_t ptepindex,
1309                 struct rwlock **lockp, vm_offset_t va);
1310 static vm_page_t pmap_allocpte_nosleep(pmap_t pmap, vm_pindex_t ptepindex,
1311                 struct rwlock **lockp, vm_offset_t va);
1312 static vm_page_t pmap_allocpte(pmap_t pmap, vm_offset_t va,
1313                 struct rwlock **lockp);
1314
1315 static void _pmap_unwire_ptp(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m,
1316     struct spglist *free);
1317 static int pmap_unuse_pt(pmap_t, vm_offset_t, pd_entry_t, struct spglist *);
1318
1319 static vm_page_t pmap_alloc_pt_page(pmap_t, vm_pindex_t, int);
1320 static void pmap_free_pt_page(pmap_t, vm_page_t, bool);
1321
1322 /********************/
1323 /* Inline functions */
1324 /********************/
1325
1326 /*
1327  * Return a non-clipped indexes for a given VA, which are page table
1328  * pages indexes at the corresponding level.
1329  */
1330 static __inline vm_pindex_t
1331 pmap_pde_pindex(vm_offset_t va)
1332 {
1333         return (va >> PDRSHIFT);
1334 }
1335
1336 static __inline vm_pindex_t
1337 pmap_pdpe_pindex(vm_offset_t va)
1338 {
1339         return (NUPDE + (va >> PDPSHIFT));
1340 }
1341
1342 static __inline vm_pindex_t
1343 pmap_pml4e_pindex(vm_offset_t va)
1344 {
1345         return (NUPDE + NUPDPE + (va >> PML4SHIFT));
1346 }
1347
1348 static __inline vm_pindex_t
1349 pmap_pml5e_pindex(vm_offset_t va)
1350 {
1351         return (NUPDE + NUPDPE + NUPML4E + (va >> PML5SHIFT));
1352 }
1353
1354 static __inline pml4_entry_t *
1355 pmap_pml5e(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
1356 {
1357
1358         MPASS(pmap_is_la57(pmap));
1359         return (&pmap->pm_pmltop[pmap_pml5e_index(va)]);
1360 }
1361
1362 static __inline pml4_entry_t *
1363 pmap_pml5e_u(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
1364 {
1365
1366         MPASS(pmap_is_la57(pmap));
1367         return (&pmap->pm_pmltopu[pmap_pml5e_index(va)]);
1368 }
1369
1370 static __inline pml4_entry_t *
1371 pmap_pml5e_to_pml4e(pml5_entry_t *pml5e, vm_offset_t va)
1372 {
1373         pml4_entry_t *pml4e;
1374
1375         /* XXX MPASS(pmap_is_la57(pmap); */
1376         pml4e = (pml4_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(*pml5e & PG_FRAME);
1377         return (&pml4e[pmap_pml4e_index(va)]);
1378 }
1379
1380 /* Return a pointer to the PML4 slot that corresponds to a VA */
1381 static __inline pml4_entry_t *
1382 pmap_pml4e(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
1383 {
1384         pml5_entry_t *pml5e;
1385         pml4_entry_t *pml4e;
1386         pt_entry_t PG_V;
1387
1388         if (pmap_is_la57(pmap)) {
1389                 pml5e = pmap_pml5e(pmap, va);
1390                 PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
1391                 if ((*pml5e & PG_V) == 0)
1392                         return (NULL);
1393                 pml4e = (pml4_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(*pml5e & PG_FRAME);
1394         } else {
1395                 pml4e = pmap->pm_pmltop;
1396         }
1397         return (&pml4e[pmap_pml4e_index(va)]);
1398 }
1399
1400 static __inline pml4_entry_t *
1401 pmap_pml4e_u(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
1402 {
1403         MPASS(!pmap_is_la57(pmap));
1404         return (&pmap->pm_pmltopu[pmap_pml4e_index(va)]);
1405 }
1406
1407 /* Return a pointer to the PDP slot that corresponds to a VA */
1408 static __inline pdp_entry_t *
1409 pmap_pml4e_to_pdpe(pml4_entry_t *pml4e, vm_offset_t va)
1410 {
1411         pdp_entry_t *pdpe;
1412
1413         pdpe = (pdp_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(*pml4e & PG_FRAME);
1414         return (&pdpe[pmap_pdpe_index(va)]);
1415 }
1416
1417 /* Return a pointer to the PDP slot that corresponds to a VA */
1418 static __inline pdp_entry_t *
1419 pmap_pdpe(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
1420 {
1421         pml4_entry_t *pml4e;
1422         pt_entry_t PG_V;
1423
1424         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
1425         pml4e = pmap_pml4e(pmap, va);
1426         if (pml4e == NULL || (*pml4e & PG_V) == 0)
1427                 return (NULL);
1428         return (pmap_pml4e_to_pdpe(pml4e, va));
1429 }
1430
1431 /* Return a pointer to the PD slot that corresponds to a VA */
1432 static __inline pd_entry_t *
1433 pmap_pdpe_to_pde(pdp_entry_t *pdpe, vm_offset_t va)
1434 {
1435         pd_entry_t *pde;
1436
1437         KASSERT((*pdpe & PG_PS) == 0,
1438             ("%s: pdpe %#lx is a leaf", __func__, *pdpe));
1439         pde = (pd_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(*pdpe & PG_FRAME);
1440         return (&pde[pmap_pde_index(va)]);
1441 }
1442
1443 /* Return a pointer to the PD slot that corresponds to a VA */
1444 static __inline pd_entry_t *
1445 pmap_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
1446 {
1447         pdp_entry_t *pdpe;
1448         pt_entry_t PG_V;
1449
1450         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
1451         pdpe = pmap_pdpe(pmap, va);
1452         if (pdpe == NULL || (*pdpe & PG_V) == 0)
1453                 return (NULL);
1454         KASSERT((*pdpe & PG_PS) == 0,
1455             ("pmap_pde for 1G page, pmap %p va %#lx", pmap, va));
1456         return (pmap_pdpe_to_pde(pdpe, va));
1457 }
1458
1459 /* Return a pointer to the PT slot that corresponds to a VA */
1460 static __inline pt_entry_t *
1461 pmap_pde_to_pte(pd_entry_t *pde, vm_offset_t va)
1462 {
1463         pt_entry_t *pte;
1464
1465         KASSERT((*pde & PG_PS) == 0,
1466             ("%s: pde %#lx is a leaf", __func__, *pde));
1467         pte = (pt_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(*pde & PG_FRAME);
1468         return (&pte[pmap_pte_index(va)]);
1469 }
1470
1471 /* Return a pointer to the PT slot that corresponds to a VA */
1472 static __inline pt_entry_t *
1473 pmap_pte(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
1474 {
1475         pd_entry_t *pde;
1476         pt_entry_t PG_V;
1477
1478         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
1479         pde = pmap_pde(pmap, va);
1480         if (pde == NULL || (*pde & PG_V) == 0)
1481                 return (NULL);
1482         if ((*pde & PG_PS) != 0)        /* compat with i386 pmap_pte() */
1483                 return ((pt_entry_t *)pde);
1484         return (pmap_pde_to_pte(pde, va));
1485 }
1486
1487 static __inline void
1488 pmap_resident_count_adj(pmap_t pmap, int count)
1489 {
1490
1491         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
1492         KASSERT(pmap->pm_stats.resident_count + count >= 0,
1493             ("pmap %p resident count underflow %ld %d", pmap,
1494             pmap->pm_stats.resident_count, count));
1495         pmap->pm_stats.resident_count += count;
1496 }
1497
1498 static __inline void
1499 pmap_pt_page_count_adj(pmap_t pmap, int count)
1500 {
1501         if (pmap == kernel_pmap)
1502                 counter_u64_add(kernel_pt_page_count, count);
1503         else {
1504                 if (pmap != NULL)
1505                         pmap_resident_count_adj(pmap, count);
1506                 counter_u64_add(user_pt_page_count, count);
1507         }
1508 }
1509
1510 PMAP_INLINE pt_entry_t *
1511 vtopte(vm_offset_t va)
1512 {
1513         u_int64_t mask;
1514
1515         KASSERT(va >= VM_MAXUSER_ADDRESS, ("vtopte on a uva/gpa 0x%0lx", va));
1516
1517         if (la57) {
1518                 mask = ((1ul << (NPTEPGSHIFT + NPDEPGSHIFT + NPDPEPGSHIFT +
1519                     NPML4EPGSHIFT + NPML5EPGSHIFT)) - 1);
1520                 return (P5Tmap + ((va >> PAGE_SHIFT) & mask));
1521         } else {
1522                 mask = ((1ul << (NPTEPGSHIFT + NPDEPGSHIFT + NPDPEPGSHIFT +
1523                     NPML4EPGSHIFT)) - 1);
1524                 return (P4Tmap + ((va >> PAGE_SHIFT) & mask));
1525         }
1526 }
1527
1528 static __inline pd_entry_t *
1529 vtopde(vm_offset_t va)
1530 {
1531         u_int64_t mask;
1532
1533         KASSERT(va >= VM_MAXUSER_ADDRESS, ("vtopde on a uva/gpa 0x%0lx", va));
1534
1535         if (la57) {
1536                 mask = ((1ul << (NPDEPGSHIFT + NPDPEPGSHIFT +
1537                     NPML4EPGSHIFT + NPML5EPGSHIFT)) - 1);
1538                 return (P5Dmap + ((va >> PDRSHIFT) & mask));
1539         } else {
1540                 mask = ((1ul << (NPDEPGSHIFT + NPDPEPGSHIFT +
1541                     NPML4EPGSHIFT)) - 1);
1542                 return (P4Dmap + ((va >> PDRSHIFT) & mask));
1543         }
1544 }
1545
1546 static u_int64_t
1547 allocpages(vm_paddr_t *firstaddr, int n)
1548 {
1549         u_int64_t ret;
1550
1551         ret = *firstaddr;
1552         bzero((void *)ret, n * PAGE_SIZE);
1553         *firstaddr += n * PAGE_SIZE;
1554         return (ret);
1555 }
1556
1557 CTASSERT(powerof2(NDMPML4E));
1558
1559 /* number of kernel PDP slots */
1560 #define NKPDPE(ptpgs)           howmany(ptpgs, NPDEPG)
1561
1562 static void
1563 nkpt_init(vm_paddr_t addr)
1564 {
1565         int pt_pages;
1566
1567 #ifdef NKPT
1568         pt_pages = NKPT;
1569 #else
1570         pt_pages = howmany(addr - kernphys, NBPDR) + 1; /* +1 for 2M hole @0 */
1571         pt_pages += NKPDPE(pt_pages);
1572
1573         /*
1574          * Add some slop beyond the bare minimum required for bootstrapping
1575          * the kernel.
1576          *
1577          * This is quite important when allocating KVA for kernel modules.
1578          * The modules are required to be linked in the negative 2GB of
1579          * the address space.  If we run out of KVA in this region then
1580          * pmap_growkernel() will need to allocate page table pages to map
1581          * the entire 512GB of KVA space which is an unnecessary tax on
1582          * physical memory.
1583          *
1584          * Secondly, device memory mapped as part of setting up the low-
1585          * level console(s) is taken from KVA, starting at virtual_avail.
1586          * This is because cninit() is called after pmap_bootstrap() but
1587          * before vm_init() and pmap_init(). 20MB for a frame buffer is
1588          * not uncommon.
1589          */
1590         pt_pages += 32;         /* 64MB additional slop. */
1591 #endif
1592         nkpt = pt_pages;
1593 }
1594
1595 /*
1596  * Returns the proper write/execute permission for a physical page that is
1597  * part of the initial boot allocations.
1598  *
1599  * If the page has kernel text, it is marked as read-only. If the page has
1600  * kernel read-only data, it is marked as read-only/not-executable. If the
1601  * page has only read-write data, it is marked as read-write/not-executable.
1602  * If the page is below/above the kernel range, it is marked as read-write.
1603  *
1604  * This function operates on 2M pages, since we map the kernel space that
1605  * way.
1606  */
1607 static inline pt_entry_t
1608 bootaddr_rwx(vm_paddr_t pa)
1609 {
1610         /*
1611          * The kernel is loaded at a 2MB-aligned address, and memory below that
1612          * need not be executable.  The .bss section is padded to a 2MB
1613          * boundary, so memory following the kernel need not be executable
1614          * either.  Preloaded kernel modules have their mapping permissions
1615          * fixed up by the linker.
1616          */
1617         if (pa < trunc_2mpage(kernphys + btext - KERNSTART) ||
1618             pa >= trunc_2mpage(kernphys + _end - KERNSTART))
1619                 return (X86_PG_RW | pg_nx);
1620
1621         /*
1622          * The linker should ensure that the read-only and read-write
1623          * portions don't share the same 2M page, so this shouldn't
1624          * impact read-only data. However, in any case, any page with
1625          * read-write data needs to be read-write.
1626          */
1627         if (pa >= trunc_2mpage(kernphys + brwsection - KERNSTART))
1628                 return (X86_PG_RW | pg_nx);
1629
1630         /*
1631          * Mark any 2M page containing kernel text as read-only. Mark
1632          * other pages with read-only data as read-only and not executable.
1633          * (It is likely a small portion of the read-only data section will
1634          * be marked as read-only, but executable. This should be acceptable
1635          * since the read-only protection will keep the data from changing.)
1636          * Note that fixups to the .text section will still work until we
1637          * set CR0.WP.
1638          */
1639         if (pa < round_2mpage(kernphys + etext - KERNSTART))
1640                 return (0);
1641         return (pg_nx);
1642 }
1643
1644 static void
1645 create_pagetables(vm_paddr_t *firstaddr)
1646 {
1647         pd_entry_t *pd_p;
1648         pdp_entry_t *pdp_p;
1649         pml4_entry_t *p4_p;
1650         uint64_t DMPDkernphys;
1651         vm_paddr_t pax;
1652 #ifdef KASAN
1653         pt_entry_t *pt_p;
1654         uint64_t KASANPDphys, KASANPTphys, KASANphys;
1655         vm_offset_t kasankernbase;
1656         int kasankpdpi, kasankpdi, nkasanpte;
1657 #endif
1658         int i, j, ndm1g, nkpdpe, nkdmpde;
1659
1660         /* Allocate page table pages for the direct map */
1661         ndmpdp = howmany(ptoa(Maxmem), NBPDP);
1662         if (ndmpdp < 4)         /* Minimum 4GB of dirmap */
1663                 ndmpdp = 4;
1664         ndmpdpphys = howmany(ndmpdp, NPDPEPG);
1665         if (ndmpdpphys > NDMPML4E) {
1666                 /*
1667                  * Each NDMPML4E allows 512 GB, so limit to that,
1668                  * and then readjust ndmpdp and ndmpdpphys.
1669                  */
1670                 printf("NDMPML4E limits system to %d GB\n", NDMPML4E * 512);
1671                 Maxmem = atop(NDMPML4E * NBPML4);
1672                 ndmpdpphys = NDMPML4E;
1673                 ndmpdp = NDMPML4E * NPDEPG;
1674         }
1675         DMPDPphys = allocpages(firstaddr, ndmpdpphys);
1676         ndm1g = 0;
1677         if ((amd_feature & AMDID_PAGE1GB) != 0) {
1678                 /*
1679                  * Calculate the number of 1G pages that will fully fit in
1680                  * Maxmem.
1681                  */
1682                 ndm1g = ptoa(Maxmem) >> PDPSHIFT;
1683
1684                 /*
1685                  * Allocate 2M pages for the kernel. These will be used in
1686                  * place of the one or more 1G pages from ndm1g that maps
1687                  * kernel memory into DMAP.
1688                  */
1689                 nkdmpde = howmany((vm_offset_t)brwsection - KERNSTART +
1690                     kernphys - rounddown2(kernphys, NBPDP), NBPDP);
1691                 DMPDkernphys = allocpages(firstaddr, nkdmpde);
1692         }
1693         if (ndm1g < ndmpdp)
1694                 DMPDphys = allocpages(firstaddr, ndmpdp - ndm1g);
1695         dmaplimit = (vm_paddr_t)ndmpdp << PDPSHIFT;
1696
1697         /* Allocate pages. */
1698         KPML4phys = allocpages(firstaddr, 1);
1699         KPDPphys = allocpages(firstaddr, NKPML4E);
1700 #ifdef KASAN
1701         KASANPDPphys = allocpages(firstaddr, NKASANPML4E);
1702         KASANPDphys = allocpages(firstaddr, 1);
1703 #endif
1704 #ifdef KMSAN
1705         /*
1706          * The KMSAN shadow maps are initially left unpopulated, since there is
1707          * no need to shadow memory above KERNBASE.
1708          */
1709         KMSANSHADPDPphys = allocpages(firstaddr, NKMSANSHADPML4E);
1710         KMSANORIGPDPphys = allocpages(firstaddr, NKMSANORIGPML4E);
1711 #endif
1712
1713         /*
1714          * Allocate the initial number of kernel page table pages required to
1715          * bootstrap.  We defer this until after all memory-size dependent
1716          * allocations are done (e.g. direct map), so that we don't have to
1717          * build in too much slop in our estimate.
1718          *
1719          * Note that when NKPML4E > 1, we have an empty page underneath
1720          * all but the KPML4I'th one, so we need NKPML4E-1 extra (zeroed)
1721          * pages.  (pmap_enter requires a PD page to exist for each KPML4E.)
1722          */
1723         nkpt_init(*firstaddr);
1724         nkpdpe = NKPDPE(nkpt);
1725
1726         KPTphys = allocpages(firstaddr, nkpt);
1727         KPDphys = allocpages(firstaddr, nkpdpe);
1728
1729 #ifdef KASAN
1730         nkasanpte = howmany(nkpt, KASAN_SHADOW_SCALE);
1731         KASANPTphys = allocpages(firstaddr, nkasanpte);
1732         KASANphys = allocpages(firstaddr, nkasanpte * NPTEPG);
1733 #endif
1734
1735         /*
1736          * Connect the zero-filled PT pages to their PD entries.  This
1737          * implicitly maps the PT pages at their correct locations within
1738          * the PTmap.
1739          */
1740         pd_p = (pd_entry_t *)KPDphys;
1741         for (i = 0; i < nkpt; i++)
1742                 pd_p[i] = (KPTphys + ptoa(i)) | X86_PG_RW | X86_PG_V;
1743
1744         /*
1745          * Map from start of the kernel in physical memory (staging
1746          * area) to the end of loader preallocated memory using 2MB
1747          * pages.  This replaces some of the PD entries created above.
1748          * For compatibility, identity map 2M at the start.
1749          */
1750         pd_p[0] = X86_PG_V | PG_PS | pg_g | X86_PG_M | X86_PG_A |
1751             X86_PG_RW | pg_nx;
1752         for (i = 1, pax = kernphys; pax < KERNend; i++, pax += NBPDR) {
1753                 /* Preset PG_M and PG_A because demotion expects it. */
1754                 pd_p[i] = pax | X86_PG_V | PG_PS | pg_g | X86_PG_M |
1755                     X86_PG_A | bootaddr_rwx(pax);
1756         }
1757
1758         /*
1759          * Because we map the physical blocks in 2M pages, adjust firstaddr
1760          * to record the physical blocks we've actually mapped into kernel
1761          * virtual address space.
1762          */
1763         if (*firstaddr < round_2mpage(KERNend))
1764                 *firstaddr = round_2mpage(KERNend);
1765
1766         /* And connect up the PD to the PDP (leaving room for L4 pages) */
1767         pdp_p = (pdp_entry_t *)(KPDPphys + ptoa(KPML4I - KPML4BASE));
1768         for (i = 0; i < nkpdpe; i++)
1769                 pdp_p[i + KPDPI] = (KPDphys + ptoa(i)) | X86_PG_RW | X86_PG_V;
1770
1771 #ifdef KASAN
1772         kasankernbase = kasan_md_addr_to_shad(KERNBASE);
1773         kasankpdpi = pmap_pdpe_index(kasankernbase);
1774         kasankpdi = pmap_pde_index(kasankernbase);
1775
1776         pdp_p = (pdp_entry_t *)KASANPDPphys;
1777         pdp_p[kasankpdpi] = (KASANPDphys | X86_PG_RW | X86_PG_V | pg_nx);
1778
1779         pd_p = (pd_entry_t *)KASANPDphys;
1780         for (i = 0; i < nkasanpte; i++)
1781                 pd_p[i + kasankpdi] = (KASANPTphys + ptoa(i)) | X86_PG_RW |
1782                     X86_PG_V | pg_nx;
1783
1784         pt_p = (pt_entry_t *)KASANPTphys;
1785         for (i = 0; i < nkasanpte * NPTEPG; i++)
1786                 pt_p[i] = (KASANphys + ptoa(i)) | X86_PG_RW | X86_PG_V |
1787                     X86_PG_M | X86_PG_A | pg_nx;
1788 #endif
1789
1790         /*
1791          * Now, set up the direct map region using 2MB and/or 1GB pages.  If
1792          * the end of physical memory is not aligned to a 1GB page boundary,
1793          * then the residual physical memory is mapped with 2MB pages.  Later,
1794          * if pmap_mapdev{_attr}() uses the direct map for non-write-back
1795          * memory, pmap_change_attr() will demote any 2MB or 1GB page mappings
1796          * that are partially used. 
1797          */
1798         pd_p = (pd_entry_t *)DMPDphys;
1799         for (i = NPDEPG * ndm1g, j = 0; i < NPDEPG * ndmpdp; i++, j++) {
1800                 pd_p[j] = (vm_paddr_t)i << PDRSHIFT;
1801                 /* Preset PG_M and PG_A because demotion expects it. */
1802                 pd_p[j] |= X86_PG_RW | X86_PG_V | PG_PS | pg_g |
1803                     X86_PG_M | X86_PG_A | pg_nx;
1804         }
1805         pdp_p = (pdp_entry_t *)DMPDPphys;
1806         for (i = 0; i < ndm1g; i++) {
1807                 pdp_p[i] = (vm_paddr_t)i << PDPSHIFT;
1808                 /* Preset PG_M and PG_A because demotion expects it. */
1809                 pdp_p[i] |= X86_PG_RW | X86_PG_V | PG_PS | pg_g |
1810                     X86_PG_M | X86_PG_A | pg_nx;
1811         }
1812         for (j = 0; i < ndmpdp; i++, j++) {
1813                 pdp_p[i] = DMPDphys + ptoa(j);
1814                 pdp_p[i] |= X86_PG_RW | X86_PG_V | pg_nx;
1815         }
1816
1817         /*
1818          * Instead of using a 1G page for the memory containing the kernel,
1819          * use 2M pages with read-only and no-execute permissions.  (If using 1G
1820          * pages, this will partially overwrite the PDPEs above.)
1821          */
1822         if (ndm1g > 0) {
1823                 pd_p = (pd_entry_t *)DMPDkernphys;
1824                 for (i = 0, pax = rounddown2(kernphys, NBPDP);
1825                     i < NPDEPG * nkdmpde; i++, pax += NBPDR) {
1826                         pd_p[i] = pax | X86_PG_V | PG_PS | pg_g | X86_PG_M |
1827                             X86_PG_A | pg_nx | bootaddr_rwx(pax);
1828                 }
1829                 j = rounddown2(kernphys, NBPDP) >> PDPSHIFT;
1830                 for (i = 0; i < nkdmpde; i++) {
1831                         pdp_p[i + j] = (DMPDkernphys + ptoa(i)) |
1832                             X86_PG_RW | X86_PG_V | pg_nx;
1833                 }
1834         }
1835
1836         /* And recursively map PML4 to itself in order to get PTmap */
1837         p4_p = (pml4_entry_t *)KPML4phys;
1838         p4_p[PML4PML4I] = KPML4phys;
1839         p4_p[PML4PML4I] |= X86_PG_RW | X86_PG_V | pg_nx;
1840
1841 #ifdef KASAN
1842         /* Connect the KASAN shadow map slots up to the PML4. */
1843         for (i = 0; i < NKASANPML4E; i++) {
1844                 p4_p[KASANPML4I + i] = KASANPDPphys + ptoa(i);
1845                 p4_p[KASANPML4I + i] |= X86_PG_RW | X86_PG_V | pg_nx;
1846         }
1847 #endif
1848
1849 #ifdef KMSAN
1850         /* Connect the KMSAN shadow map slots up to the PML4. */
1851         for (i = 0; i < NKMSANSHADPML4E; i++) {
1852                 p4_p[KMSANSHADPML4I + i] = KMSANSHADPDPphys + ptoa(i);
1853                 p4_p[KMSANSHADPML4I + i] |= X86_PG_RW | X86_PG_V | pg_nx;
1854         }
1855
1856         /* Connect the KMSAN origin map slots up to the PML4. */
1857         for (i = 0; i < NKMSANORIGPML4E; i++) {
1858                 p4_p[KMSANORIGPML4I + i] = KMSANORIGPDPphys + ptoa(i);
1859                 p4_p[KMSANORIGPML4I + i] |= X86_PG_RW | X86_PG_V | pg_nx;
1860         }
1861 #endif
1862
1863         /* Connect the Direct Map slots up to the PML4. */
1864         for (i = 0; i < ndmpdpphys; i++) {
1865                 p4_p[DMPML4I + i] = DMPDPphys + ptoa(i);
1866                 p4_p[DMPML4I + i] |= X86_PG_RW | X86_PG_V | pg_nx;
1867         }
1868
1869         /* Connect the KVA slots up to the PML4 */
1870         for (i = 0; i < NKPML4E; i++) {
1871                 p4_p[KPML4BASE + i] = KPDPphys + ptoa(i);
1872                 p4_p[KPML4BASE + i] |= X86_PG_RW | X86_PG_V;
1873         }
1874
1875         kernel_pml4 = (pml4_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(KPML4phys);
1876 }
1877
1878 /*
1879  *      Bootstrap the system enough to run with virtual memory.
1880  *
1881  *      On amd64 this is called after mapping has already been enabled
1882  *      and just syncs the pmap module with what has already been done.
1883  *      [We can't call it easily with mapping off since the kernel is not
1884  *      mapped with PA == VA, hence we would have to relocate every address
1885  *      from the linked base (virtual) address "KERNBASE" to the actual
1886  *      (physical) address starting relative to 0]
1887  */
1888 void
1889 pmap_bootstrap(vm_paddr_t *firstaddr)
1890 {
1891         vm_offset_t va;
1892         pt_entry_t *pte, *pcpu_pte;
1893         struct region_descriptor r_gdt;
1894         uint64_t cr4, pcpu_phys;
1895         u_long res;
1896         int i;
1897
1898         KERNend = *firstaddr;
1899         res = atop(KERNend - (vm_paddr_t)kernphys);
1900
1901         if (!pti)
1902                 pg_g = X86_PG_G;
1903
1904         /*
1905          * Create an initial set of page tables to run the kernel in.
1906          */
1907         create_pagetables(firstaddr);
1908
1909         pcpu_phys = allocpages(firstaddr, MAXCPU);
1910
1911         /*
1912          * Add a physical memory segment (vm_phys_seg) corresponding to the
1913          * preallocated kernel page table pages so that vm_page structures
1914          * representing these pages will be created.  The vm_page structures
1915          * are required for promotion of the corresponding kernel virtual
1916          * addresses to superpage mappings.
1917          */
1918         vm_phys_early_add_seg(KPTphys, KPTphys + ptoa(nkpt));
1919
1920         /*
1921          * Account for the virtual addresses mapped by create_pagetables().
1922          */
1923         virtual_avail = (vm_offset_t)KERNSTART + round_2mpage(KERNend -
1924             (vm_paddr_t)kernphys);
1925         virtual_end = VM_MAX_KERNEL_ADDRESS;
1926
1927         /*
1928          * Enable PG_G global pages, then switch to the kernel page
1929          * table from the bootstrap page table.  After the switch, it
1930          * is possible to enable SMEP and SMAP since PG_U bits are
1931          * correct now.
1932          */
1933         cr4 = rcr4();
1934         cr4 |= CR4_PGE;
1935         load_cr4(cr4);
1936         load_cr3(KPML4phys);
1937         if (cpu_stdext_feature & CPUID_STDEXT_SMEP)
1938                 cr4 |= CR4_SMEP;
1939         if (cpu_stdext_feature & CPUID_STDEXT_SMAP)
1940                 cr4 |= CR4_SMAP;
1941         load_cr4(cr4);
1942
1943         /*
1944          * Initialize the kernel pmap (which is statically allocated).
1945          * Count bootstrap data as being resident in case any of this data is
1946          * later unmapped (using pmap_remove()) and freed.
1947          */
1948         PMAP_LOCK_INIT(kernel_pmap);
1949         kernel_pmap->pm_pmltop = kernel_pml4;
1950         kernel_pmap->pm_cr3 = KPML4phys;
1951         kernel_pmap->pm_ucr3 = PMAP_NO_CR3;
1952         CPU_FILL(&kernel_pmap->pm_active);      /* don't allow deactivation */
1953         TAILQ_INIT(&kernel_pmap->pm_pvchunk);
1954         kernel_pmap->pm_stats.resident_count = res;
1955         kernel_pmap->pm_flags = pmap_flags;
1956
1957         /*
1958          * Initialize the TLB invalidations generation number lock.
1959          */
1960         mtx_init(&invl_gen_mtx, "invlgn", NULL, MTX_DEF);
1961
1962         /*
1963          * Reserve some special page table entries/VA space for temporary
1964          * mapping of pages.
1965          */
1966 #define SYSMAP(c, p, v, n)      \
1967         v = (c)va; va += ((n)*PAGE_SIZE); p = pte; pte += (n);
1968
1969         va = virtual_avail;
1970         pte = vtopte(va);
1971
1972         /*
1973          * Crashdump maps.  The first page is reused as CMAP1 for the
1974          * memory test.
1975          */
1976         SYSMAP(caddr_t, CMAP1, crashdumpmap, MAXDUMPPGS)
1977         CADDR1 = crashdumpmap;
1978
1979         SYSMAP(struct pcpu *, pcpu_pte, __pcpu, MAXCPU);
1980         virtual_avail = va;
1981
1982         for (i = 0; i < MAXCPU; i++) {
1983                 pcpu_pte[i] = (pcpu_phys + ptoa(i)) | X86_PG_V | X86_PG_RW |
1984                     pg_g | pg_nx | X86_PG_M | X86_PG_A;
1985         }
1986
1987         /*
1988          * Re-initialize PCPU area for BSP after switching.
1989          * Make hardware use gdt and common_tss from the new PCPU.
1990          */
1991         STAILQ_INIT(&cpuhead);
1992         wrmsr(MSR_GSBASE, (uint64_t)&__pcpu[0]);
1993         pcpu_init(&__pcpu[0], 0, sizeof(struct pcpu));
1994         amd64_bsp_pcpu_init1(&__pcpu[0]);
1995         amd64_bsp_ist_init(&__pcpu[0]);
1996         __pcpu[0].pc_common_tss.tss_iobase = sizeof(struct amd64tss) +
1997             IOPERM_BITMAP_SIZE;
1998         memcpy(__pcpu[0].pc_gdt, temp_bsp_pcpu.pc_gdt, NGDT *
1999             sizeof(struct user_segment_descriptor));
2000         gdt_segs[GPROC0_SEL].ssd_base = (uintptr_t)&__pcpu[0].pc_common_tss;
2001         ssdtosyssd(&gdt_segs[GPROC0_SEL],
2002             (struct system_segment_descriptor *)&__pcpu[0].pc_gdt[GPROC0_SEL]);
2003         r_gdt.rd_limit = NGDT * sizeof(struct user_segment_descriptor) - 1;
2004         r_gdt.rd_base = (long)__pcpu[0].pc_gdt;
2005         lgdt(&r_gdt);
2006         wrmsr(MSR_GSBASE, (uint64_t)&__pcpu[0]);
2007         ltr(GSEL(GPROC0_SEL, SEL_KPL));
2008         __pcpu[0].pc_dynamic = temp_bsp_pcpu.pc_dynamic;
2009         __pcpu[0].pc_acpi_id = temp_bsp_pcpu.pc_acpi_id;
2010
2011         /*
2012          * Initialize the PAT MSR.
2013          * pmap_init_pat() clears and sets CR4_PGE, which, as a
2014          * side-effect, invalidates stale PG_G TLB entries that might
2015          * have been created in our pre-boot environment.
2016          */
2017         pmap_init_pat();
2018
2019         /* Initialize TLB Context Id. */
2020         if (pmap_pcid_enabled) {
2021                 for (i = 0; i < MAXCPU; i++) {
2022                         kernel_pmap->pm_pcids[i].pm_pcid = PMAP_PCID_KERN;
2023                         kernel_pmap->pm_pcids[i].pm_gen = 1;
2024                 }
2025
2026                 /*
2027                  * PMAP_PCID_KERN + 1 is used for initialization of
2028                  * proc0 pmap.  The pmap' pcid state might be used by
2029                  * EFIRT entry before first context switch, so it
2030                  * needs to be valid.
2031                  */
2032                 PCPU_SET(pcid_next, PMAP_PCID_KERN + 2);
2033                 PCPU_SET(pcid_gen, 1);
2034
2035                 /*
2036                  * pcpu area for APs is zeroed during AP startup.
2037                  * pc_pcid_next and pc_pcid_gen are initialized by AP
2038                  * during pcpu setup.
2039                  */
2040                 load_cr4(rcr4() | CR4_PCIDE);
2041         }
2042 }
2043
2044 /*
2045  * Setup the PAT MSR.
2046  */
2047 void
2048 pmap_init_pat(void)
2049 {
2050         uint64_t pat_msr;
2051         u_long cr0, cr4;
2052         int i;
2053
2054         /* Bail if this CPU doesn't implement PAT. */
2055         if ((cpu_feature & CPUID_PAT) == 0)
2056                 panic("no PAT??");
2057
2058         /* Set default PAT index table. */
2059         for (i = 0; i < PAT_INDEX_SIZE; i++)
2060                 pat_index[i] = -1;
2061         pat_index[PAT_WRITE_BACK] = 0;
2062         pat_index[PAT_WRITE_THROUGH] = 1;
2063         pat_index[PAT_UNCACHEABLE] = 3;
2064         pat_index[PAT_WRITE_COMBINING] = 6;
2065         pat_index[PAT_WRITE_PROTECTED] = 5;
2066         pat_index[PAT_UNCACHED] = 2;
2067
2068         /*
2069          * Initialize default PAT entries.
2070          * Leave the indices 0-3 at the default of WB, WT, UC-, and UC.
2071          * Program 5 and 6 as WP and WC.
2072          *
2073          * Leave 4 and 7 as WB and UC.  Note that a recursive page table
2074          * mapping for a 2M page uses a PAT value with the bit 3 set due
2075          * to its overload with PG_PS.
2076          */
2077         pat_msr = PAT_VALUE(0, PAT_WRITE_BACK) |
2078             PAT_VALUE(1, PAT_WRITE_THROUGH) |
2079             PAT_VALUE(2, PAT_UNCACHED) |
2080             PAT_VALUE(3, PAT_UNCACHEABLE) |
2081             PAT_VALUE(4, PAT_WRITE_BACK) |
2082             PAT_VALUE(5, PAT_WRITE_PROTECTED) |
2083             PAT_VALUE(6, PAT_WRITE_COMBINING) |
2084             PAT_VALUE(7, PAT_UNCACHEABLE);
2085
2086         /* Disable PGE. */
2087         cr4 = rcr4();
2088         load_cr4(cr4 & ~CR4_PGE);
2089
2090         /* Disable caches (CD = 1, NW = 0). */
2091         cr0 = rcr0();
2092         load_cr0((cr0 & ~CR0_NW) | CR0_CD);
2093
2094         /* Flushes caches and TLBs. */
2095         wbinvd();
2096         invltlb();
2097
2098         /* Update PAT and index table. */
2099         wrmsr(MSR_PAT, pat_msr);
2100
2101         /* Flush caches and TLBs again. */
2102         wbinvd();
2103         invltlb();
2104
2105         /* Restore caches and PGE. */
2106         load_cr0(cr0);
2107         load_cr4(cr4);
2108 }
2109
2110 vm_page_t
2111 pmap_page_alloc_below_4g(bool zeroed)
2112 {
2113         vm_page_t m;
2114
2115         m = vm_page_alloc_contig(NULL, 0, (zeroed ? VM_ALLOC_ZERO : 0) |
2116             VM_ALLOC_NORMAL | VM_ALLOC_NOBUSY | VM_ALLOC_NOOBJ,
2117             1, 0, (1ULL << 32), PAGE_SIZE, 0, VM_MEMATTR_DEFAULT);
2118         if (m != NULL && zeroed && (m->flags & PG_ZERO) == 0)
2119                 pmap_zero_page(m);
2120         return (m);
2121 }
2122
2123 extern const char la57_trampoline[], la57_trampoline_gdt_desc[],
2124     la57_trampoline_gdt[], la57_trampoline_end[];
2125
2126 static void
2127 pmap_bootstrap_la57(void *arg __unused)
2128 {
2129         char *v_code;
2130         pml5_entry_t *v_pml5;
2131         pml4_entry_t *v_pml4;
2132         pdp_entry_t *v_pdp;
2133         pd_entry_t *v_pd;
2134         pt_entry_t *v_pt;
2135         vm_page_t m_code, m_pml4, m_pdp, m_pd, m_pt, m_pml5;
2136         void (*la57_tramp)(uint64_t pml5);
2137         struct region_descriptor r_gdt;
2138
2139         if ((cpu_stdext_feature2 & CPUID_STDEXT2_LA57) == 0)
2140                 return;
2141         TUNABLE_INT_FETCH("vm.pmap.la57", &la57);
2142         if (!la57)
2143                 return;
2144
2145         r_gdt.rd_limit = NGDT * sizeof(struct user_segment_descriptor) - 1;
2146         r_gdt.rd_base = (long)__pcpu[0].pc_gdt;
2147
2148         m_code = pmap_page_alloc_below_4g(true);
2149         v_code = (char *)PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(m_code));
2150         m_pml5 = pmap_page_alloc_below_4g(true);
2151         KPML5phys = VM_PAGE_TO_PHYS(m_pml5);
2152         v_pml5 = (pml5_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(KPML5phys);
2153         m_pml4 = pmap_page_alloc_below_4g(true);
2154         v_pml4 = (pdp_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(m_pml4));
2155         m_pdp = pmap_page_alloc_below_4g(true);
2156         v_pdp = (pdp_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(m_pdp));
2157         m_pd = pmap_page_alloc_below_4g(true);
2158         v_pd = (pdp_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(m_pd));
2159         m_pt = pmap_page_alloc_below_4g(true);
2160         v_pt = (pt_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(m_pt));
2161
2162         /*
2163          * Map m_code 1:1, it appears below 4G in KVA due to physical
2164          * address being below 4G.  Since kernel KVA is in upper half,
2165          * the pml4e should be zero and free for temporary use.
2166          */
2167         kernel_pmap->pm_pmltop[pmap_pml4e_index(VM_PAGE_TO_PHYS(m_code))] =
2168             VM_PAGE_TO_PHYS(m_pdp) | X86_PG_V | X86_PG_RW | X86_PG_A |
2169             X86_PG_M;
2170         v_pdp[pmap_pdpe_index(VM_PAGE_TO_PHYS(m_code))] =
2171             VM_PAGE_TO_PHYS(m_pd) | X86_PG_V | X86_PG_RW | X86_PG_A |
2172             X86_PG_M;
2173         v_pd[pmap_pde_index(VM_PAGE_TO_PHYS(m_code))] =
2174             VM_PAGE_TO_PHYS(m_pt) | X86_PG_V | X86_PG_RW | X86_PG_A |
2175             X86_PG_M;
2176         v_pt[pmap_pte_index(VM_PAGE_TO_PHYS(m_code))] =
2177             VM_PAGE_TO_PHYS(m_code) | X86_PG_V | X86_PG_RW | X86_PG_A |
2178             X86_PG_M;
2179
2180         /*
2181          * Add pml5 entry at top of KVA pointing to existing pml4 table,
2182          * entering all existing kernel mappings into level 5 table.
2183          */
2184         v_pml5[pmap_pml5e_index(UPT_MAX_ADDRESS)] = KPML4phys | X86_PG_V |
2185             X86_PG_RW | X86_PG_A | X86_PG_M | pg_g;
2186
2187         /*
2188          * Add pml5 entry for 1:1 trampoline mapping after LA57 is turned on.
2189          */
2190         v_pml5[pmap_pml5e_index(VM_PAGE_TO_PHYS(m_code))] =
2191             VM_PAGE_TO_PHYS(m_pml4) | X86_PG_V | X86_PG_RW | X86_PG_A |
2192             X86_PG_M;
2193         v_pml4[pmap_pml4e_index(VM_PAGE_TO_PHYS(m_code))] =
2194             VM_PAGE_TO_PHYS(m_pdp) | X86_PG_V | X86_PG_RW | X86_PG_A |
2195             X86_PG_M;
2196
2197         /*
2198          * Copy and call the 48->57 trampoline, hope we return there, alive.
2199          */
2200         bcopy(la57_trampoline, v_code, la57_trampoline_end - la57_trampoline);
2201         *(u_long *)(v_code + 2 + (la57_trampoline_gdt_desc - la57_trampoline)) =
2202             la57_trampoline_gdt - la57_trampoline + VM_PAGE_TO_PHYS(m_code);
2203         la57_tramp = (void (*)(uint64_t))VM_PAGE_TO_PHYS(m_code);
2204         invlpg((vm_offset_t)la57_tramp);
2205         la57_tramp(KPML5phys);
2206
2207         /*
2208          * gdt was necessary reset, switch back to our gdt.
2209          */
2210         lgdt(&r_gdt);
2211         wrmsr(MSR_GSBASE, (uint64_t)&__pcpu[0]);
2212         load_ds(_udatasel);
2213         load_es(_udatasel);
2214         load_fs(_ufssel);
2215         ssdtosyssd(&gdt_segs[GPROC0_SEL],
2216             (struct system_segment_descriptor *)&__pcpu[0].pc_gdt[GPROC0_SEL]);
2217         ltr(GSEL(GPROC0_SEL, SEL_KPL));
2218
2219         /*
2220          * Now unmap the trampoline, and free the pages.
2221          * Clear pml5 entry used for 1:1 trampoline mapping.
2222          */
2223         pte_clear(&v_pml5[pmap_pml5e_index(VM_PAGE_TO_PHYS(m_code))]);
2224         invlpg((vm_offset_t)v_code);
2225         vm_page_free(m_code);
2226         vm_page_free(m_pdp);
2227         vm_page_free(m_pd);
2228         vm_page_free(m_pt);
2229
2230         /* 
2231          * Recursively map PML5 to itself in order to get PTmap and
2232          * PDmap.
2233          */
2234         v_pml5[PML5PML5I] = KPML5phys | X86_PG_RW | X86_PG_V | pg_nx;
2235
2236         kernel_pmap->pm_cr3 = KPML5phys;
2237         kernel_pmap->pm_pmltop = v_pml5;
2238         pmap_pt_page_count_adj(kernel_pmap, 1);
2239 }
2240 SYSINIT(la57, SI_SUB_KMEM, SI_ORDER_ANY, pmap_bootstrap_la57, NULL);
2241
2242 /*
2243  *      Initialize a vm_page's machine-dependent fields.
2244  */
2245 void
2246 pmap_page_init(vm_page_t m)
2247 {
2248
2249         TAILQ_INIT(&m->md.pv_list);
2250         m->md.pat_mode = PAT_WRITE_BACK;
2251 }
2252
2253 static int pmap_allow_2m_x_ept;
2254 SYSCTL_INT(_vm_pmap, OID_AUTO, allow_2m_x_ept, CTLFLAG_RWTUN | CTLFLAG_NOFETCH,
2255     &pmap_allow_2m_x_ept, 0,
2256     "Allow executable superpage mappings in EPT");
2257
2258 void
2259 pmap_allow_2m_x_ept_recalculate(void)
2260 {
2261         /*
2262          * SKL002, SKL012S.  Since the EPT format is only used by
2263          * Intel CPUs, the vendor check is merely a formality.
2264          */
2265         if (!(cpu_vendor_id != CPU_VENDOR_INTEL ||
2266             (cpu_ia32_arch_caps & IA32_ARCH_CAP_IF_PSCHANGE_MC_NO) != 0 ||
2267             (CPUID_TO_FAMILY(cpu_id) == 0x6 &&
2268             (CPUID_TO_MODEL(cpu_id) == 0x26 ||  /* Atoms */
2269             CPUID_TO_MODEL(cpu_id) == 0x27 ||
2270             CPUID_TO_MODEL(cpu_id) == 0x35 ||
2271             CPUID_TO_MODEL(cpu_id) == 0x36 ||
2272             CPUID_TO_MODEL(cpu_id) == 0x37 ||
2273             CPUID_TO_MODEL(cpu_id) == 0x86 ||
2274             CPUID_TO_MODEL(cpu_id) == 0x1c ||
2275             CPUID_TO_MODEL(cpu_id) == 0x4a ||
2276             CPUID_TO_MODEL(cpu_id) == 0x4c ||
2277             CPUID_TO_MODEL(cpu_id) == 0x4d ||
2278             CPUID_TO_MODEL(cpu_id) == 0x5a ||
2279             CPUID_TO_MODEL(cpu_id) == 0x5c ||
2280             CPUID_TO_MODEL(cpu_id) == 0x5d ||
2281             CPUID_TO_MODEL(cpu_id) == 0x5f ||
2282             CPUID_TO_MODEL(cpu_id) == 0x6e ||
2283             CPUID_TO_MODEL(cpu_id) == 0x7a ||
2284             CPUID_TO_MODEL(cpu_id) == 0x57 ||   /* Knights */
2285             CPUID_TO_MODEL(cpu_id) == 0x85))))
2286                 pmap_allow_2m_x_ept = 1;
2287         TUNABLE_INT_FETCH("hw.allow_2m_x_ept", &pmap_allow_2m_x_ept);
2288 }
2289
2290 static bool
2291 pmap_allow_2m_x_page(pmap_t pmap, bool executable)
2292 {
2293
2294         return (pmap->pm_type != PT_EPT || !executable ||
2295             !pmap_allow_2m_x_ept);
2296 }
2297
2298 #ifdef NUMA
2299 static void
2300 pmap_init_pv_table(void)
2301 {
2302         struct pmap_large_md_page *pvd;
2303         vm_size_t s;
2304         long start, end, highest, pv_npg;
2305         int domain, i, j, pages;
2306
2307         /*
2308          * We strongly depend on the size being a power of two, so the assert
2309          * is overzealous. However, should the struct be resized to a
2310          * different power of two, the code below needs to be revisited.
2311          */
2312         CTASSERT((sizeof(*pvd) == 64));
2313
2314         /*
2315          * Calculate the size of the array.
2316          */
2317         pmap_last_pa = vm_phys_segs[vm_phys_nsegs - 1].end;
2318         pv_npg = howmany(pmap_last_pa, NBPDR);
2319         s = (vm_size_t)pv_npg * sizeof(struct pmap_large_md_page);
2320         s = round_page(s);
2321         pv_table = (struct pmap_large_md_page *)kva_alloc(s);
2322         if (pv_table == NULL)
2323                 panic("%s: kva_alloc failed\n", __func__);
2324
2325         /*
2326          * Iterate physical segments to allocate space for respective pages.
2327          */
2328         highest = -1;
2329         s = 0;
2330         for (i = 0; i < vm_phys_nsegs; i++) {
2331                 end = vm_phys_segs[i].end / NBPDR;
2332                 domain = vm_phys_segs[i].domain;
2333
2334                 if (highest >= end)
2335                         continue;
2336
2337                 start = highest + 1;
2338                 pvd = &pv_table[start];
2339
2340                 pages = end - start + 1;
2341                 s = round_page(pages * sizeof(*pvd));
2342                 highest = start + (s / sizeof(*pvd)) - 1;
2343
2344                 for (j = 0; j < s; j += PAGE_SIZE) {
2345                         vm_page_t m = vm_page_alloc_domain(NULL, 0,
2346                             domain, VM_ALLOC_NORMAL | VM_ALLOC_NOOBJ);
2347                         if (m == NULL)
2348                                 panic("vm_page_alloc_domain failed for %lx\n", (vm_offset_t)pvd + j);
2349                         pmap_qenter((vm_offset_t)pvd + j, &m, 1);
2350                 }
2351
2352                 for (j = 0; j < s / sizeof(*pvd); j++) {
2353                         rw_init_flags(&pvd->pv_lock, "pmap pv list", RW_NEW);
2354                         TAILQ_INIT(&pvd->pv_page.pv_list);
2355                         pvd->pv_page.pv_gen = 0;
2356                         pvd->pv_page.pat_mode = 0;
2357                         pvd->pv_invl_gen = 0;
2358                         pvd++;
2359                 }
2360         }
2361         pvd = &pv_dummy_large;
2362         rw_init_flags(&pvd->pv_lock, "pmap pv list dummy", RW_NEW);
2363         TAILQ_INIT(&pvd->pv_page.pv_list);
2364         pvd->pv_page.pv_gen = 0;
2365         pvd->pv_page.pat_mode = 0;
2366         pvd->pv_invl_gen = 0;
2367 }
2368 #else
2369 static void
2370 pmap_init_pv_table(void)
2371 {
2372         vm_size_t s;
2373         long i, pv_npg;
2374
2375         /*
2376          * Initialize the pool of pv list locks.
2377          */
2378         for (i = 0; i < NPV_LIST_LOCKS; i++)
2379                 rw_init(&pv_list_locks[i], "pmap pv list");
2380
2381         /*
2382          * Calculate the size of the pv head table for superpages.
2383          */
2384         pv_npg = howmany(vm_phys_segs[vm_phys_nsegs - 1].end, NBPDR);
2385
2386         /*
2387          * Allocate memory for the pv head table for superpages.
2388          */
2389         s = (vm_size_t)pv_npg * sizeof(struct md_page);
2390         s = round_page(s);
2391         pv_table = (struct md_page *)kmem_malloc(s, M_WAITOK | M_ZERO);
2392         for (i = 0; i < pv_npg; i++)
2393                 TAILQ_INIT(&pv_table[i].pv_list);
2394         TAILQ_INIT(&pv_dummy.pv_list);
2395 }
2396 #endif
2397
2398 /*
2399  *      Initialize the pmap module.
2400  *      Called by vm_init, to initialize any structures that the pmap
2401  *      system needs to map virtual memory.
2402  */
2403 void
2404 pmap_init(void)
2405 {
2406         struct pmap_preinit_mapping *ppim;
2407         vm_page_t m, mpte;
2408         int error, i, ret, skz63;
2409
2410         /* L1TF, reserve page @0 unconditionally */
2411         vm_page_blacklist_add(0, bootverbose);
2412
2413         /* Detect bare-metal Skylake Server and Skylake-X. */
2414         if (vm_guest == VM_GUEST_NO && cpu_vendor_id == CPU_VENDOR_INTEL &&
2415             CPUID_TO_FAMILY(cpu_id) == 0x6 && CPUID_TO_MODEL(cpu_id) == 0x55) {
2416                 /*
2417                  * Skylake-X errata SKZ63. Processor May Hang When
2418                  * Executing Code In an HLE Transaction Region between
2419                  * 40000000H and 403FFFFFH.
2420                  *
2421                  * Mark the pages in the range as preallocated.  It
2422                  * seems to be impossible to distinguish between
2423                  * Skylake Server and Skylake X.
2424                  */
2425                 skz63 = 1;
2426                 TUNABLE_INT_FETCH("hw.skz63_enable", &skz63);
2427                 if (skz63 != 0) {
2428                         if (bootverbose)
2429                                 printf("SKZ63: skipping 4M RAM starting "
2430                                     "at physical 1G\n");
2431                         for (i = 0; i < atop(0x400000); i++) {
2432                                 ret = vm_page_blacklist_add(0x40000000 +
2433                                     ptoa(i), FALSE);
2434                                 if (!ret && bootverbose)
2435                                         printf("page at %#lx already used\n",
2436                                             0x40000000 + ptoa(i));
2437                         }
2438                 }
2439         }
2440
2441         /* IFU */
2442         pmap_allow_2m_x_ept_recalculate();
2443
2444         /*
2445          * Initialize the vm page array entries for the kernel pmap's
2446          * page table pages.
2447          */ 
2448         PMAP_LOCK(kernel_pmap);
2449         for (i = 0; i < nkpt; i++) {
2450                 mpte = PHYS_TO_VM_PAGE(KPTphys + (i << PAGE_SHIFT));
2451                 KASSERT(mpte >= vm_page_array &&
2452                     mpte < &vm_page_array[vm_page_array_size],
2453                     ("pmap_init: page table page is out of range"));
2454                 mpte->pindex = pmap_pde_pindex(KERNBASE) + i;
2455                 mpte->phys_addr = KPTphys + (i << PAGE_SHIFT);
2456                 mpte->ref_count = 1;
2457
2458                 /*
2459                  * Collect the page table pages that were replaced by a 2MB
2460                  * page in create_pagetables().  They are zero filled.
2461                  */
2462                 if ((i == 0 ||
2463                     kernphys + ((vm_paddr_t)(i - 1) << PDRSHIFT) < KERNend) &&
2464                     pmap_insert_pt_page(kernel_pmap, mpte, false))
2465                         panic("pmap_init: pmap_insert_pt_page failed");
2466         }
2467         PMAP_UNLOCK(kernel_pmap);
2468         vm_wire_add(nkpt);
2469
2470         /*
2471          * If the kernel is running on a virtual machine, then it must assume
2472          * that MCA is enabled by the hypervisor.  Moreover, the kernel must
2473          * be prepared for the hypervisor changing the vendor and family that
2474          * are reported by CPUID.  Consequently, the workaround for AMD Family
2475          * 10h Erratum 383 is enabled if the processor's feature set does not
2476          * include at least one feature that is only supported by older Intel
2477          * or newer AMD processors.
2478          */
2479         if (vm_guest != VM_GUEST_NO && (cpu_feature & CPUID_SS) == 0 &&
2480             (cpu_feature2 & (CPUID2_SSSE3 | CPUID2_SSE41 | CPUID2_AESNI |
2481             CPUID2_AVX | CPUID2_XSAVE)) == 0 && (amd_feature2 & (AMDID2_XOP |
2482             AMDID2_FMA4)) == 0)
2483                 workaround_erratum383 = 1;
2484
2485         /*
2486          * Are large page mappings enabled?
2487          */
2488         TUNABLE_INT_FETCH("vm.pmap.pg_ps_enabled", &pg_ps_enabled);
2489         if (pg_ps_enabled) {
2490                 KASSERT(MAXPAGESIZES > 1 && pagesizes[1] == 0,
2491                     ("pmap_init: can't assign to pagesizes[1]"));
2492                 pagesizes[1] = NBPDR;
2493                 if ((amd_feature & AMDID_PAGE1GB) != 0) {
2494                         KASSERT(MAXPAGESIZES > 2 && pagesizes[2] == 0,
2495                             ("pmap_init: can't assign to pagesizes[2]"));
2496                         pagesizes[2] = NBPDP;
2497                 }
2498         }
2499
2500         /*
2501          * Initialize pv chunk lists.
2502          */
2503         for (i = 0; i < PMAP_MEMDOM; i++) {
2504                 mtx_init(&pv_chunks[i].pvc_lock, "pmap pv chunk list", NULL, MTX_DEF);
2505                 TAILQ_INIT(&pv_chunks[i].pvc_list);
2506         }
2507         pmap_init_pv_table();
2508
2509         pmap_initialized = 1;
2510         for (i = 0; i < PMAP_PREINIT_MAPPING_COUNT; i++) {
2511                 ppim = pmap_preinit_mapping + i;
2512                 if (ppim->va == 0)
2513                         continue;
2514                 /* Make the direct map consistent */
2515                 if (ppim->pa < dmaplimit && ppim->pa + ppim->sz <= dmaplimit) {
2516                         (void)pmap_change_attr(PHYS_TO_DMAP(ppim->pa),
2517                             ppim->sz, ppim->mode);
2518                 }
2519                 if (!bootverbose)
2520                         continue;
2521                 printf("PPIM %u: PA=%#lx, VA=%#lx, size=%#lx, mode=%#x\n", i,
2522                     ppim->pa, ppim->va, ppim->sz, ppim->mode);
2523         }
2524
2525         mtx_init(&qframe_mtx, "qfrmlk", NULL, MTX_SPIN);
2526         error = vmem_alloc(kernel_arena, PAGE_SIZE, M_BESTFIT | M_WAITOK,
2527             (vmem_addr_t *)&qframe);
2528         if (error != 0)
2529                 panic("qframe allocation failed");
2530
2531         lm_ents = 8;
2532         TUNABLE_INT_FETCH("vm.pmap.large_map_pml4_entries", &lm_ents);
2533         if (lm_ents > LMEPML4I - LMSPML4I + 1)
2534                 lm_ents = LMEPML4I - LMSPML4I + 1;
2535 #ifdef KMSAN
2536         if (lm_ents > KMSANORIGPML4I - LMSPML4I) {
2537                 printf(
2538             "pmap: shrinking large map for KMSAN (%d slots to %ld slots)\n",
2539                     lm_ents, KMSANORIGPML4I - LMSPML4I);
2540                 lm_ents = KMSANORIGPML4I - LMSPML4I;
2541         }
2542 #endif
2543         if (bootverbose)
2544                 printf("pmap: large map %u PML4 slots (%lu GB)\n",
2545                     lm_ents, (u_long)lm_ents * (NBPML4 / 1024 / 1024 / 1024));
2546         if (lm_ents != 0) {
2547                 large_vmem = vmem_create("large", LARGEMAP_MIN_ADDRESS,
2548                     (vmem_size_t)lm_ents * NBPML4, PAGE_SIZE, 0, M_WAITOK);
2549                 if (large_vmem == NULL) {
2550                         printf("pmap: cannot create large map\n");
2551                         lm_ents = 0;
2552                 }
2553                 for (i = 0; i < lm_ents; i++) {
2554                         m = pmap_large_map_getptp_unlocked();
2555                         /* XXXKIB la57 */
2556                         kernel_pml4[LMSPML4I + i] = X86_PG_V |
2557                             X86_PG_RW | X86_PG_A | X86_PG_M | pg_nx |
2558                             VM_PAGE_TO_PHYS(m);
2559                 }
2560         }
2561 }
2562
2563 SYSCTL_UINT(_vm_pmap, OID_AUTO, large_map_pml4_entries,
2564     CTLFLAG_RDTUN | CTLFLAG_NOFETCH, &lm_ents, 0,
2565     "Maximum number of PML4 entries for use by large map (tunable).  "
2566     "Each entry corresponds to 512GB of address space.");
2567
2568 static SYSCTL_NODE(_vm_pmap, OID_AUTO, pde, CTLFLAG_RD | CTLFLAG_MPSAFE, 0,
2569     "2MB page mapping counters");
2570
2571 static COUNTER_U64_DEFINE_EARLY(pmap_pde_demotions);
2572 SYSCTL_COUNTER_U64(_vm_pmap_pde, OID_AUTO, demotions,
2573     CTLFLAG_RD, &pmap_pde_demotions, "2MB page demotions");
2574
2575 static COUNTER_U64_DEFINE_EARLY(pmap_pde_mappings);
2576 SYSCTL_COUNTER_U64(_vm_pmap_pde, OID_AUTO, mappings, CTLFLAG_RD,
2577     &pmap_pde_mappings, "2MB page mappings");
2578
2579 static COUNTER_U64_DEFINE_EARLY(pmap_pde_p_failures);
2580 SYSCTL_COUNTER_U64(_vm_pmap_pde, OID_AUTO, p_failures, CTLFLAG_RD,
2581     &pmap_pde_p_failures, "2MB page promotion failures");
2582
2583 static COUNTER_U64_DEFINE_EARLY(pmap_pde_promotions);
2584 SYSCTL_COUNTER_U64(_vm_pmap_pde, OID_AUTO, promotions, CTLFLAG_RD,
2585     &pmap_pde_promotions, "2MB page promotions");
2586
2587 static SYSCTL_NODE(_vm_pmap, OID_AUTO, pdpe, CTLFLAG_RD | CTLFLAG_MPSAFE, 0,
2588     "1GB page mapping counters");
2589
2590 static COUNTER_U64_DEFINE_EARLY(pmap_pdpe_demotions);
2591 SYSCTL_COUNTER_U64(_vm_pmap_pdpe, OID_AUTO, demotions, CTLFLAG_RD,
2592     &pmap_pdpe_demotions, "1GB page demotions");
2593
2594 /***************************************************
2595  * Low level helper routines.....
2596  ***************************************************/
2597
2598 static pt_entry_t
2599 pmap_swap_pat(pmap_t pmap, pt_entry_t entry)
2600 {
2601         int x86_pat_bits = X86_PG_PTE_PAT | X86_PG_PDE_PAT;
2602
2603         switch (pmap->pm_type) {
2604         case PT_X86:
2605         case PT_RVI:
2606                 /* Verify that both PAT bits are not set at the same time */
2607                 KASSERT((entry & x86_pat_bits) != x86_pat_bits,
2608                     ("Invalid PAT bits in entry %#lx", entry));
2609
2610                 /* Swap the PAT bits if one of them is set */
2611                 if ((entry & x86_pat_bits) != 0)
2612                         entry ^= x86_pat_bits;
2613                 break;
2614         case PT_EPT:
2615                 /*
2616                  * Nothing to do - the memory attributes are represented
2617                  * the same way for regular pages and superpages.
2618                  */
2619                 break;
2620         default:
2621                 panic("pmap_switch_pat_bits: bad pm_type %d", pmap->pm_type);
2622         }
2623
2624         return (entry);
2625 }
2626
2627 boolean_t
2628 pmap_is_valid_memattr(pmap_t pmap __unused, vm_memattr_t mode)
2629 {
2630
2631         return (mode >= 0 && mode < PAT_INDEX_SIZE &&
2632             pat_index[(int)mode] >= 0);
2633 }
2634
2635 /*
2636  * Determine the appropriate bits to set in a PTE or PDE for a specified
2637  * caching mode.
2638  */
2639 int
2640 pmap_cache_bits(pmap_t pmap, int mode, boolean_t is_pde)
2641 {
2642         int cache_bits, pat_flag, pat_idx;
2643
2644         if (!pmap_is_valid_memattr(pmap, mode))
2645                 panic("Unknown caching mode %d\n", mode);
2646
2647         switch (pmap->pm_type) {
2648         case PT_X86:
2649         case PT_RVI:
2650                 /* The PAT bit is different for PTE's and PDE's. */
2651                 pat_flag = is_pde ? X86_PG_PDE_PAT : X86_PG_PTE_PAT;
2652
2653                 /* Map the caching mode to a PAT index. */
2654                 pat_idx = pat_index[mode];
2655
2656                 /* Map the 3-bit index value into the PAT, PCD, and PWT bits. */
2657                 cache_bits = 0;
2658                 if (pat_idx & 0x4)
2659                         cache_bits |= pat_flag;
2660                 if (pat_idx & 0x2)
2661                         cache_bits |= PG_NC_PCD;
2662                 if (pat_idx & 0x1)
2663                         cache_bits |= PG_NC_PWT;
2664                 break;
2665
2666         case PT_EPT:
2667                 cache_bits = EPT_PG_IGNORE_PAT | EPT_PG_MEMORY_TYPE(mode);
2668                 break;
2669
2670         default:
2671                 panic("unsupported pmap type %d", pmap->pm_type);
2672         }
2673
2674         return (cache_bits);
2675 }
2676
2677 static int
2678 pmap_cache_mask(pmap_t pmap, boolean_t is_pde)
2679 {
2680         int mask;
2681
2682         switch (pmap->pm_type) {
2683         case PT_X86:
2684         case PT_RVI:
2685                 mask = is_pde ? X86_PG_PDE_CACHE : X86_PG_PTE_CACHE;
2686                 break;
2687         case PT_EPT:
2688                 mask = EPT_PG_IGNORE_PAT | EPT_PG_MEMORY_TYPE(0x7);
2689                 break;
2690         default:
2691                 panic("pmap_cache_mask: invalid pm_type %d", pmap->pm_type);
2692         }
2693
2694         return (mask);
2695 }
2696
2697 static int
2698 pmap_pat_index(pmap_t pmap, pt_entry_t pte, bool is_pde)
2699 {
2700         int pat_flag, pat_idx;
2701
2702         pat_idx = 0;
2703         switch (pmap->pm_type) {
2704         case PT_X86:
2705         case PT_RVI:
2706                 /* The PAT bit is different for PTE's and PDE's. */
2707                 pat_flag = is_pde ? X86_PG_PDE_PAT : X86_PG_PTE_PAT;
2708
2709                 if ((pte & pat_flag) != 0)
2710                         pat_idx |= 0x4;
2711                 if ((pte & PG_NC_PCD) != 0)
2712                         pat_idx |= 0x2;
2713                 if ((pte & PG_NC_PWT) != 0)
2714                         pat_idx |= 0x1;
2715                 break;
2716         case PT_EPT:
2717                 if ((pte & EPT_PG_IGNORE_PAT) != 0)
2718                         panic("EPT PTE %#lx has no PAT memory type", pte);
2719                 pat_idx = (pte & EPT_PG_MEMORY_TYPE(0x7)) >> 3;
2720                 break;
2721         }
2722
2723         /* See pmap_init_pat(). */
2724         if (pat_idx == 4)
2725                 pat_idx = 0;
2726         if (pat_idx == 7)
2727                 pat_idx = 3;
2728
2729         return (pat_idx);
2730 }
2731
2732 bool
2733 pmap_ps_enabled(pmap_t pmap)
2734 {
2735
2736         return (pg_ps_enabled && (pmap->pm_flags & PMAP_PDE_SUPERPAGE) != 0);
2737 }
2738
2739 static void
2740 pmap_update_pde_store(pmap_t pmap, pd_entry_t *pde, pd_entry_t newpde)
2741 {
2742
2743         switch (pmap->pm_type) {
2744         case PT_X86:
2745                 break;
2746         case PT_RVI:
2747         case PT_EPT:
2748                 /*
2749                  * XXX
2750                  * This is a little bogus since the generation number is
2751                  * supposed to be bumped up when a region of the address
2752                  * space is invalidated in the page tables.
2753                  *
2754                  * In this case the old PDE entry is valid but yet we want
2755                  * to make sure that any mappings using the old entry are
2756                  * invalidated in the TLB.
2757                  *
2758                  * The reason this works as expected is because we rendezvous
2759                  * "all" host cpus and force any vcpu context to exit as a
2760                  * side-effect.
2761                  */
2762                 atomic_add_long(&pmap->pm_eptgen, 1);
2763                 break;
2764         default:
2765                 panic("pmap_update_pde_store: bad pm_type %d", pmap->pm_type);
2766         }
2767         pde_store(pde, newpde);
2768 }
2769
2770 /*
2771  * After changing the page size for the specified virtual address in the page
2772  * table, flush the corresponding entries from the processor's TLB.  Only the
2773  * calling processor's TLB is affected.
2774  *
2775  * The calling thread must be pinned to a processor.
2776  */
2777 static void
2778 pmap_update_pde_invalidate(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t newpde)
2779 {
2780         pt_entry_t PG_G;
2781
2782         if (pmap_type_guest(pmap))
2783                 return;
2784
2785         KASSERT(pmap->pm_type == PT_X86,
2786             ("pmap_update_pde_invalidate: invalid type %d", pmap->pm_type));
2787
2788         PG_G = pmap_global_bit(pmap);
2789
2790         if ((newpde & PG_PS) == 0)
2791                 /* Demotion: flush a specific 2MB page mapping. */
2792                 invlpg(va);
2793         else if ((newpde & PG_G) == 0)
2794                 /*
2795                  * Promotion: flush every 4KB page mapping from the TLB
2796                  * because there are too many to flush individually.
2797                  */
2798                 invltlb();
2799         else {
2800                 /*
2801                  * Promotion: flush every 4KB page mapping from the TLB,
2802                  * including any global (PG_G) mappings.
2803                  */
2804                 invltlb_glob();
2805         }
2806 }
2807
2808 /*
2809  * The amd64 pmap uses different approaches to TLB invalidation
2810  * depending on the kernel configuration, available hardware features,
2811  * and known hardware errata.  The kernel configuration option that
2812  * has the greatest operational impact on TLB invalidation is PTI,
2813  * which is enabled automatically on affected Intel CPUs.  The most
2814  * impactful hardware features are first PCID, and then INVPCID
2815  * instruction presence.  PCID usage is quite different for PTI
2816  * vs. non-PTI.
2817  *
2818  * * Kernel Page Table Isolation (PTI or KPTI) is used to mitigate
2819  *   the Meltdown bug in some Intel CPUs.  Under PTI, each user address
2820  *   space is served by two page tables, user and kernel.  The user
2821  *   page table only maps user space and a kernel trampoline.  The
2822  *   kernel trampoline includes the entirety of the kernel text but
2823  *   only the kernel data that is needed to switch from user to kernel
2824  *   mode.  The kernel page table maps the user and kernel address
2825  *   spaces in their entirety.  It is identical to the per-process
2826  *   page table used in non-PTI mode.
2827  *
2828  *   User page tables are only used when the CPU is in user mode.
2829  *   Consequently, some TLB invalidations can be postponed until the
2830  *   switch from kernel to user mode.  In contrast, the user
2831  *   space part of the kernel page table is used for copyout(9), so
2832  *   TLB invalidations on this page table cannot be similarly postponed.
2833  *
2834  *   The existence of a user mode page table for the given pmap is
2835  *   indicated by a pm_ucr3 value that differs from PMAP_NO_CR3, in
2836  *   which case pm_ucr3 contains the %cr3 register value for the user
2837  *   mode page table's root.
2838  *
2839  * * The pm_active bitmask indicates which CPUs currently have the
2840  *   pmap active.  A CPU's bit is set on context switch to the pmap, and
2841  *   cleared on switching off this CPU.  For the kernel page table,
2842  *   the pm_active field is immutable and contains all CPUs.  The
2843  *   kernel page table is always logically active on every processor,
2844  *   but not necessarily in use by the hardware, e.g., in PTI mode.
2845  *
2846  *   When requesting invalidation of virtual addresses with
2847  *   pmap_invalidate_XXX() functions, the pmap sends shootdown IPIs to
2848  *   all CPUs recorded as active in pm_active.  Updates to and reads
2849  *   from pm_active are not synchronized, and so they may race with
2850  *   each other.  Shootdown handlers are prepared to handle the race.
2851  *
2852  * * PCID is an optional feature of the long mode x86 MMU where TLB
2853  *   entries are tagged with the 'Process ID' of the address space
2854  *   they belong to.  This feature provides a limited namespace for
2855  *   process identifiers, 12 bits, supporting 4095 simultaneous IDs
2856  *   total.
2857  *
2858  *   Allocation of a PCID to a pmap is done by an algorithm described
2859  *   in section 15.12, "Other TLB Consistency Algorithms", of
2860  *   Vahalia's book "Unix Internals".  A PCID cannot be allocated for
2861  *   the whole lifetime of a pmap in pmap_pinit() due to the limited
2862  *   namespace.  Instead, a per-CPU, per-pmap PCID is assigned when
2863  *   the CPU is about to start caching TLB entries from a pmap,
2864  *   i.e., on the context switch that activates the pmap on the CPU.
2865  *
2866  *   The PCID allocator maintains a per-CPU, per-pmap generation
2867  *   count, pm_gen, which is incremented each time a new PCID is
2868  *   allocated.  On TLB invalidation, the generation counters for the
2869  *   pmap are zeroed, which signals the context switch code that the
2870  *   previously allocated PCID is no longer valid.  Effectively,
2871  *   zeroing any of these counters triggers a TLB shootdown for the
2872  *   given CPU/address space, due to the allocation of a new PCID.
2873  *
2874  *   Zeroing can be performed remotely.  Consequently, if a pmap is
2875  *   inactive on a CPU, then a TLB shootdown for that pmap and CPU can
2876  *   be initiated by an ordinary memory access to reset the target
2877  *   CPU's generation count within the pmap.  The CPU initiating the
2878  *   TLB shootdown does not need to send an IPI to the target CPU.
2879  *
2880  * * PTI + PCID.  The available PCIDs are divided into two sets: PCIDs
2881  *   for complete (kernel) page tables, and PCIDs for user mode page
2882  *   tables.  A user PCID value is obtained from the kernel PCID value
2883  *   by setting the highest bit, 11, to 1 (0x800 == PMAP_PCID_USER_PT).
2884  *
2885  *   User space page tables are activated on return to user mode, by
2886  *   loading pm_ucr3 into %cr3.  If the PCPU(ucr3_load_mask) requests
2887  *   clearing bit 63 of the loaded ucr3, this effectively causes
2888  *   complete invalidation of the user mode TLB entries for the
2889  *   current pmap.  In which case, local invalidations of individual
2890  *   pages in the user page table are skipped.
2891  *
2892  * * Local invalidation, all modes.  If the requested invalidation is
2893  *   for a specific address or the total invalidation of a currently
2894  *   active pmap, then the TLB is flushed using INVLPG for a kernel
2895  *   page table, and INVPCID(INVPCID_CTXGLOB)/invltlb_glob() for a
2896  *   user space page table(s).
2897  *
2898  *   If the INVPCID instruction is available, it is used to flush entries
2899  *   from the kernel page table.
2900  *
2901  * * mode: PTI disabled, PCID present.  The kernel reserves PCID 0 for its
2902  *   address space, all other 4095 PCIDs are used for user mode spaces
2903  *   as described above.  A context switch allocates a new PCID if
2904  *   the recorded PCID is zero or the recorded generation does not match
2905  *   the CPU's generation, effectively flushing the TLB for this address space.
2906  *   Total remote invalidation is performed by zeroing pm_gen for all CPUs.
2907  *      local user page: INVLPG
2908  *      local kernel page: INVLPG
2909  *      local user total: INVPCID(CTX)
2910  *      local kernel total: INVPCID(CTXGLOB) or invltlb_glob()
2911  *      remote user page, inactive pmap: zero pm_gen
2912  *      remote user page, active pmap: zero pm_gen + IPI:INVLPG
2913  *      (Both actions are required to handle the aforementioned pm_active races.)
2914  *      remote kernel page: IPI:INVLPG
2915  *      remote user total, inactive pmap: zero pm_gen
2916  *      remote user total, active pmap: zero pm_gen + IPI:(INVPCID(CTX) or
2917  *          reload %cr3)
2918  *      (See note above about pm_active races.)
2919  *      remote kernel total: IPI:(INVPCID(CTXGLOB) or invltlb_glob())
2920  *
2921  * PTI enabled, PCID present.
2922  *      local user page: INVLPG for kpt, INVPCID(ADDR) or (INVLPG for ucr3)
2923  *          for upt
2924  *      local kernel page: INVLPG
2925  *      local user total: INVPCID(CTX) or reload %cr3 for kpt, clear PCID_SAVE
2926  *          on loading UCR3 into %cr3 for upt
2927  *      local kernel total: INVPCID(CTXGLOB) or invltlb_glob()
2928  *      remote user page, inactive pmap: zero pm_gen
2929  *      remote user page, active pmap: zero pm_gen + IPI:(INVLPG for kpt,
2930  *          INVPCID(ADDR) for upt)
2931  *      remote kernel page: IPI:INVLPG
2932  *      remote user total, inactive pmap: zero pm_gen
2933  *      remote user total, active pmap: zero pm_gen + IPI:(INVPCID(CTX) for kpt,
2934  *          clear PCID_SAVE on loading UCR3 into $cr3 for upt)
2935  *      remote kernel total: IPI:(INVPCID(CTXGLOB) or invltlb_glob())
2936  *
2937  *  No PCID.
2938  *      local user page: INVLPG
2939  *      local kernel page: INVLPG
2940  *      local user total: reload %cr3
2941  *      local kernel total: invltlb_glob()
2942  *      remote user page, inactive pmap: -
2943  *      remote user page, active pmap: IPI:INVLPG
2944  *      remote kernel page: IPI:INVLPG
2945  *      remote user total, inactive pmap: -
2946  *      remote user total, active pmap: IPI:(reload %cr3)
2947  *      remote kernel total: IPI:invltlb_glob()
2948  *  Since on return to user mode, the reload of %cr3 with ucr3 causes
2949  *  TLB invalidation, no specific action is required for user page table.
2950  *
2951  * EPT.  EPT pmaps do not map KVA, all mappings are userspace.
2952  * XXX TODO
2953  */
2954
2955 #ifdef SMP
2956 /*
2957  * Interrupt the cpus that are executing in the guest context.
2958  * This will force the vcpu to exit and the cached EPT mappings
2959  * will be invalidated by the host before the next vmresume.
2960  */
2961 static __inline void
2962 pmap_invalidate_ept(pmap_t pmap)
2963 {
2964         smr_seq_t goal;
2965         int ipinum;
2966
2967         sched_pin();
2968         KASSERT(!CPU_ISSET(curcpu, &pmap->pm_active),
2969             ("pmap_invalidate_ept: absurd pm_active"));
2970
2971         /*
2972          * The TLB mappings associated with a vcpu context are not
2973          * flushed each time a different vcpu is chosen to execute.
2974          *
2975          * This is in contrast with a process's vtop mappings that
2976          * are flushed from the TLB on each context switch.
2977          *
2978          * Therefore we need to do more than just a TLB shootdown on
2979          * the active cpus in 'pmap->pm_active'. To do this we keep
2980          * track of the number of invalidations performed on this pmap.
2981          *
2982          * Each vcpu keeps a cache of this counter and compares it
2983          * just before a vmresume. If the counter is out-of-date an
2984          * invept will be done to flush stale mappings from the TLB.
2985          *
2986          * To ensure that all vCPU threads have observed the new counter
2987          * value before returning, we use SMR.  Ordering is important here:
2988          * the VMM enters an SMR read section before loading the counter
2989          * and after updating the pm_active bit set.  Thus, pm_active is
2990          * a superset of active readers, and any reader that has observed
2991          * the goal has observed the new counter value.
2992          */
2993         atomic_add_long(&pmap->pm_eptgen, 1);
2994
2995         goal = smr_advance(pmap->pm_eptsmr);
2996
2997         /*
2998          * Force the vcpu to exit and trap back into the hypervisor.
2999          */
3000         ipinum = pmap->pm_flags & PMAP_NESTED_IPIMASK;
3001         ipi_selected(pmap->pm_active, ipinum);
3002         sched_unpin();
3003
3004         /*
3005          * Ensure that all active vCPUs will observe the new generation counter
3006          * value before executing any more guest instructions.
3007          */
3008         smr_wait(pmap->pm_eptsmr, goal);
3009 }
3010
3011 static cpuset_t
3012 pmap_invalidate_cpu_mask(pmap_t pmap)
3013 {
3014         return (pmap == kernel_pmap ? all_cpus : pmap->pm_active);
3015 }
3016
3017 static inline void
3018 pmap_invalidate_preipi_pcid(pmap_t pmap)
3019 {
3020         u_int cpuid, i;
3021
3022         sched_pin();
3023
3024         cpuid = PCPU_GET(cpuid);
3025         if (pmap != PCPU_GET(curpmap))
3026                 cpuid = 0xffffffff;     /* An impossible value */
3027
3028         CPU_FOREACH(i) {
3029                 if (cpuid != i)
3030                         pmap->pm_pcids[i].pm_gen = 0;
3031         }
3032
3033         /*
3034          * The fence is between stores to pm_gen and the read of the
3035          * pm_active mask.  We need to ensure that it is impossible
3036          * for us to miss the bit update in pm_active and
3037          * simultaneously observe a non-zero pm_gen in
3038          * pmap_activate_sw(), otherwise TLB update is missed.
3039          * Without the fence, IA32 allows such an outcome.  Note that
3040          * pm_active is updated by a locked operation, which provides
3041          * the reciprocal fence.
3042          */
3043         atomic_thread_fence_seq_cst();
3044 }
3045
3046 static void
3047 pmap_invalidate_preipi_nopcid(pmap_t pmap __unused)
3048 {
3049         sched_pin();
3050 }
3051
3052 DEFINE_IFUNC(static, void, pmap_invalidate_preipi, (pmap_t))
3053 {
3054         return (pmap_pcid_enabled ? pmap_invalidate_preipi_pcid :
3055             pmap_invalidate_preipi_nopcid);
3056 }
3057
3058 static inline void
3059 pmap_invalidate_page_pcid_cb(pmap_t pmap, vm_offset_t va,
3060     const bool invpcid_works1)
3061 {
3062         struct invpcid_descr d;
3063         uint64_t kcr3, ucr3;
3064         uint32_t pcid;
3065         u_int cpuid;
3066
3067         /*
3068          * Because pm_pcid is recalculated on a context switch, we
3069          * must ensure there is no preemption, not just pinning.
3070          * Otherwise, we might use a stale value below.
3071          */
3072         CRITICAL_ASSERT(curthread);
3073
3074         /*
3075          * No need to do anything with user page tables invalidation
3076          * if there is no user page table, or invalidation is deferred
3077          * until the return to userspace.  ucr3_load_mask is stable
3078          * because we have preemption disabled.
3079          */
3080         if (pmap->pm_ucr3 == PMAP_NO_CR3 ||
3081             PCPU_GET(ucr3_load_mask) != PMAP_UCR3_NOMASK)
3082                 return;
3083
3084         cpuid = PCPU_GET(cpuid);
3085
3086         pcid = pmap->pm_pcids[cpuid].pm_pcid;
3087         if (invpcid_works1) {
3088                 d.pcid = pcid | PMAP_PCID_USER_PT;
3089                 d.pad = 0;
3090                 d.addr = va;
3091                 invpcid(&d, INVPCID_ADDR);
3092         } else {
3093                 kcr3 = pmap->pm_cr3 | pcid | CR3_PCID_SAVE;
3094                 ucr3 = pmap->pm_ucr3 | pcid | PMAP_PCID_USER_PT | CR3_PCID_SAVE;
3095                 pmap_pti_pcid_invlpg(ucr3, kcr3, va);
3096         }
3097 }
3098
3099 static void
3100 pmap_invalidate_page_pcid_invpcid_cb(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
3101 {
3102         pmap_invalidate_page_pcid_cb(pmap, va, true);
3103 }
3104
3105 static void
3106 pmap_invalidate_page_pcid_noinvpcid_cb(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
3107 {
3108         pmap_invalidate_page_pcid_cb(pmap, va, false);
3109 }
3110
3111 static void
3112 pmap_invalidate_page_nopcid_cb(pmap_t pmap __unused, vm_offset_t va __unused)
3113 {
3114 }
3115
3116 DEFINE_IFUNC(static, void, pmap_invalidate_page_cb, (pmap_t, vm_offset_t))
3117 {
3118         if (pmap_pcid_enabled)
3119                 return (invpcid_works ? pmap_invalidate_page_pcid_invpcid_cb :
3120                     pmap_invalidate_page_pcid_noinvpcid_cb);
3121         return (pmap_invalidate_page_nopcid_cb);
3122 }
3123
3124 static void
3125 pmap_invalidate_page_curcpu_cb(pmap_t pmap, vm_offset_t va,
3126     vm_offset_t addr2 __unused)
3127 {
3128         if (pmap == kernel_pmap) {
3129                 invlpg(va);
3130         } else if (pmap == PCPU_GET(curpmap)) {
3131                 invlpg(va);
3132                 pmap_invalidate_page_cb(pmap, va);
3133         }
3134 }
3135
3136 void
3137 pmap_invalidate_page(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
3138 {
3139         if (pmap_type_guest(pmap)) {
3140                 pmap_invalidate_ept(pmap);
3141                 return;
3142         }
3143
3144         KASSERT(pmap->pm_type == PT_X86,
3145             ("pmap_invalidate_page: invalid type %d", pmap->pm_type));
3146
3147         pmap_invalidate_preipi(pmap);
3148         smp_masked_invlpg(pmap_invalidate_cpu_mask(pmap), va, pmap,
3149             pmap_invalidate_page_curcpu_cb);
3150 }
3151
3152 /* 4k PTEs -- Chosen to exceed the total size of Broadwell L2 TLB */
3153 #define PMAP_INVLPG_THRESHOLD   (4 * 1024 * PAGE_SIZE)
3154
3155 static void
3156 pmap_invalidate_range_pcid_cb(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva,
3157     const bool invpcid_works1)
3158 {
3159         struct invpcid_descr d;
3160         uint64_t kcr3, ucr3;
3161         uint32_t pcid;
3162         u_int cpuid;
3163
3164         CRITICAL_ASSERT(curthread);
3165
3166         if (pmap != PCPU_GET(curpmap) ||
3167             pmap->pm_ucr3 == PMAP_NO_CR3 ||
3168             PCPU_GET(ucr3_load_mask) != PMAP_UCR3_NOMASK)
3169                 return;
3170
3171         cpuid = PCPU_GET(cpuid);
3172
3173         pcid = pmap->pm_pcids[cpuid].pm_pcid;
3174         if (invpcid_works1) {
3175                 d.pcid = pcid | PMAP_PCID_USER_PT;
3176                 d.pad = 0;
3177                 for (d.addr = sva; d.addr < eva; d.addr += PAGE_SIZE)
3178                         invpcid(&d, INVPCID_ADDR);
3179         } else {
3180                 kcr3 = pmap->pm_cr3 | pcid | CR3_PCID_SAVE;
3181                 ucr3 = pmap->pm_ucr3 | pcid | PMAP_PCID_USER_PT | CR3_PCID_SAVE;
3182                 pmap_pti_pcid_invlrng(ucr3, kcr3, sva, eva);
3183         }
3184 }
3185
3186 static void
3187 pmap_invalidate_range_pcid_invpcid_cb(pmap_t pmap, vm_offset_t sva,
3188     vm_offset_t eva)
3189 {
3190         pmap_invalidate_range_pcid_cb(pmap, sva, eva, true);
3191 }
3192
3193 static void
3194 pmap_invalidate_range_pcid_noinvpcid_cb(pmap_t pmap, vm_offset_t sva,
3195     vm_offset_t eva)
3196 {
3197         pmap_invalidate_range_pcid_cb(pmap, sva, eva, false);
3198 }
3199
3200 static void
3201 pmap_invalidate_range_nopcid_cb(pmap_t pmap __unused, vm_offset_t sva __unused,
3202     vm_offset_t eva __unused)
3203 {
3204 }
3205
3206 DEFINE_IFUNC(static, void, pmap_invalidate_range_cb, (pmap_t, vm_offset_t,
3207     vm_offset_t))
3208 {
3209         if (pmap_pcid_enabled)
3210                 return (invpcid_works ? pmap_invalidate_range_pcid_invpcid_cb :
3211                     pmap_invalidate_range_pcid_noinvpcid_cb);
3212         return (pmap_invalidate_range_nopcid_cb);
3213 }
3214
3215 static void
3216 pmap_invalidate_range_curcpu_cb(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
3217 {
3218         vm_offset_t addr;
3219
3220         if (pmap == kernel_pmap) {
3221                 for (addr = sva; addr < eva; addr += PAGE_SIZE)
3222                         invlpg(addr);
3223         } else if (pmap == PCPU_GET(curpmap)) {
3224                 for (addr = sva; addr < eva; addr += PAGE_SIZE)
3225                         invlpg(addr);
3226                 pmap_invalidate_range_cb(pmap, sva, eva);
3227         }
3228 }
3229
3230 void
3231 pmap_invalidate_range(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
3232 {
3233         if (eva - sva >= PMAP_INVLPG_THRESHOLD) {
3234                 pmap_invalidate_all(pmap);
3235                 return;
3236         }
3237
3238         if (pmap_type_guest(pmap)) {
3239                 pmap_invalidate_ept(pmap);
3240                 return;
3241         }
3242
3243         KASSERT(pmap->pm_type == PT_X86,
3244             ("pmap_invalidate_range: invalid type %d", pmap->pm_type));
3245
3246         pmap_invalidate_preipi(pmap);
3247         smp_masked_invlpg_range(pmap_invalidate_cpu_mask(pmap), sva, eva, pmap,
3248             pmap_invalidate_range_curcpu_cb);
3249 }
3250
3251 static inline void
3252 pmap_invalidate_all_pcid_cb(pmap_t pmap, bool invpcid_works1)
3253 {
3254         struct invpcid_descr d;
3255         uint64_t kcr3;
3256         uint32_t pcid;
3257         u_int cpuid;
3258
3259         if (pmap == kernel_pmap) {
3260                 if (invpcid_works1) {
3261                         bzero(&d, sizeof(d));
3262                         invpcid(&d, INVPCID_CTXGLOB);
3263                 } else {
3264                         invltlb_glob();
3265                 }
3266         } else if (pmap == PCPU_GET(curpmap)) {
3267                 CRITICAL_ASSERT(curthread);
3268                 cpuid = PCPU_GET(cpuid);
3269
3270                 pcid = pmap->pm_pcids[cpuid].pm_pcid;
3271                 if (invpcid_works1) {
3272                         d.pcid = pcid;
3273                         d.pad = 0;
3274                         d.addr = 0;
3275                         invpcid(&d, INVPCID_CTX);
3276                 } else {
3277                         kcr3 = pmap->pm_cr3 | pcid;
3278                         load_cr3(kcr3);
3279                 }
3280                 if (pmap->pm_ucr3 != PMAP_NO_CR3)
3281                         PCPU_SET(ucr3_load_mask, ~CR3_PCID_SAVE);
3282         }
3283 }
3284
3285 static void
3286 pmap_invalidate_all_pcid_invpcid_cb(pmap_t pmap)
3287 {
3288         pmap_invalidate_all_pcid_cb(pmap, true);
3289 }
3290
3291 static void
3292 pmap_invalidate_all_pcid_noinvpcid_cb(pmap_t pmap)
3293 {
3294         pmap_invalidate_all_pcid_cb(pmap, false);
3295 }
3296
3297 static void
3298 pmap_invalidate_all_nopcid_cb(pmap_t pmap)
3299 {
3300         if (pmap == kernel_pmap)
3301                 invltlb_glob();
3302         else if (pmap == PCPU_GET(curpmap))
3303                 invltlb();
3304 }
3305
3306 DEFINE_IFUNC(static, void, pmap_invalidate_all_cb, (pmap_t))
3307 {
3308         if (pmap_pcid_enabled)
3309                 return (invpcid_works ? pmap_invalidate_all_pcid_invpcid_cb :
3310                     pmap_invalidate_all_pcid_noinvpcid_cb);
3311         return (pmap_invalidate_all_nopcid_cb);
3312 }
3313
3314 static void
3315 pmap_invalidate_all_curcpu_cb(pmap_t pmap, vm_offset_t addr1 __unused,
3316     vm_offset_t addr2 __unused)
3317 {
3318         pmap_invalidate_all_cb(pmap);
3319 }
3320
3321 void
3322 pmap_invalidate_all(pmap_t pmap)
3323 {
3324         if (pmap_type_guest(pmap)) {
3325                 pmap_invalidate_ept(pmap);
3326                 return;
3327         }
3328
3329         KASSERT(pmap->pm_type == PT_X86,
3330             ("pmap_invalidate_all: invalid type %d", pmap->pm_type));
3331
3332         pmap_invalidate_preipi(pmap);
3333         smp_masked_invltlb(pmap_invalidate_cpu_mask(pmap), pmap,
3334             pmap_invalidate_all_curcpu_cb);
3335 }
3336
3337 static void
3338 pmap_invalidate_cache_curcpu_cb(pmap_t pmap __unused, vm_offset_t va __unused,
3339     vm_offset_t addr2 __unused)
3340 {
3341         wbinvd();
3342 }
3343
3344 void
3345 pmap_invalidate_cache(void)
3346 {
3347         sched_pin();
3348         smp_cache_flush(pmap_invalidate_cache_curcpu_cb);
3349 }
3350
3351 struct pde_action {
3352         cpuset_t invalidate;    /* processors that invalidate their TLB */
3353         pmap_t pmap;
3354         vm_offset_t va;
3355         pd_entry_t *pde;
3356         pd_entry_t newpde;
3357         u_int store;            /* processor that updates the PDE */
3358 };
3359
3360 static void
3361 pmap_update_pde_action(void *arg)
3362 {
3363         struct pde_action *act = arg;
3364
3365         if (act->store == PCPU_GET(cpuid))
3366                 pmap_update_pde_store(act->pmap, act->pde, act->newpde);
3367 }
3368
3369 static void
3370 pmap_update_pde_teardown(void *arg)
3371 {
3372         struct pde_action *act = arg;
3373
3374         if (CPU_ISSET(PCPU_GET(cpuid), &act->invalidate))
3375                 pmap_update_pde_invalidate(act->pmap, act->va, act->newpde);
3376 }
3377
3378 /*
3379  * Change the page size for the specified virtual address in a way that
3380  * prevents any possibility of the TLB ever having two entries that map the
3381  * same virtual address using different page sizes.  This is the recommended
3382  * workaround for Erratum 383 on AMD Family 10h processors.  It prevents a
3383  * machine check exception for a TLB state that is improperly diagnosed as a
3384  * hardware error.
3385  */
3386 static void
3387 pmap_update_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t *pde, pd_entry_t newpde)
3388 {
3389         struct pde_action act;
3390         cpuset_t active, other_cpus;
3391         u_int cpuid;
3392
3393         sched_pin();
3394         cpuid = PCPU_GET(cpuid);
3395         other_cpus = all_cpus;
3396         CPU_CLR(cpuid, &other_cpus);
3397         if (pmap == kernel_pmap || pmap_type_guest(pmap)) 
3398                 active = all_cpus;
3399         else {
3400                 active = pmap->pm_active;
3401         }
3402         if (CPU_OVERLAP(&active, &other_cpus)) { 
3403                 act.store = cpuid;
3404                 act.invalidate = active;
3405                 act.va = va;
3406                 act.pmap = pmap;
3407                 act.pde = pde;
3408                 act.newpde = newpde;
3409                 CPU_SET(cpuid, &active);
3410                 smp_rendezvous_cpus(active,
3411                     smp_no_rendezvous_barrier, pmap_update_pde_action,
3412                     pmap_update_pde_teardown, &act);
3413         } else {
3414                 pmap_update_pde_store(pmap, pde, newpde);
3415                 if (CPU_ISSET(cpuid, &active))
3416                         pmap_update_pde_invalidate(pmap, va, newpde);
3417         }
3418         sched_unpin();
3419 }
3420 #else /* !SMP */
3421 /*
3422  * Normal, non-SMP, invalidation functions.
3423  */
3424 void
3425 pmap_invalidate_page(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
3426 {
3427         struct invpcid_descr d;
3428         uint64_t kcr3, ucr3;
3429         uint32_t pcid;
3430
3431         if (pmap->pm_type == PT_RVI || pmap->pm_type == PT_EPT) {
3432                 pmap->pm_eptgen++;
3433                 return;
3434         }
3435         KASSERT(pmap->pm_type == PT_X86,
3436             ("pmap_invalidate_range: unknown type %d", pmap->pm_type));
3437
3438         if (pmap == kernel_pmap || pmap == PCPU_GET(curpmap)) {
3439                 invlpg(va);
3440                 if (pmap == PCPU_GET(curpmap) && pmap_pcid_enabled &&
3441                     pmap->pm_ucr3 != PMAP_NO_CR3) {
3442                         critical_enter();
3443                         pcid = pmap->pm_pcids[0].pm_pcid;
3444                         if (invpcid_works) {
3445                                 d.pcid = pcid | PMAP_PCID_USER_PT;
3446                                 d.pad = 0;
3447                                 d.addr = va;
3448                                 invpcid(&d, INVPCID_ADDR);
3449                         } else {
3450                                 kcr3 = pmap->pm_cr3 | pcid | CR3_PCID_SAVE;
3451                                 ucr3 = pmap->pm_ucr3 | pcid |
3452                                     PMAP_PCID_USER_PT | CR3_PCID_SAVE;
3453                                 pmap_pti_pcid_invlpg(ucr3, kcr3, va);
3454                         }
3455                         critical_exit();
3456                 }
3457         } else if (pmap_pcid_enabled)
3458                 pmap->pm_pcids[0].pm_gen = 0;
3459 }
3460
3461 void
3462 pmap_invalidate_range(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
3463 {
3464         struct invpcid_descr d;
3465         vm_offset_t addr;
3466         uint64_t kcr3, ucr3;
3467
3468         if (pmap->pm_type == PT_RVI || pmap->pm_type == PT_EPT) {
3469                 pmap->pm_eptgen++;
3470                 return;
3471         }
3472         KASSERT(pmap->pm_type == PT_X86,
3473             ("pmap_invalidate_range: unknown type %d", pmap->pm_type));
3474
3475         if (pmap == kernel_pmap || pmap == PCPU_GET(curpmap)) {
3476                 for (addr = sva; addr < eva; addr += PAGE_SIZE)
3477                         invlpg(addr);
3478                 if (pmap == PCPU_GET(curpmap) && pmap_pcid_enabled &&
3479                     pmap->pm_ucr3 != PMAP_NO_CR3) {
3480                         critical_enter();
3481                         if (invpcid_works) {
3482                                 d.pcid = pmap->pm_pcids[0].pm_pcid |
3483                                     PMAP_PCID_USER_PT;
3484                                 d.pad = 0;
3485                                 d.addr = sva;
3486                                 for (; d.addr < eva; d.addr += PAGE_SIZE)
3487                                         invpcid(&d, INVPCID_ADDR);
3488                         } else {
3489                                 kcr3 = pmap->pm_cr3 | pmap->pm_pcids[0].
3490                                     pm_pcid | CR3_PCID_SAVE;
3491                                 ucr3 = pmap->pm_ucr3 | pmap->pm_pcids[0].
3492                                     pm_pcid | PMAP_PCID_USER_PT | CR3_PCID_SAVE;
3493                                 pmap_pti_pcid_invlrng(ucr3, kcr3, sva, eva);
3494                         }
3495                         critical_exit();
3496                 }
3497         } else if (pmap_pcid_enabled) {
3498                 pmap->pm_pcids[0].pm_gen = 0;
3499         }
3500 }
3501
3502 void
3503 pmap_invalidate_all(pmap_t pmap)
3504 {
3505         struct invpcid_descr d;
3506         uint64_t kcr3, ucr3;
3507
3508         if (pmap->pm_type == PT_RVI || pmap->pm_type == PT_EPT) {
3509                 pmap->pm_eptgen++;
3510                 return;
3511         }
3512         KASSERT(pmap->pm_type == PT_X86,
3513             ("pmap_invalidate_all: unknown type %d", pmap->pm_type));
3514
3515         if (pmap == kernel_pmap) {
3516                 if (pmap_pcid_enabled && invpcid_works) {
3517                         bzero(&d, sizeof(d));
3518                         invpcid(&d, INVPCID_CTXGLOB);
3519                 } else {
3520                         invltlb_glob();
3521                 }
3522         } else if (pmap == PCPU_GET(curpmap)) {
3523                 if (pmap_pcid_enabled) {
3524                         critical_enter();
3525                         if (invpcid_works) {
3526                                 d.pcid = pmap->pm_pcids[0].pm_pcid;
3527                                 d.pad = 0;
3528                                 d.addr = 0;
3529                                 invpcid(&d, INVPCID_CTX);
3530                                 if (pmap->pm_ucr3 != PMAP_NO_CR3) {
3531                                         d.pcid |= PMAP_PCID_USER_PT;
3532                                         invpcid(&d, INVPCID_CTX);
3533                                 }
3534                         } else {
3535                                 kcr3 = pmap->pm_cr3 | pmap->pm_pcids[0].pm_pcid;
3536                                 if (pmap->pm_ucr3 != PMAP_NO_CR3) {
3537                                         ucr3 = pmap->pm_ucr3 | pmap->pm_pcids[
3538                                             0].pm_pcid | PMAP_PCID_USER_PT;
3539                                         pmap_pti_pcid_invalidate(ucr3, kcr3);
3540                                 } else
3541                                         load_cr3(kcr3);
3542                         }
3543                         critical_exit();
3544                 } else {
3545                         invltlb();
3546                 }
3547         } else if (pmap_pcid_enabled) {
3548                 pmap->pm_pcids[0].pm_gen = 0;
3549         }
3550 }
3551
3552 PMAP_INLINE void
3553 pmap_invalidate_cache(void)
3554 {
3555
3556         wbinvd();
3557 }
3558
3559 static void
3560 pmap_update_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t *pde, pd_entry_t newpde)
3561 {
3562
3563         pmap_update_pde_store(pmap, pde, newpde);
3564         if (pmap == kernel_pmap || pmap == PCPU_GET(curpmap))
3565                 pmap_update_pde_invalidate(pmap, va, newpde);
3566         else
3567                 pmap->pm_pcids[0].pm_gen = 0;
3568 }
3569 #endif /* !SMP */
3570
3571 static void
3572 pmap_invalidate_pde_page(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t pde)
3573 {
3574
3575         /*
3576          * When the PDE has PG_PROMOTED set, the 2MB page mapping was created
3577          * by a promotion that did not invalidate the 512 4KB page mappings
3578          * that might exist in the TLB.  Consequently, at this point, the TLB
3579          * may hold both 4KB and 2MB page mappings for the address range [va,
3580          * va + NBPDR).  Therefore, the entire range must be invalidated here.
3581          * In contrast, when PG_PROMOTED is clear, the TLB will not hold any
3582          * 4KB page mappings for the address range [va, va + NBPDR), and so a
3583          * single INVLPG suffices to invalidate the 2MB page mapping from the
3584          * TLB.
3585          */
3586         if ((pde & PG_PROMOTED) != 0)
3587                 pmap_invalidate_range(pmap, va, va + NBPDR - 1);
3588         else
3589                 pmap_invalidate_page(pmap, va);
3590 }
3591
3592 DEFINE_IFUNC(, void, pmap_invalidate_cache_range,
3593     (vm_offset_t sva, vm_offset_t eva))
3594 {
3595
3596         if ((cpu_feature & CPUID_SS) != 0)
3597                 return (pmap_invalidate_cache_range_selfsnoop);
3598         if ((cpu_feature & CPUID_CLFSH) != 0)
3599                 return (pmap_force_invalidate_cache_range);
3600         return (pmap_invalidate_cache_range_all);
3601 }
3602
3603 #define PMAP_CLFLUSH_THRESHOLD   (2 * 1024 * 1024)
3604
3605 static void
3606 pmap_invalidate_cache_range_check_align(vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
3607 {
3608
3609         KASSERT((sva & PAGE_MASK) == 0,
3610             ("pmap_invalidate_cache_range: sva not page-aligned"));
3611         KASSERT((eva & PAGE_MASK) == 0,
3612             ("pmap_invalidate_cache_range: eva not page-aligned"));
3613 }
3614
3615 static void
3616 pmap_invalidate_cache_range_selfsnoop(vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
3617 {
3618
3619         pmap_invalidate_cache_range_check_align(sva, eva);
3620 }
3621
3622 void
3623 pmap_force_invalidate_cache_range(vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
3624 {
3625
3626         sva &= ~(vm_offset_t)(cpu_clflush_line_size - 1);
3627
3628         /*
3629          * XXX: Some CPUs fault, hang, or trash the local APIC
3630          * registers if we use CLFLUSH on the local APIC range.  The
3631          * local APIC is always uncached, so we don't need to flush
3632          * for that range anyway.
3633          */
3634         if (pmap_kextract(sva) == lapic_paddr)
3635                 return;
3636
3637         if ((cpu_stdext_feature & CPUID_STDEXT_CLFLUSHOPT) != 0) {
3638                 /*
3639                  * Do per-cache line flush.  Use a locked
3640                  * instruction to insure that previous stores are
3641                  * included in the write-back.  The processor
3642                  * propagates flush to other processors in the cache
3643                  * coherence domain.
3644                  */
3645                 atomic_thread_fence_seq_cst();
3646                 for (; sva < eva; sva += cpu_clflush_line_size)
3647                         clflushopt(sva);
3648                 atomic_thread_fence_seq_cst();
3649         } else {
3650                 /*
3651                  * Writes are ordered by CLFLUSH on Intel CPUs.
3652                  */
3653                 if (cpu_vendor_id != CPU_VENDOR_INTEL)
3654                         mfence();
3655                 for (; sva < eva; sva += cpu_clflush_line_size)
3656                         clflush(sva);
3657                 if (cpu_vendor_id != CPU_VENDOR_INTEL)
3658                         mfence();
3659         }
3660 }
3661
3662 static void
3663 pmap_invalidate_cache_range_all(vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
3664 {
3665
3666         pmap_invalidate_cache_range_check_align(sva, eva);
3667         pmap_invalidate_cache();
3668 }
3669
3670 /*
3671  * Remove the specified set of pages from the data and instruction caches.
3672  *
3673  * In contrast to pmap_invalidate_cache_range(), this function does not
3674  * rely on the CPU's self-snoop feature, because it is intended for use
3675  * when moving pages into a different cache domain.
3676  */
3677 void
3678 pmap_invalidate_cache_pages(vm_page_t *pages, int count)
3679 {
3680         vm_offset_t daddr, eva;
3681         int i;
3682         bool useclflushopt;
3683
3684         useclflushopt = (cpu_stdext_feature & CPUID_STDEXT_CLFLUSHOPT) != 0;
3685         if (count >= PMAP_CLFLUSH_THRESHOLD / PAGE_SIZE ||
3686             ((cpu_feature & CPUID_CLFSH) == 0 && !useclflushopt))
3687                 pmap_invalidate_cache();
3688         else {
3689                 if (useclflushopt)
3690                         atomic_thread_fence_seq_cst();
3691                 else if (cpu_vendor_id != CPU_VENDOR_INTEL)
3692                         mfence();
3693                 for (i = 0; i < count; i++) {
3694                         daddr = PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(pages[i]));
3695                         eva = daddr + PAGE_SIZE;
3696                         for (; daddr < eva; daddr += cpu_clflush_line_size) {
3697                                 if (useclflushopt)
3698                                         clflushopt(daddr);
3699                                 else
3700                                         clflush(daddr);
3701                         }
3702                 }
3703                 if (useclflushopt)
3704                         atomic_thread_fence_seq_cst();
3705                 else if (cpu_vendor_id != CPU_VENDOR_INTEL)
3706                         mfence();
3707         }
3708 }
3709
3710 void
3711 pmap_flush_cache_range(vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
3712 {
3713
3714         pmap_invalidate_cache_range_check_align(sva, eva);
3715
3716         if ((cpu_stdext_feature & CPUID_STDEXT_CLWB) == 0) {
3717                 pmap_force_invalidate_cache_range(sva, eva);
3718                 return;
3719         }
3720
3721         /* See comment in pmap_force_invalidate_cache_range(). */
3722         if (pmap_kextract(sva) == lapic_paddr)
3723                 return;
3724
3725         atomic_thread_fence_seq_cst();
3726         for (; sva < eva; sva += cpu_clflush_line_size)
3727                 clwb(sva);
3728         atomic_thread_fence_seq_cst();
3729 }
3730
3731 void
3732 pmap_flush_cache_phys_range(vm_paddr_t spa, vm_paddr_t epa, vm_memattr_t mattr)
3733 {
3734         pt_entry_t *pte;
3735         vm_offset_t vaddr;
3736         int error, pte_bits;
3737
3738         KASSERT((spa & PAGE_MASK) == 0,
3739             ("pmap_flush_cache_phys_range: spa not page-aligned"));
3740         KASSERT((epa & PAGE_MASK) == 0,
3741             ("pmap_flush_cache_phys_range: epa not page-aligned"));
3742
3743         if (spa < dmaplimit) {
3744                 pmap_flush_cache_range(PHYS_TO_DMAP(spa), PHYS_TO_DMAP(MIN(
3745                     dmaplimit, epa)));
3746                 if (dmaplimit >= epa)
3747                         return;
3748                 spa = dmaplimit;
3749         }
3750
3751         pte_bits = pmap_cache_bits(kernel_pmap, mattr, 0) | X86_PG_RW |
3752             X86_PG_V;
3753         error = vmem_alloc(kernel_arena, PAGE_SIZE, M_BESTFIT | M_WAITOK,
3754             &vaddr);
3755         KASSERT(error == 0, ("vmem_alloc failed: %d", error));
3756         pte = vtopte(vaddr);
3757         for (; spa < epa; spa += PAGE_SIZE) {
3758                 sched_pin();
3759                 pte_store(pte, spa | pte_bits);
3760                 invlpg(vaddr);
3761                 /* XXXKIB atomic inside flush_cache_range are excessive */
3762                 pmap_flush_cache_range(vaddr, vaddr + PAGE_SIZE);
3763                 sched_unpin();
3764         }
3765         vmem_free(kernel_arena, vaddr, PAGE_SIZE);
3766 }
3767
3768 /*
3769  *      Routine:        pmap_extract
3770  *      Function:
3771  *              Extract the physical page address associated
3772  *              with the given map/virtual_address pair.
3773  */
3774 vm_paddr_t 
3775 pmap_extract(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
3776 {
3777         pdp_entry_t *pdpe;
3778         pd_entry_t *pde;
3779         pt_entry_t *pte, PG_V;
3780         vm_paddr_t pa;
3781
3782         pa = 0;
3783         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
3784         PMAP_LOCK(pmap);
3785         pdpe = pmap_pdpe(pmap, va);
3786         if (pdpe != NULL && (*pdpe & PG_V) != 0) {
3787                 if ((*pdpe & PG_PS) != 0)
3788                         pa = (*pdpe & PG_PS_FRAME) | (va & PDPMASK);
3789                 else {
3790                         pde = pmap_pdpe_to_pde(pdpe, va);
3791                         if ((*pde & PG_V) != 0) {
3792                                 if ((*pde & PG_PS) != 0) {
3793                                         pa = (*pde & PG_PS_FRAME) |
3794                                             (va & PDRMASK);
3795                                 } else {
3796                                         pte = pmap_pde_to_pte(pde, va);
3797                                         pa = (*pte & PG_FRAME) |
3798                                             (va & PAGE_MASK);
3799                                 }
3800                         }
3801                 }
3802         }
3803         PMAP_UNLOCK(pmap);
3804         return (pa);
3805 }
3806
3807 /*
3808  *      Routine:        pmap_extract_and_hold
3809  *      Function:
3810  *              Atomically extract and hold the physical page
3811  *              with the given pmap and virtual address pair
3812  *              if that mapping permits the given protection.
3813  */
3814 vm_page_t
3815 pmap_extract_and_hold(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_prot_t prot)
3816 {
3817         pdp_entry_t pdpe, *pdpep;
3818         pd_entry_t pde, *pdep;
3819         pt_entry_t pte, PG_RW, PG_V;
3820         vm_page_t m;
3821
3822         m = NULL;
3823         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
3824         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
3825         PMAP_LOCK(pmap);
3826
3827         pdpep = pmap_pdpe(pmap, va);
3828         if (pdpep == NULL || ((pdpe = *pdpep) & PG_V) == 0)
3829                 goto out;
3830         if ((pdpe & PG_PS) != 0) {
3831                 if ((pdpe & PG_RW) == 0 && (prot & VM_PROT_WRITE) != 0)
3832                         goto out;
3833                 m = PHYS_TO_VM_PAGE((pdpe & PG_PS_FRAME) | (va & PDPMASK));
3834                 goto check_page;
3835         }
3836
3837         pdep = pmap_pdpe_to_pde(pdpep, va);
3838         if (pdep == NULL || ((pde = *pdep) & PG_V) == 0)
3839                 goto out;
3840         if ((pde & PG_PS) != 0) {
3841                 if ((pde & PG_RW) == 0 && (prot & VM_PROT_WRITE) != 0)
3842                         goto out;
3843                 m = PHYS_TO_VM_PAGE((pde & PG_PS_FRAME) | (va & PDRMASK));
3844                 goto check_page;
3845         }
3846
3847         pte = *pmap_pde_to_pte(pdep, va);
3848         if ((pte & PG_V) == 0 ||
3849             ((pte & PG_RW) == 0 && (prot & VM_PROT_WRITE) != 0))
3850                 goto out;
3851         m = PHYS_TO_VM_PAGE(pte & PG_FRAME);
3852
3853 check_page:
3854         if (m != NULL && !vm_page_wire_mapped(m))
3855                 m = NULL;
3856 out:
3857         PMAP_UNLOCK(pmap);
3858         return (m);
3859 }
3860
3861 vm_paddr_t
3862 pmap_kextract(vm_offset_t va)
3863 {
3864         pd_entry_t pde;
3865         vm_paddr_t pa;
3866
3867         if (va >= DMAP_MIN_ADDRESS && va < DMAP_MAX_ADDRESS) {
3868                 pa = DMAP_TO_PHYS(va);
3869         } else if (PMAP_ADDRESS_IN_LARGEMAP(va)) {
3870                 pa = pmap_large_map_kextract(va);
3871         } else {
3872                 pde = *vtopde(va);
3873                 if (pde & PG_PS) {
3874                         pa = (pde & PG_PS_FRAME) | (va & PDRMASK);
3875                 } else {
3876                         /*
3877                          * Beware of a concurrent promotion that changes the
3878                          * PDE at this point!  For example, vtopte() must not
3879                          * be used to access the PTE because it would use the
3880                          * new PDE.  It is, however, safe to use the old PDE
3881                          * because the page table page is preserved by the
3882                          * promotion.
3883                          */
3884                         pa = *pmap_pde_to_pte(&pde, va);
3885                         pa = (pa & PG_FRAME) | (va & PAGE_MASK);
3886                 }
3887         }
3888         return (pa);
3889 }
3890
3891 /***************************************************
3892  * Low level mapping routines.....
3893  ***************************************************/
3894
3895 /*
3896  * Add a wired page to the kva.
3897  * Note: not SMP coherent.
3898  */
3899 PMAP_INLINE void 
3900 pmap_kenter(vm_offset_t va, vm_paddr_t pa)
3901 {
3902         pt_entry_t *pte;
3903
3904         pte = vtopte(va);
3905         pte_store(pte, pa | X86_PG_RW | X86_PG_V | pg_g | pg_nx);
3906 }
3907
3908 static __inline void
3909 pmap_kenter_attr(vm_offset_t va, vm_paddr_t pa, int mode)
3910 {
3911         pt_entry_t *pte;
3912         int cache_bits;
3913
3914         pte = vtopte(va);
3915         cache_bits = pmap_cache_bits(kernel_pmap, mode, 0);
3916         pte_store(pte, pa | X86_PG_RW | X86_PG_V | pg_g | pg_nx | cache_bits);
3917 }
3918
3919 /*
3920  * Remove a page from the kernel pagetables.
3921  * Note: not SMP coherent.
3922  */
3923 PMAP_INLINE void
3924 pmap_kremove(vm_offset_t va)
3925 {
3926         pt_entry_t *pte;
3927
3928         pte = vtopte(va);
3929         pte_clear(pte);
3930 }
3931
3932 /*
3933  *      Used to map a range of physical addresses into kernel
3934  *      virtual address space.
3935  *
3936  *      The value passed in '*virt' is a suggested virtual address for
3937  *      the mapping. Architectures which can support a direct-mapped
3938  *      physical to virtual region can return the appropriate address
3939  *      within that region, leaving '*virt' unchanged. Other
3940  *      architectures should map the pages starting at '*virt' and
3941  *      update '*virt' with the first usable address after the mapped
3942  *      region.
3943  */
3944 vm_offset_t
3945 pmap_map(vm_offset_t *virt, vm_paddr_t start, vm_paddr_t end, int prot)
3946 {
3947         return PHYS_TO_DMAP(start);
3948 }
3949
3950 /*
3951  * Add a list of wired pages to the kva
3952  * this routine is only used for temporary
3953  * kernel mappings that do not need to have
3954  * page modification or references recorded.
3955  * Note that old mappings are simply written
3956  * over.  The page *must* be wired.
3957  * Note: SMP coherent.  Uses a ranged shootdown IPI.
3958  */
3959 void
3960 pmap_qenter(vm_offset_t sva, vm_page_t *ma, int count)
3961 {
3962         pt_entry_t *endpte, oldpte, pa, *pte;
3963         vm_page_t m;
3964         int cache_bits;
3965
3966         oldpte = 0;
3967         pte = vtopte(sva);
3968         endpte = pte + count;
3969         while (pte < endpte) {
3970                 m = *ma++;
3971                 cache_bits = pmap_cache_bits(kernel_pmap, m->md.pat_mode, 0);
3972                 pa = VM_PAGE_TO_PHYS(m) | cache_bits;
3973                 if ((*pte & (PG_FRAME | X86_PG_PTE_CACHE)) != pa) {
3974                         oldpte |= *pte;
3975                         pte_store(pte, pa | pg_g | pg_nx | X86_PG_RW | X86_PG_V);
3976                 }
3977                 pte++;
3978         }
3979         if (__predict_false((oldpte & X86_PG_V) != 0))
3980                 pmap_invalidate_range(kernel_pmap, sva, sva + count *
3981                     PAGE_SIZE);
3982 }
3983
3984 /*
3985  * This routine tears out page mappings from the
3986  * kernel -- it is meant only for temporary mappings.
3987  * Note: SMP coherent.  Uses a ranged shootdown IPI.
3988  */
3989 void
3990 pmap_qremove(vm_offset_t sva, int count)
3991 {
3992         vm_offset_t va;
3993
3994         va = sva;
3995         while (count-- > 0) {
3996                 KASSERT(va >= VM_MIN_KERNEL_ADDRESS, ("usermode va %lx", va));
3997                 pmap_kremove(va);
3998                 va += PAGE_SIZE;
3999         }
4000         pmap_invalidate_range(kernel_pmap, sva, va);
4001 }
4002
4003 /***************************************************
4004  * Page table page management routines.....
4005  ***************************************************/
4006 /*
4007  * Schedule the specified unused page table page to be freed.  Specifically,
4008  * add the page to the specified list of pages that will be released to the
4009  * physical memory manager after the TLB has been updated.
4010  */
4011 static __inline void
4012 pmap_add_delayed_free_list(vm_page_t m, struct spglist *free,
4013     boolean_t set_PG_ZERO)
4014 {
4015
4016         if (set_PG_ZERO)
4017                 m->flags |= PG_ZERO;
4018         else
4019                 m->flags &= ~PG_ZERO;
4020         SLIST_INSERT_HEAD(free, m, plinks.s.ss);
4021 }
4022
4023 /*
4024  * Inserts the specified page table page into the specified pmap's collection
4025  * of idle page table pages.  Each of a pmap's page table pages is responsible
4026  * for mapping a distinct range of virtual addresses.  The pmap's collection is
4027  * ordered by this virtual address range.
4028  *
4029  * If "promoted" is false, then the page table page "mpte" must be zero filled.
4030  */
4031 static __inline int
4032 pmap_insert_pt_page(pmap_t pmap, vm_page_t mpte, bool promoted)
4033 {
4034
4035         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
4036         mpte->valid = promoted ? VM_PAGE_BITS_ALL : 0;
4037         return (vm_radix_insert(&pmap->pm_root, mpte));
4038 }
4039
4040 /*
4041  * Removes the page table page mapping the specified virtual address from the
4042  * specified pmap's collection of idle page table pages, and returns it.
4043  * Otherwise, returns NULL if there is no page table page corresponding to the
4044  * specified virtual address.
4045  */
4046 static __inline vm_page_t
4047 pmap_remove_pt_page(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
4048 {
4049
4050         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
4051         return (vm_radix_remove(&pmap->pm_root, pmap_pde_pindex(va)));
4052 }
4053
4054 /*
4055  * Decrements a page table page's reference count, which is used to record the
4056  * number of valid page table entries within the page.  If the reference count
4057  * drops to zero, then the page table page is unmapped.  Returns TRUE if the
4058  * page table page was unmapped and FALSE otherwise.
4059  */
4060 static inline boolean_t
4061 pmap_unwire_ptp(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m, struct spglist *free)
4062 {
4063
4064         --m->ref_count;
4065         if (m->ref_count == 0) {
4066                 _pmap_unwire_ptp(pmap, va, m, free);
4067                 return (TRUE);
4068         } else
4069                 return (FALSE);
4070 }
4071
4072 static void
4073 _pmap_unwire_ptp(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m, struct spglist *free)
4074 {
4075         pml5_entry_t *pml5;
4076         pml4_entry_t *pml4;
4077         pdp_entry_t *pdp;
4078         pd_entry_t *pd;
4079         vm_page_t pdpg, pdppg, pml4pg;
4080
4081         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
4082
4083         /*
4084          * unmap the page table page
4085          */
4086         if (m->pindex >= NUPDE + NUPDPE + NUPML4E) {
4087                 /* PML4 page */
4088                 MPASS(pmap_is_la57(pmap));
4089                 pml5 = pmap_pml5e(pmap, va);
4090                 *pml5 = 0;
4091                 if (pmap->pm_pmltopu != NULL && va <= VM_MAXUSER_ADDRESS) {
4092                         pml5 = pmap_pml5e_u(pmap, va);
4093                         *pml5 = 0;
4094                 }
4095         } else if (m->pindex >= NUPDE + NUPDPE) {
4096                 /* PDP page */
4097                 pml4 = pmap_pml4e(pmap, va);
4098                 *pml4 = 0;
4099                 if (!pmap_is_la57(pmap) && pmap->pm_pmltopu != NULL &&
4100                     va <= VM_MAXUSER_ADDRESS) {
4101                         pml4 = pmap_pml4e_u(pmap, va);
4102                         *pml4 = 0;
4103                 }
4104         } else if (m->pindex >= NUPDE) {
4105                 /* PD page */
4106                 pdp = pmap_pdpe(pmap, va);
4107                 *pdp = 0;
4108         } else {
4109                 /* PTE page */
4110                 pd = pmap_pde(pmap, va);
4111                 *pd = 0;
4112         }
4113         if (m->pindex < NUPDE) {
4114                 /* We just released a PT, unhold the matching PD */
4115                 pdpg = PHYS_TO_VM_PAGE(*pmap_pdpe(pmap, va) & PG_FRAME);
4116                 pmap_unwire_ptp(pmap, va, pdpg, free);
4117         } else if (m->pindex < NUPDE + NUPDPE) {
4118                 /* We just released a PD, unhold the matching PDP */
4119                 pdppg = PHYS_TO_VM_PAGE(*pmap_pml4e(pmap, va) & PG_FRAME);
4120                 pmap_unwire_ptp(pmap, va, pdppg, free);
4121         } else if (m->pindex < NUPDE + NUPDPE + NUPML4E && pmap_is_la57(pmap)) {
4122                 /* We just released a PDP, unhold the matching PML4 */
4123                 pml4pg = PHYS_TO_VM_PAGE(*pmap_pml5e(pmap, va) & PG_FRAME);
4124                 pmap_unwire_ptp(pmap, va, pml4pg, free);
4125         }
4126
4127         pmap_pt_page_count_adj(pmap, -1);
4128
4129         /* 
4130          * Put page on a list so that it is released after
4131          * *ALL* TLB shootdown is done
4132          */
4133         pmap_add_delayed_free_list(m, free, TRUE);
4134 }
4135
4136 /*
4137  * After removing a page table entry, this routine is used to
4138  * conditionally free the page, and manage the reference count.
4139  */
4140 static int
4141 pmap_unuse_pt(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t ptepde,
4142     struct spglist *free)
4143 {
4144         vm_page_t mpte;
4145
4146         if (va >= VM_MAXUSER_ADDRESS)
4147                 return (0);
4148         KASSERT(ptepde != 0, ("pmap_unuse_pt: ptepde != 0"));
4149         mpte = PHYS_TO_VM_PAGE(ptepde & PG_FRAME);
4150         return (pmap_unwire_ptp(pmap, va, mpte, free));
4151 }
4152
4153 /*
4154  * Release a page table page reference after a failed attempt to create a
4155  * mapping.
4156  */
4157 static void
4158 pmap_abort_ptp(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t mpte)
4159 {
4160         struct spglist free;
4161
4162         SLIST_INIT(&free);
4163         if (pmap_unwire_ptp(pmap, va, mpte, &free)) {
4164                 /*
4165                  * Although "va" was never mapped, paging-structure caches
4166                  * could nonetheless have entries that refer to the freed
4167                  * page table pages.  Invalidate those entries.
4168                  */
4169                 pmap_invalidate_page(pmap, va);
4170                 vm_page_free_pages_toq(&free, true);
4171         }
4172 }
4173
4174 void
4175 pmap_pinit0(pmap_t pmap)
4176 {
4177         struct proc *p;
4178         struct thread *td;
4179         int i;
4180
4181         PMAP_LOCK_INIT(pmap);
4182         pmap->pm_pmltop = kernel_pmap->pm_pmltop;
4183         pmap->pm_pmltopu = NULL;
4184         pmap->pm_cr3 = kernel_pmap->pm_cr3;
4185         /* hack to keep pmap_pti_pcid_invalidate() alive */
4186         pmap->pm_ucr3 = PMAP_NO_CR3;
4187         pmap->pm_root.rt_root = 0;
4188         CPU_ZERO(&pmap->pm_active);
4189         TAILQ_INIT(&pmap->pm_pvchunk);
4190         bzero(&pmap->pm_stats, sizeof pmap->pm_stats);
4191         pmap->pm_flags = pmap_flags;
4192         CPU_FOREACH(i) {
4193                 pmap->pm_pcids[i].pm_pcid = PMAP_PCID_KERN + 1;
4194                 pmap->pm_pcids[i].pm_gen = 1;
4195         }
4196         pmap_activate_boot(pmap);
4197         td = curthread;
4198         if (pti) {
4199                 p = td->td_proc;
4200                 PROC_LOCK(p);
4201                 p->p_md.md_flags |= P_MD_KPTI;
4202                 PROC_UNLOCK(p);
4203         }
4204         pmap_thread_init_invl_gen(td);
4205
4206         if ((cpu_stdext_feature2 & CPUID_STDEXT2_PKU) != 0) {
4207                 pmap_pkru_ranges_zone = uma_zcreate("pkru ranges",
4208                     sizeof(struct pmap_pkru_range), NULL, NULL, NULL, NULL,
4209                     UMA_ALIGN_PTR, 0);
4210         }
4211 }
4212
4213 void
4214 pmap_pinit_pml4(vm_page_t pml4pg)
4215 {
4216         pml4_entry_t *pm_pml4;
4217         int i;
4218
4219         pm_pml4 = (pml4_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(pml4pg));
4220
4221         /* Wire in kernel global address entries. */
4222         for (i = 0; i < NKPML4E; i++) {
4223                 pm_pml4[KPML4BASE + i] = (KPDPphys + ptoa(i)) | X86_PG_RW |
4224                     X86_PG_V;
4225         }
4226 #ifdef KASAN
4227         for (i = 0; i < NKASANPML4E; i++) {
4228                 pm_pml4[KASANPML4I + i] = (KASANPDPphys + ptoa(i)) | X86_PG_RW |
4229                     X86_PG_V | pg_nx;
4230         }
4231 #endif
4232 #ifdef KMSAN
4233         for (i = 0; i < NKMSANSHADPML4E; i++) {
4234                 pm_pml4[KMSANSHADPML4I + i] = (KMSANSHADPDPphys + ptoa(i)) |
4235                     X86_PG_RW | X86_PG_V | pg_nx;
4236         }
4237         for (i = 0; i < NKMSANORIGPML4E; i++) {
4238                 pm_pml4[KMSANORIGPML4I + i] = (KMSANORIGPDPphys + ptoa(i)) |
4239                     X86_PG_RW | X86_PG_V | pg_nx;
4240         }
4241 #endif
4242         for (i = 0; i < ndmpdpphys; i++) {
4243                 pm_pml4[DMPML4I + i] = (DMPDPphys + ptoa(i)) | X86_PG_RW |
4244                     X86_PG_V;
4245         }
4246
4247         /* install self-referential address mapping entry(s) */
4248         pm_pml4[PML4PML4I] = VM_PAGE_TO_PHYS(pml4pg) | X86_PG_V | X86_PG_RW |
4249             X86_PG_A | X86_PG_M;
4250
4251         /* install large map entries if configured */
4252         for (i = 0; i < lm_ents; i++)
4253                 pm_pml4[LMSPML4I + i] = kernel_pmap->pm_pmltop[LMSPML4I + i];
4254 }
4255
4256 void
4257 pmap_pinit_pml5(vm_page_t pml5pg)
4258 {
4259         pml5_entry_t *pm_pml5;
4260
4261         pm_pml5 = (pml5_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(pml5pg));
4262
4263         /*
4264          * Add pml5 entry at top of KVA pointing to existing pml4 table,
4265          * entering all existing kernel mappings into level 5 table.
4266          */
4267         pm_pml5[pmap_pml5e_index(UPT_MAX_ADDRESS)] = KPML4phys | X86_PG_V |
4268             X86_PG_RW | X86_PG_A | X86_PG_M | pg_g |
4269             pmap_cache_bits(kernel_pmap, VM_MEMATTR_DEFAULT, FALSE);
4270
4271         /* 
4272          * Install self-referential address mapping entry.
4273          */
4274         pm_pml5[PML5PML5I] = VM_PAGE_TO_PHYS(pml5pg) |
4275             X86_PG_RW | X86_PG_V | X86_PG_M | X86_PG_A |
4276             pmap_cache_bits(kernel_pmap, VM_MEMATTR_DEFAULT, FALSE);
4277 }
4278
4279 static void
4280 pmap_pinit_pml4_pti(vm_page_t pml4pgu)
4281 {
4282         pml4_entry_t *pm_pml4u;
4283         int i;
4284
4285         pm_pml4u = (pml4_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(pml4pgu));
4286         for (i = 0; i < NPML4EPG; i++)
4287                 pm_pml4u[i] = pti_pml4[i];
4288 }
4289
4290 static void
4291 pmap_pinit_pml5_pti(vm_page_t pml5pgu)
4292 {
4293         pml5_entry_t *pm_pml5u;
4294
4295         pm_pml5u = (pml5_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(pml5pgu));
4296
4297         /*
4298          * Add pml5 entry at top of KVA pointing to existing pml4 pti
4299          * table, entering all kernel mappings needed for usermode
4300          * into level 5 table.
4301          */
4302         pm_pml5u[pmap_pml5e_index(UPT_MAX_ADDRESS)] =
4303             pmap_kextract((vm_offset_t)pti_pml4) |
4304             X86_PG_V | X86_PG_RW | X86_PG_A | X86_PG_M | pg_g |
4305             pmap_cache_bits(kernel_pmap, VM_MEMATTR_DEFAULT, FALSE);
4306 }
4307
4308 /* Allocate a page table page and do related bookkeeping */
4309 static vm_page_t
4310 pmap_alloc_pt_page(pmap_t pmap, vm_pindex_t pindex, int flags)
4311 {
4312         vm_page_t m;
4313
4314         m = vm_page_alloc(NULL, pindex, flags | VM_ALLOC_NOOBJ);
4315         if (__predict_false(m == NULL))
4316                 return (NULL);
4317
4318         pmap_pt_page_count_adj(pmap, 1);
4319
4320         if ((flags & VM_ALLOC_ZERO) != 0 && (m->flags & PG_ZERO) == 0)
4321                 pmap_zero_page(m);
4322
4323         return (m);
4324 }
4325
4326 static void
4327 pmap_free_pt_page(pmap_t pmap, vm_page_t m, bool zerofilled)
4328 {
4329         /*
4330          * This function assumes the page will need to be unwired,
4331          * even though the counterpart allocation in pmap_alloc_pt_page()
4332          * doesn't enforce VM_ALLOC_WIRED.  However, all current uses
4333          * of pmap_free_pt_page() require unwiring.  The case in which
4334          * a PT page doesn't require unwiring because its ref_count has
4335          * naturally reached 0 is handled through _pmap_unwire_ptp().
4336          */
4337         vm_page_unwire_noq(m);
4338         if (zerofilled)
4339                 vm_page_free_zero(m);
4340         else
4341                 vm_page_free(m);
4342
4343         pmap_pt_page_count_adj(pmap, -1);
4344 }
4345
4346 /*
4347  * Initialize a preallocated and zeroed pmap structure,
4348  * such as one in a vmspace structure.
4349  */
4350 int
4351 pmap_pinit_type(pmap_t pmap, enum pmap_type pm_type, int flags)
4352 {
4353         vm_page_t pmltop_pg, pmltop_pgu;
4354         vm_paddr_t pmltop_phys;
4355         int i;
4356
4357         /*
4358          * allocate the page directory page
4359          */
4360         pmltop_pg = pmap_alloc_pt_page(NULL, 0, VM_ALLOC_NORMAL |
4361             VM_ALLOC_WIRED | VM_ALLOC_ZERO | VM_ALLOC_WAITOK);
4362
4363         pmltop_phys = VM_PAGE_TO_PHYS(pmltop_pg);
4364         pmap->pm_pmltop = (pml5_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(pmltop_phys);
4365
4366         CPU_FOREACH(i) {
4367                 pmap->pm_pcids[i].pm_pcid = PMAP_PCID_NONE;
4368                 pmap->pm_pcids[i].pm_gen = 0;
4369         }
4370         pmap->pm_cr3 = PMAP_NO_CR3;     /* initialize to an invalid value */
4371         pmap->pm_ucr3 = PMAP_NO_CR3;
4372         pmap->pm_pmltopu = NULL;
4373
4374         pmap->pm_type = pm_type;
4375
4376         /*
4377          * Do not install the host kernel mappings in the nested page
4378          * tables. These mappings are meaningless in the guest physical
4379          * address space.
4380          * Install minimal kernel mappings in PTI case.
4381          */
4382         switch (pm_type) {
4383         case PT_X86:
4384                 pmap->pm_cr3 = pmltop_phys;
4385                 if (pmap_is_la57(pmap))
4386                         pmap_pinit_pml5(pmltop_pg);
4387                 else
4388                         pmap_pinit_pml4(pmltop_pg);
4389                 if ((curproc->p_md.md_flags & P_MD_KPTI) != 0) {
4390                         pmltop_pgu = pmap_alloc_pt_page(NULL, 0,
4391                             VM_ALLOC_WIRED | VM_ALLOC_NORMAL |
4392                             VM_ALLOC_WAITOK);
4393                         pmap->pm_pmltopu = (pml4_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(
4394                             VM_PAGE_TO_PHYS(pmltop_pgu));
4395                         if (pmap_is_la57(pmap))
4396                                 pmap_pinit_pml5_pti(pmltop_pgu);
4397                         else
4398                                 pmap_pinit_pml4_pti(pmltop_pgu);
4399                         pmap->pm_ucr3 = VM_PAGE_TO_PHYS(pmltop_pgu);
4400                 }
4401                 if ((cpu_stdext_feature2 & CPUID_STDEXT2_PKU) != 0) {
4402                         rangeset_init(&pmap->pm_pkru, pkru_dup_range,
4403                             pkru_free_range, pmap, M_NOWAIT);
4404                 }
4405                 break;
4406         case PT_EPT:
4407         case PT_RVI:
4408                 pmap->pm_eptsmr = smr_create("pmap", 0, 0);
4409                 break;
4410         }
4411
4412         pmap->pm_root.rt_root = 0;
4413         CPU_ZERO(&pmap->pm_active);
4414         TAILQ_INIT(&pmap->pm_pvchunk);
4415         bzero(&pmap->pm_stats, sizeof pmap->pm_stats);
4416         pmap->pm_flags = flags;
4417         pmap->pm_eptgen = 0;
4418
4419         return (1);
4420 }
4421
4422 int
4423 pmap_pinit(pmap_t pmap)
4424 {
4425
4426         return (pmap_pinit_type(pmap, PT_X86, pmap_flags));
4427 }
4428
4429 static void
4430 pmap_allocpte_free_unref(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pt_entry_t *pte)
4431 {
4432         vm_page_t mpg;
4433         struct spglist free;
4434
4435         mpg = PHYS_TO_VM_PAGE(*pte & PG_FRAME);
4436         if (mpg->ref_count != 0)
4437                 return;
4438         SLIST_INIT(&free);
4439         _pmap_unwire_ptp(pmap, va, mpg, &free);
4440         pmap_invalidate_page(pmap, va);
4441         vm_page_free_pages_toq(&free, true);
4442 }
4443
4444 static pml4_entry_t *
4445 pmap_allocpte_getpml4(pmap_t pmap, struct rwlock **lockp, vm_offset_t va,
4446     bool addref)
4447 {
4448         vm_pindex_t pml5index;
4449         pml5_entry_t *pml5;
4450         pml4_entry_t *pml4;
4451         vm_page_t pml4pg;
4452         pt_entry_t PG_V;
4453         bool allocated;
4454
4455         if (!pmap_is_la57(pmap))
4456                 return (&pmap->pm_pmltop[pmap_pml4e_index(va)]);
4457
4458         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
4459         pml5index = pmap_pml5e_index(va);
4460         pml5 = &pmap->pm_pmltop[pml5index];
4461         if ((*pml5 & PG_V) == 0) {
4462                 if (pmap_allocpte_nosleep(pmap, pmap_pml5e_pindex(va), lockp,
4463                     va) == NULL)
4464                         return (NULL);
4465                 allocated = true;
4466         } else {
4467                 allocated = false;
4468         }
4469         pml4 = (pml4_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(*pml5 & PG_FRAME);
4470         pml4 = &pml4[pmap_pml4e_index(va)];
4471         if ((*pml4 & PG_V) == 0) {
4472                 pml4pg = PHYS_TO_VM_PAGE(*pml5 & PG_FRAME);
4473                 if (allocated && !addref)
4474                         pml4pg->ref_count--;
4475                 else if (!allocated && addref)
4476                         pml4pg->ref_count++;
4477         }
4478         return (pml4);
4479 }
4480
4481 static pdp_entry_t *
4482 pmap_allocpte_getpdp(pmap_t pmap, struct rwlock **lockp, vm_offset_t va,
4483     bool addref)
4484 {
4485         vm_page_t pdppg;
4486         pml4_entry_t *pml4;
4487         pdp_entry_t *pdp;
4488         pt_entry_t PG_V;
4489         bool allocated;
4490
4491         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
4492
4493         pml4 = pmap_allocpte_getpml4(pmap, lockp, va, false);
4494         if (pml4 == NULL)
4495                 return (NULL);
4496
4497         if ((*pml4 & PG_V) == 0) {
4498                 /* Have to allocate a new pdp, recurse */
4499                 if (pmap_allocpte_nosleep(pmap, pmap_pml4e_pindex(va), lockp,
4500                     va) == NULL) {
4501                         if (pmap_is_la57(pmap))
4502                                 pmap_allocpte_free_unref(pmap, va,
4503                                     pmap_pml5e(pmap, va));
4504                         return (NULL);
4505                 }
4506                 allocated = true;
4507         } else {
4508                 allocated = false;
4509         }
4510         pdp = (pdp_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(*pml4 & PG_FRAME);
4511         pdp = &pdp[pmap_pdpe_index(va)];
4512         if ((*pdp & PG_V) == 0) {
4513                 pdppg = PHYS_TO_VM_PAGE(*pml4 & PG_FRAME);
4514                 if (allocated && !addref)
4515                         pdppg->ref_count--;
4516                 else if (!allocated && addref)
4517                         pdppg->ref_count++;
4518         }
4519         return (pdp);
4520 }
4521
4522 /*
4523  * The ptepindexes, i.e. page indices, of the page table pages encountered
4524  * while translating virtual address va are defined as follows:
4525  * - for the page table page (last level),
4526  *      ptepindex = pmap_pde_pindex(va) = va >> PDRSHIFT,
4527  *   in other words, it is just the index of the PDE that maps the page
4528  *   table page.
4529  * - for the page directory page,
4530  *      ptepindex = NUPDE (number of userland PD entries) +
4531  *          (pmap_pde_index(va) >> NPDEPGSHIFT)
4532  *   i.e. index of PDPE is put after the last index of PDE,
4533  * - for the page directory pointer page,
4534  *      ptepindex = NUPDE + NUPDPE + (pmap_pde_index(va) >> (NPDEPGSHIFT +
4535  *          NPML4EPGSHIFT),
4536  *   i.e. index of pml4e is put after the last index of PDPE,
4537  * - for the PML4 page (if LA57 mode is enabled),
4538  *      ptepindex = NUPDE + NUPDPE + NUPML4E + (pmap_pde_index(va) >>
4539  *          (NPDEPGSHIFT + NPML4EPGSHIFT + NPML5EPGSHIFT),
4540  *   i.e. index of pml5e is put after the last index of PML4E.
4541  *
4542  * Define an order on the paging entries, where all entries of the
4543  * same height are put together, then heights are put from deepest to
4544  * root.  Then ptexpindex is the sequential number of the
4545  * corresponding paging entry in this order.
4546  *
4547  * The values of NUPDE, NUPDPE, and NUPML4E are determined by the size of
4548  * LA57 paging structures even in LA48 paging mode. Moreover, the
4549  * ptepindexes are calculated as if the paging structures were 5-level
4550  * regardless of the actual mode of operation.
4551  *
4552  * The root page at PML4/PML5 does not participate in this indexing scheme,
4553  * since it is statically allocated by pmap_pinit() and not by pmap_allocpte().
4554  */
4555 static vm_page_t
4556 pmap_allocpte_nosleep(pmap_t pmap, vm_pindex_t ptepindex, struct rwlock **lockp,
4557     vm_offset_t va)
4558 {
4559         vm_pindex_t pml5index, pml4index;
4560         pml5_entry_t *pml5, *pml5u;
4561         pml4_entry_t *pml4, *pml4u;
4562         pdp_entry_t *pdp;
4563         pd_entry_t *pd;
4564         vm_page_t m, pdpg;
4565         pt_entry_t PG_A, PG_M, PG_RW, PG_V;
4566
4567         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
4568
4569         PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
4570         PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
4571         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
4572         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
4573
4574         /*
4575          * Allocate a page table page.
4576          */
4577         m = pmap_alloc_pt_page(pmap, ptepindex,
4578             VM_ALLOC_WIRED | VM_ALLOC_ZERO);
4579         if (m == NULL)
4580                 return (NULL);
4581
4582         /*
4583          * Map the pagetable page into the process address space, if
4584          * it isn't already there.
4585          */
4586         if (ptepindex >= NUPDE + NUPDPE + NUPML4E) {
4587                 MPASS(pmap_is_la57(pmap));
4588
4589                 pml5index = pmap_pml5e_index(va);
4590                 pml5 = &pmap->pm_pmltop[pml5index];
4591                 KASSERT((*pml5 & PG_V) == 0,
4592                     ("pmap %p va %#lx pml5 %#lx", pmap, va, *pml5));
4593                 *pml5 = VM_PAGE_TO_PHYS(m) | PG_U | PG_RW | PG_V | PG_A | PG_M;
4594
4595                 if (pmap->pm_pmltopu != NULL && pml5index < NUPML5E) {
4596                         if (pmap->pm_ucr3 != PMAP_NO_CR3)
4597                                 *pml5 |= pg_nx;
4598
4599                         pml5u = &pmap->pm_pmltopu[pml5index];
4600                         *pml5u = VM_PAGE_TO_PHYS(m) | PG_U | PG_RW | PG_V |
4601                             PG_A | PG_M;
4602                 }
4603         } else if (ptepindex >= NUPDE + NUPDPE) {
4604                 pml4index = pmap_pml4e_index(va);
4605                 /* Wire up a new PDPE page */
4606                 pml4 = pmap_allocpte_getpml4(pmap, lockp, va, true);
4607                 if (pml4 == NULL) {
4608                         pmap_free_pt_page(pmap, m, true);
4609                         return (NULL);
4610                 }
4611                 KASSERT((*pml4 & PG_V) == 0,
4612                     ("pmap %p va %#lx pml4 %#lx", pmap, va, *pml4));
4613                 *pml4 = VM_PAGE_TO_PHYS(m) | PG_U | PG_RW | PG_V | PG_A | PG_M;
4614
4615                 if (!pmap_is_la57(pmap) && pmap->pm_pmltopu != NULL &&
4616                     pml4index < NUPML4E) {
4617                         /*
4618                          * PTI: Make all user-space mappings in the
4619                          * kernel-mode page table no-execute so that
4620                          * we detect any programming errors that leave
4621                          * the kernel-mode page table active on return
4622                          * to user space.
4623                          */
4624                         if (pmap->pm_ucr3 != PMAP_NO_CR3)
4625                                 *pml4 |= pg_nx;
4626
4627                         pml4u = &pmap->pm_pmltopu[pml4index];
4628                         *pml4u = VM_PAGE_TO_PHYS(m) | PG_U | PG_RW | PG_V |
4629                             PG_A | PG_M;
4630                 }
4631         } else if (ptepindex >= NUPDE) {
4632                 /* Wire up a new PDE page */
4633                 pdp = pmap_allocpte_getpdp(pmap, lockp, va, true);
4634                 if (pdp == NULL) {
4635                         pmap_free_pt_page(pmap, m, true);
4636                         return (NULL);
4637                 }
4638                 KASSERT((*pdp & PG_V) == 0,
4639                     ("pmap %p va %#lx pdp %#lx", pmap, va, *pdp));
4640                 *pdp = VM_PAGE_TO_PHYS(m) | PG_U | PG_RW | PG_V | PG_A | PG_M;
4641         } else {
4642                 /* Wire up a new PTE page */
4643                 pdp = pmap_allocpte_getpdp(pmap, lockp, va, false);
4644                 if (pdp == NULL) {
4645                         pmap_free_pt_page(pmap, m, true);
4646                         return (NULL);
4647                 }
4648                 if ((*pdp & PG_V) == 0) {
4649                         /* Have to allocate a new pd, recurse */
4650                   if (pmap_allocpte_nosleep(pmap, pmap_pdpe_pindex(va),
4651                       lockp, va) == NULL) {
4652                                 pmap_allocpte_free_unref(pmap, va,
4653                                     pmap_pml4e(pmap, va));
4654                                 pmap_free_pt_page(pmap, m, true);
4655                                 return (NULL);
4656                         }
4657                 } else {
4658                         /* Add reference to the pd page */
4659                         pdpg = PHYS_TO_VM_PAGE(*pdp & PG_FRAME);
4660                         pdpg->ref_count++;
4661                 }
4662                 pd = (pd_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(*pdp & PG_FRAME);
4663
4664                 /* Now we know where the page directory page is */
4665                 pd = &pd[pmap_pde_index(va)];
4666                 KASSERT((*pd & PG_V) == 0,
4667                     ("pmap %p va %#lx pd %#lx", pmap, va, *pd));
4668                 *pd = VM_PAGE_TO_PHYS(m) | PG_U | PG_RW | PG_V | PG_A | PG_M;
4669         }
4670
4671         return (m);
4672 }
4673
4674 /*
4675  * This routine is called if the desired page table page does not exist.
4676  *
4677  * If page table page allocation fails, this routine may sleep before
4678  * returning NULL.  It sleeps only if a lock pointer was given.  Sleep
4679  * occurs right before returning to the caller. This way, we never
4680  * drop pmap lock to sleep while a page table page has ref_count == 0,
4681  * which prevents the page from being freed under us.
4682  */
4683 static vm_page_t
4684 pmap_allocpte_alloc(pmap_t pmap, vm_pindex_t ptepindex, struct rwlock **lockp,
4685     vm_offset_t va)
4686 {
4687         vm_page_t m;
4688
4689         m = pmap_allocpte_nosleep(pmap, ptepindex, lockp, va);
4690         if (m == NULL && lockp != NULL) {
4691                 RELEASE_PV_LIST_LOCK(lockp);
4692                 PMAP_UNLOCK(pmap);
4693                 PMAP_ASSERT_NOT_IN_DI();
4694                 vm_wait(NULL);
4695                 PMAP_LOCK(pmap);
4696         }
4697         return (m);
4698 }
4699
4700 static pd_entry_t *
4701 pmap_alloc_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t *pdpgp,
4702     struct rwlock **lockp)
4703 {
4704         pdp_entry_t *pdpe, PG_V;
4705         pd_entry_t *pde;
4706         vm_page_t pdpg;
4707         vm_pindex_t pdpindex;
4708
4709         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
4710
4711 retry:
4712         pdpe = pmap_pdpe(pmap, va);
4713         if (pdpe != NULL && (*pdpe & PG_V) != 0) {
4714                 pde = pmap_pdpe_to_pde(pdpe, va);
4715                 if (va < VM_MAXUSER_ADDRESS) {
4716                         /* Add a reference to the pd page. */
4717                         pdpg = PHYS_TO_VM_PAGE(*pdpe & PG_FRAME);
4718                         pdpg->ref_count++;
4719                 } else
4720                         pdpg = NULL;
4721         } else if (va < VM_MAXUSER_ADDRESS) {
4722                 /* Allocate a pd page. */
4723                 pdpindex = pmap_pde_pindex(va) >> NPDPEPGSHIFT;
4724                 pdpg = pmap_allocpte_alloc(pmap, NUPDE + pdpindex, lockp, va);
4725                 if (pdpg == NULL) {
4726                         if (lockp != NULL)
4727                                 goto retry;
4728                         else
4729                                 return (NULL);
4730                 }
4731                 pde = (pd_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(pdpg));
4732                 pde = &pde[pmap_pde_index(va)];
4733         } else
4734                 panic("pmap_alloc_pde: missing page table page for va %#lx",
4735                     va);
4736         *pdpgp = pdpg;
4737         return (pde);
4738 }
4739
4740 static vm_page_t
4741 pmap_allocpte(pmap_t pmap, vm_offset_t va, struct rwlock **lockp)
4742 {
4743         vm_pindex_t ptepindex;
4744         pd_entry_t *pd, PG_V;
4745         vm_page_t m;
4746
4747         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
4748
4749         /*
4750          * Calculate pagetable page index
4751          */
4752         ptepindex = pmap_pde_pindex(va);
4753 retry:
4754         /*
4755          * Get the page directory entry
4756          */
4757         pd = pmap_pde(pmap, va);
4758
4759         /*
4760          * This supports switching from a 2MB page to a
4761          * normal 4K page.
4762          */
4763         if (pd != NULL && (*pd & (PG_PS | PG_V)) == (PG_PS | PG_V)) {
4764                 if (!pmap_demote_pde_locked(pmap, pd, va, lockp)) {
4765                         /*
4766                          * Invalidation of the 2MB page mapping may have caused
4767                          * the deallocation of the underlying PD page.
4768                          */
4769                         pd = NULL;
4770                 }
4771         }
4772
4773         /*
4774          * If the page table page is mapped, we just increment the
4775          * hold count, and activate it.
4776          */
4777         if (pd != NULL && (*pd & PG_V) != 0) {
4778                 m = PHYS_TO_VM_PAGE(*pd & PG_FRAME);
4779                 m->ref_count++;
4780         } else {
4781                 /*
4782                  * Here if the pte page isn't mapped, or if it has been
4783                  * deallocated.
4784                  */
4785                 m = pmap_allocpte_alloc(pmap, ptepindex, lockp, va);
4786                 if (m == NULL && lockp != NULL)
4787                         goto retry;
4788         }
4789         return (m);
4790 }
4791
4792 /***************************************************
4793  * Pmap allocation/deallocation routines.
4794  ***************************************************/
4795
4796 /*
4797  * Release any resources held by the given physical map.
4798  * Called when a pmap initialized by pmap_pinit is being released.
4799  * Should only be called if the map contains no valid mappings.
4800  */
4801 void
4802 pmap_release(pmap_t pmap)
4803 {
4804         vm_page_t m;
4805         int i;
4806
4807         KASSERT(pmap->pm_stats.resident_count == 0,
4808             ("pmap_release: pmap %p resident count %ld != 0",
4809             pmap, pmap->pm_stats.resident_count));
4810         KASSERT(vm_radix_is_empty(&pmap->pm_root),
4811             ("pmap_release: pmap %p has reserved page table page(s)",
4812             pmap));
4813         KASSERT(CPU_EMPTY(&pmap->pm_active),
4814             ("releasing active pmap %p", pmap));
4815
4816         m = PHYS_TO_VM_PAGE(DMAP_TO_PHYS((vm_offset_t)pmap->pm_pmltop));
4817
4818         if (pmap_is_la57(pmap)) {
4819                 pmap->pm_pmltop[pmap_pml5e_index(UPT_MAX_ADDRESS)] = 0;
4820                 pmap->pm_pmltop[PML5PML5I] = 0;
4821         } else {
4822                 for (i = 0; i < NKPML4E; i++)   /* KVA */
4823                         pmap->pm_pmltop[KPML4BASE + i] = 0;
4824 #ifdef KASAN
4825                 for (i = 0; i < NKASANPML4E; i++) /* KASAN shadow map */
4826                         pmap->pm_pmltop[KASANPML4I + i] = 0;
4827 #endif
4828 #ifdef KMSAN
4829                 for (i = 0; i < NKMSANSHADPML4E; i++) /* KMSAN shadow map */
4830                         pmap->pm_pmltop[KMSANSHADPML4I + i] = 0;
4831                 for (i = 0; i < NKMSANORIGPML4E; i++) /* KMSAN shadow map */
4832                         pmap->pm_pmltop[KMSANORIGPML4I + i] = 0;
4833 #endif
4834                 for (i = 0; i < ndmpdpphys; i++)/* Direct Map */
4835                         pmap->pm_pmltop[DMPML4I + i] = 0;
4836                 pmap->pm_pmltop[PML4PML4I] = 0; /* Recursive Mapping */
4837                 for (i = 0; i < lm_ents; i++)   /* Large Map */
4838                         pmap->pm_pmltop[LMSPML4I + i] = 0;
4839         }
4840
4841         pmap_free_pt_page(NULL, m, true);
4842
4843         if (pmap->pm_pmltopu != NULL) {
4844                 m = PHYS_TO_VM_PAGE(DMAP_TO_PHYS((vm_offset_t)pmap->
4845                     pm_pmltopu));
4846                 pmap_free_pt_page(NULL, m, false);
4847         }
4848         if (pmap->pm_type == PT_X86 &&
4849             (cpu_stdext_feature2 & CPUID_STDEXT2_PKU) != 0)
4850                 rangeset_fini(&pmap->pm_pkru);
4851 }
4852
4853 static int
4854 kvm_size(SYSCTL_HANDLER_ARGS)
4855 {
4856         unsigned long ksize = VM_MAX_KERNEL_ADDRESS - VM_MIN_KERNEL_ADDRESS;
4857
4858         return sysctl_handle_long(oidp, &ksize, 0, req);
4859 }
4860 SYSCTL_PROC(_vm, OID_AUTO, kvm_size, CTLTYPE_LONG | CTLFLAG_RD | CTLFLAG_MPSAFE,
4861     0, 0, kvm_size, "LU",
4862     "Size of KVM");
4863
4864 static int
4865 kvm_free(SYSCTL_HANDLER_ARGS)
4866 {
4867         unsigned long kfree = VM_MAX_KERNEL_ADDRESS - kernel_vm_end;
4868
4869         return sysctl_handle_long(oidp, &kfree, 0, req);
4870 }
4871 SYSCTL_PROC(_vm, OID_AUTO, kvm_free, CTLTYPE_LONG | CTLFLAG_RD | CTLFLAG_MPSAFE,
4872     0, 0, kvm_free, "LU",
4873     "Amount of KVM free");
4874
4875 #ifdef KMSAN
4876 static void
4877 pmap_kmsan_shadow_map_page_array(vm_paddr_t pdppa, vm_size_t size)
4878 {
4879         pdp_entry_t *pdpe;
4880         pd_entry_t *pde;
4881         pt_entry_t *pte;
4882         vm_paddr_t dummypa, dummypd, dummypt;
4883         int i, npde, npdpg;
4884
4885         npdpg = howmany(size, NBPDP);
4886         npde = size / NBPDR;
4887
4888         dummypa = vm_phys_early_alloc(-1, PAGE_SIZE);
4889         pagezero((void *)PHYS_TO_DMAP(dummypa));
4890
4891         dummypt = vm_phys_early_alloc(-1, PAGE_SIZE);
4892         pagezero((void *)PHYS_TO_DMAP(dummypt));
4893         dummypd = vm_phys_early_alloc(-1, PAGE_SIZE * npdpg);
4894         for (i = 0; i < npdpg; i++)
4895                 pagezero((void *)PHYS_TO_DMAP(dummypd + ptoa(i)));
4896
4897         pte = (pt_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(dummypt);
4898         for (i = 0; i < NPTEPG; i++)
4899                 pte[i] = (pt_entry_t)(dummypa | X86_PG_V | X86_PG_RW |
4900                     X86_PG_A | X86_PG_M | pg_nx);
4901
4902         pde = (pd_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(dummypd);
4903         for (i = 0; i < npde; i++)
4904                 pde[i] = (pd_entry_t)(dummypt | X86_PG_V | X86_PG_RW | pg_nx);
4905
4906         pdpe = (pdp_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(pdppa);
4907         for (i = 0; i < npdpg; i++)
4908                 pdpe[i] = (pdp_entry_t)(dummypd + ptoa(i) | X86_PG_V |
4909                     X86_PG_RW | pg_nx);
4910 }
4911
4912 static void
4913 pmap_kmsan_page_array_startup(vm_offset_t start, vm_offset_t end)
4914 {
4915         vm_size_t size;
4916
4917         KASSERT(start % NBPDP == 0, ("unaligned page array start address"));
4918
4919         /*
4920          * The end of the page array's KVA region is 2MB aligned, see
4921          * kmem_init().
4922          */
4923         size = round_2mpage(end) - start;
4924         pmap_kmsan_shadow_map_page_array(KMSANSHADPDPphys, size);
4925         pmap_kmsan_shadow_map_page_array(KMSANORIGPDPphys, size);
4926 }
4927 #endif
4928
4929 /*
4930  * Allocate physical memory for the vm_page array and map it into KVA,
4931  * attempting to back the vm_pages with domain-local memory.
4932  */
4933 void
4934 pmap_page_array_startup(long pages)
4935 {
4936         pdp_entry_t *pdpe;
4937         pd_entry_t *pde, newpdir;
4938         vm_offset_t va, start, end;
4939         vm_paddr_t pa;
4940         long pfn;
4941         int domain, i;
4942
4943         vm_page_array_size = pages;
4944
4945         start = VM_MIN_KERNEL_ADDRESS;
4946         end = start + pages * sizeof(struct vm_page);
4947         for (va = start; va < end; va += NBPDR) {
4948                 pfn = first_page + (va - start) / sizeof(struct vm_page);
4949                 domain = vm_phys_domain(ptoa(pfn));
4950                 pdpe = pmap_pdpe(kernel_pmap, va);
4951                 if ((*pdpe & X86_PG_V) == 0) {
4952                         pa = vm_phys_early_alloc(domain, PAGE_SIZE);
4953                         dump_add_page(pa);
4954                         pagezero((void *)PHYS_TO_DMAP(pa));
4955                         *pdpe = (pdp_entry_t)(pa | X86_PG_V | X86_PG_RW |
4956                             X86_PG_A | X86_PG_M);
4957                 }
4958                 pde = pmap_pdpe_to_pde(pdpe, va);
4959                 if ((*pde & X86_PG_V) != 0)
4960                         panic("Unexpected pde");
4961                 pa = vm_phys_early_alloc(domain, NBPDR);
4962                 for (i = 0; i < NPDEPG; i++)
4963                         dump_add_page(pa + i * PAGE_SIZE);
4964                 newpdir = (pd_entry_t)(pa | X86_PG_V | X86_PG_RW | X86_PG_A |
4965                     X86_PG_M | PG_PS | pg_g | pg_nx);
4966                 pde_store(pde, newpdir);
4967         }
4968         vm_page_array = (vm_page_t)start;
4969
4970 #ifdef KMSAN
4971         pmap_kmsan_page_array_startup(start, end);
4972 #endif
4973 }
4974
4975 /*
4976  * grow the number of kernel page table entries, if needed
4977  */
4978 void
4979 pmap_growkernel(vm_offset_t addr)
4980 {
4981         vm_paddr_t paddr;
4982         vm_page_t nkpg;
4983         pd_entry_t *pde, newpdir;
4984         pdp_entry_t *pdpe;
4985
4986         mtx_assert(&kernel_map->system_mtx, MA_OWNED);
4987
4988         /*
4989          * Return if "addr" is within the range of kernel page table pages
4990          * that were preallocated during pmap bootstrap.  Moreover, leave
4991          * "kernel_vm_end" and the kernel page table as they were.
4992          *
4993          * The correctness of this action is based on the following
4994          * argument: vm_map_insert() allocates contiguous ranges of the
4995          * kernel virtual address space.  It calls this function if a range
4996          * ends after "kernel_vm_end".  If the kernel is mapped between
4997          * "kernel_vm_end" and "addr", then the range cannot begin at
4998          * "kernel_vm_end".  In fact, its beginning address cannot be less
4999          * than the kernel.  Thus, there is no immediate need to allocate
5000          * any new kernel page table pages between "kernel_vm_end" and
5001          * "KERNBASE".
5002          */
5003         if (KERNBASE < addr && addr <= KERNBASE + nkpt * NBPDR)
5004                 return;
5005
5006         addr = roundup2(addr, NBPDR);
5007         if (addr - 1 >= vm_map_max(kernel_map))
5008                 addr = vm_map_max(kernel_map);
5009         if (kernel_vm_end < addr)
5010                 kasan_shadow_map(kernel_vm_end, addr - kernel_vm_end);
5011         if (kernel_vm_end < addr)
5012                 kmsan_shadow_map(kernel_vm_end, addr - kernel_vm_end);
5013         while (kernel_vm_end < addr) {
5014                 pdpe = pmap_pdpe(kernel_pmap, kernel_vm_end);
5015                 if ((*pdpe & X86_PG_V) == 0) {
5016                         /* We need a new PDP entry */
5017                         nkpg = pmap_alloc_pt_page(kernel_pmap,
5018                             kernel_vm_end >> PDPSHIFT, VM_ALLOC_WIRED |
5019                             VM_ALLOC_INTERRUPT | VM_ALLOC_ZERO);
5020                         if (nkpg == NULL)
5021                                 panic("pmap_growkernel: no memory to grow kernel");
5022                         paddr = VM_PAGE_TO_PHYS(nkpg);
5023                         *pdpe = (pdp_entry_t)(paddr | X86_PG_V | X86_PG_RW |
5024                             X86_PG_A | X86_PG_M);
5025                         continue; /* try again */
5026                 }
5027                 pde = pmap_pdpe_to_pde(pdpe, kernel_vm_end);
5028                 if ((*pde & X86_PG_V) != 0) {
5029                         kernel_vm_end = (kernel_vm_end + NBPDR) & ~PDRMASK;
5030                         if (kernel_vm_end - 1 >= vm_map_max(kernel_map)) {
5031                                 kernel_vm_end = vm_map_max(kernel_map);
5032                                 break;                       
5033                         }
5034                         continue;
5035                 }
5036
5037                 nkpg = pmap_alloc_pt_page(kernel_pmap,
5038                     pmap_pde_pindex(kernel_vm_end), VM_ALLOC_WIRED |
5039                     VM_ALLOC_INTERRUPT | VM_ALLOC_ZERO);
5040                 if (nkpg == NULL)
5041                         panic("pmap_growkernel: no memory to grow kernel");
5042                 paddr = VM_PAGE_TO_PHYS(nkpg);
5043                 newpdir = paddr | X86_PG_V | X86_PG_RW | X86_PG_A | X86_PG_M;
5044                 pde_store(pde, newpdir);
5045
5046                 kernel_vm_end = (kernel_vm_end + NBPDR) & ~PDRMASK;
5047                 if (kernel_vm_end - 1 >= vm_map_max(kernel_map)) {
5048                         kernel_vm_end = vm_map_max(kernel_map);
5049                         break;                       
5050                 }
5051         }
5052 }
5053
5054 /***************************************************
5055  * page management routines.
5056  ***************************************************/
5057
5058 CTASSERT(sizeof(struct pv_chunk) == PAGE_SIZE);
5059 CTASSERT(_NPCM == 3);
5060 CTASSERT(_NPCPV == 168);
5061
5062 static __inline struct pv_chunk *
5063 pv_to_chunk(pv_entry_t pv)
5064 {
5065
5066         return ((struct pv_chunk *)((uintptr_t)pv & ~(uintptr_t)PAGE_MASK));
5067 }
5068
5069 #define PV_PMAP(pv) (pv_to_chunk(pv)->pc_pmap)
5070
5071 #define PC_FREE0        0xfffffffffffffffful
5072 #define PC_FREE1        0xfffffffffffffffful
5073 #define PC_FREE2        0x000000fffffffffful
5074
5075 static const uint64_t pc_freemask[_NPCM] = { PC_FREE0, PC_FREE1, PC_FREE2 };
5076
5077 #ifdef PV_STATS
5078
5079 static COUNTER_U64_DEFINE_EARLY(pc_chunk_count);
5080 SYSCTL_COUNTER_U64(_vm_pmap, OID_AUTO, pc_chunk_count, CTLFLAG_RD,
5081     &pc_chunk_count, "Current number of pv entry cnunks");
5082
5083 static COUNTER_U64_DEFINE_EARLY(pc_chunk_allocs);
5084 SYSCTL_COUNTER_U64(_vm_pmap, OID_AUTO, pc_chunk_allocs, CTLFLAG_RD,
5085     &pc_chunk_allocs, "Total number of pv entry chunks allocated");
5086
5087 static COUNTER_U64_DEFINE_EARLY(pc_chunk_frees);
5088 SYSCTL_COUNTER_U64(_vm_pmap, OID_AUTO, pc_chunk_frees, CTLFLAG_RD,
5089     &pc_chunk_frees, "Total number of pv entry chunks freed");
5090
5091 static COUNTER_U64_DEFINE_EARLY(pc_chunk_tryfail);
5092 SYSCTL_COUNTER_U64(_vm_pmap, OID_AUTO, pc_chunk_tryfail, CTLFLAG_RD,
5093     &pc_chunk_tryfail,
5094     "Number of failed attempts to get a pv entry chunk page");
5095
5096 static COUNTER_U64_DEFINE_EARLY(pv_entry_frees);
5097 SYSCTL_COUNTER_U64(_vm_pmap, OID_AUTO, pv_entry_frees, CTLFLAG_RD,
5098     &pv_entry_frees, "Total number of pv entries freed");
5099
5100 static COUNTER_U64_DEFINE_EARLY(pv_entry_allocs);
5101 SYSCTL_COUNTER_U64(_vm_pmap, OID_AUTO, pv_entry_allocs, CTLFLAG_RD,
5102     &pv_entry_allocs, "Total number of pv entries allocated");
5103
5104 static COUNTER_U64_DEFINE_EARLY(pv_entry_count);
5105 SYSCTL_COUNTER_U64(_vm_pmap, OID_AUTO, pv_entry_count, CTLFLAG_RD,
5106     &pv_entry_count, "Current number of pv entries");
5107
5108 static COUNTER_U64_DEFINE_EARLY(pv_entry_spare);
5109 SYSCTL_COUNTER_U64(_vm_pmap, OID_AUTO, pv_entry_spare, CTLFLAG_RD,
5110     &pv_entry_spare, "Current number of spare pv entries");
5111 #endif
5112
5113 static void
5114 reclaim_pv_chunk_leave_pmap(pmap_t pmap, pmap_t locked_pmap, bool start_di)
5115 {
5116
5117         if (pmap == NULL)
5118                 return;
5119         pmap_invalidate_all(pmap);
5120         if (pmap != locked_pmap)
5121                 PMAP_UNLOCK(pmap);
5122         if (start_di)
5123                 pmap_delayed_invl_finish();
5124 }
5125
5126 /*
5127  * We are in a serious low memory condition.  Resort to
5128  * drastic measures to free some pages so we can allocate
5129  * another pv entry chunk.
5130  *
5131  * Returns NULL if PV entries were reclaimed from the specified pmap.
5132  *
5133  * We do not, however, unmap 2mpages because subsequent accesses will
5134  * allocate per-page pv entries until repromotion occurs, thereby
5135  * exacerbating the shortage of free pv entries.
5136  */
5137 static vm_page_t
5138 reclaim_pv_chunk_domain(pmap_t locked_pmap, struct rwlock **lockp, int domain)
5139 {
5140         struct pv_chunks_list *pvc;
5141         struct pv_chunk *pc, *pc_marker, *pc_marker_end;
5142         struct pv_chunk_header pc_marker_b, pc_marker_end_b;
5143         struct md_page *pvh;
5144         pd_entry_t *pde;
5145         pmap_t next_pmap, pmap;
5146         pt_entry_t *pte, tpte;
5147         pt_entry_t PG_G, PG_A, PG_M, PG_RW;
5148         pv_entry_t pv;
5149         vm_offset_t va;
5150         vm_page_t m, m_pc;
5151         struct spglist free;
5152         uint64_t inuse;
5153         int bit, field, freed;
5154         bool start_di, restart;
5155
5156         PMAP_LOCK_ASSERT(locked_pmap, MA_OWNED);
5157         KASSERT(lockp != NULL, ("reclaim_pv_chunk: lockp is NULL"));
5158         pmap = NULL;
5159         m_pc = NULL;
5160         PG_G = PG_A = PG_M = PG_RW = 0;
5161         SLIST_INIT(&free);
5162         bzero(&pc_marker_b, sizeof(pc_marker_b));
5163         bzero(&pc_marker_end_b, sizeof(pc_marker_end_b));
5164         pc_marker = (struct pv_chunk *)&pc_marker_b;
5165         pc_marker_end = (struct pv_chunk *)&pc_marker_end_b;
5166
5167         /*
5168          * A delayed invalidation block should already be active if
5169          * pmap_advise() or pmap_remove() called this function by way
5170          * of pmap_demote_pde_locked().
5171          */
5172         start_di = pmap_not_in_di();
5173
5174         pvc = &pv_chunks[domain];
5175         mtx_lock(&pvc->pvc_lock);
5176         pvc->active_reclaims++;
5177         TAILQ_INSERT_HEAD(&pvc->pvc_list, pc_marker, pc_lru);
5178         TAILQ_INSERT_TAIL(&pvc->pvc_list, pc_marker_end, pc_lru);
5179         while ((pc = TAILQ_NEXT(pc_marker, pc_lru)) != pc_marker_end &&
5180             SLIST_EMPTY(&free)) {
5181                 next_pmap = pc->pc_pmap;
5182                 if (next_pmap == NULL) {
5183                         /*
5184                          * The next chunk is a marker.  However, it is
5185                          * not our marker, so active_reclaims must be
5186                          * > 1.  Consequently, the next_chunk code
5187                          * will not rotate the pv_chunks list.
5188                          */
5189                         goto next_chunk;
5190                 }
5191                 mtx_unlock(&pvc->pvc_lock);
5192
5193                 /*
5194                  * A pv_chunk can only be removed from the pc_lru list
5195                  * when both pc_chunks_mutex is owned and the
5196                  * corresponding pmap is locked.
5197                  */
5198                 if (pmap != next_pmap) {
5199                         restart = false;
5200                         reclaim_pv_chunk_leave_pmap(pmap, locked_pmap,
5201                             start_di);
5202                         pmap = next_pmap;
5203                         /* Avoid deadlock and lock recursion. */
5204                         if (pmap > locked_pmap) {
5205                                 RELEASE_PV_LIST_LOCK(lockp);
5206                                 PMAP_LOCK(pmap);
5207                                 if (start_di)
5208                                         pmap_delayed_invl_start();
5209                                 mtx_lock(&pvc->pvc_lock);
5210                                 restart = true;
5211                         } else if (pmap != locked_pmap) {
5212                                 if (PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
5213                                         if (start_di)
5214                                                 pmap_delayed_invl_start();
5215                                         mtx_lock(&pvc->pvc_lock);
5216                                         restart = true;
5217                                 } else {
5218                                         pmap = NULL; /* pmap is not locked */
5219                                         mtx_lock(&pvc->pvc_lock);
5220                                         pc = TAILQ_NEXT(pc_marker, pc_lru);
5221                                         if (pc == NULL ||
5222                                             pc->pc_pmap != next_pmap)
5223                                                 continue;
5224                                         goto next_chunk;
5225                                 }
5226                         } else if (start_di)
5227                                 pmap_delayed_invl_start();
5228                         PG_G = pmap_global_bit(pmap);
5229                         PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
5230                         PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
5231                         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
5232                         if (restart)
5233                                 continue;
5234                 }
5235
5236                 /*
5237                  * Destroy every non-wired, 4 KB page mapping in the chunk.
5238                  */
5239                 freed = 0;
5240                 for (field = 0; field < _NPCM; field++) {
5241                         for (inuse = ~pc->pc_map[field] & pc_freemask[field];
5242                             inuse != 0; inuse &= ~(1UL << bit)) {
5243                                 bit = bsfq(inuse);
5244                                 pv = &pc->pc_pventry[field * 64 + bit];
5245                                 va = pv->pv_va;
5246                                 pde = pmap_pde(pmap, va);
5247                                 if ((*pde & PG_PS) != 0)
5248                                         continue;
5249                                 pte = pmap_pde_to_pte(pde, va);
5250                                 if ((*pte & PG_W) != 0)
5251                                         continue;
5252                                 tpte = pte_load_clear(pte);
5253                                 if ((tpte & PG_G) != 0)
5254                                         pmap_invalidate_page(pmap, va);
5255                                 m = PHYS_TO_VM_PAGE(tpte & PG_FRAME);
5256                                 if ((tpte & (PG_M | PG_RW)) == (PG_M | PG_RW))
5257                                         vm_page_dirty(m);
5258                                 if ((tpte & PG_A) != 0)
5259                                         vm_page_aflag_set(m, PGA_REFERENCED);
5260                                 CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_VM_PAGE(lockp, m);
5261                                 TAILQ_REMOVE(&m->md.pv_list, pv, pv_next);
5262                                 m->md.pv_gen++;
5263                                 if (TAILQ_EMPTY(&m->md.pv_list) &&
5264                                     (m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0) {
5265                                         pvh = pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
5266                                         if (TAILQ_EMPTY(&pvh->pv_list)) {
5267                                                 vm_page_aflag_clear(m,
5268                                                     PGA_WRITEABLE);
5269                                         }
5270                                 }
5271                                 pmap_delayed_invl_page(m);
5272                                 pc->pc_map[field] |= 1UL << bit;
5273                                 pmap_unuse_pt(pmap, va, *pde, &free);
5274                                 freed++;
5275                         }
5276                 }
5277                 if (freed == 0) {
5278                         mtx_lock(&pvc->pvc_lock);
5279                         goto next_chunk;
5280                 }
5281                 /* Every freed mapping is for a 4 KB page. */
5282                 pmap_resident_count_adj(pmap, -freed);
5283                 PV_STAT(counter_u64_add(pv_entry_frees, freed));
5284                 PV_STAT(counter_u64_add(pv_entry_spare, freed));
5285                 PV_STAT(counter_u64_add(pv_entry_count, -freed));
5286                 TAILQ_REMOVE(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
5287                 if (pc->pc_map[0] == PC_FREE0 && pc->pc_map[1] == PC_FREE1 &&
5288                     pc->pc_map[2] == PC_FREE2) {
5289                         PV_STAT(counter_u64_add(pv_entry_spare, -_NPCPV));
5290                         PV_STAT(counter_u64_add(pc_chunk_count, -1));
5291                         PV_STAT(counter_u64_add(pc_chunk_frees, 1));
5292                         /* Entire chunk is free; return it. */
5293                         m_pc = PHYS_TO_VM_PAGE(DMAP_TO_PHYS((vm_offset_t)pc));
5294                         dump_drop_page(m_pc->phys_addr);
5295                         mtx_lock(&pvc->pvc_lock);
5296                         TAILQ_REMOVE(&pvc->pvc_list, pc, pc_lru);
5297                         break;
5298                 }
5299                 TAILQ_INSERT_HEAD(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
5300                 mtx_lock(&pvc->pvc_lock);
5301                 /* One freed pv entry in locked_pmap is sufficient. */
5302                 if (pmap == locked_pmap)
5303                         break;
5304 next_chunk:
5305                 TAILQ_REMOVE(&pvc->pvc_list, pc_marker, pc_lru);
5306                 TAILQ_INSERT_AFTER(&pvc->pvc_list, pc, pc_marker, pc_lru);
5307                 if (pvc->active_reclaims == 1 && pmap != NULL) {
5308                         /*
5309                          * Rotate the pv chunks list so that we do not
5310                          * scan the same pv chunks that could not be
5311                          * freed (because they contained a wired
5312                          * and/or superpage mapping) on every
5313                          * invocation of reclaim_pv_chunk().
5314                          */
5315                         while ((pc = TAILQ_FIRST(&pvc->pvc_list)) != pc_marker) {
5316                                 MPASS(pc->pc_pmap != NULL);
5317                                 TAILQ_REMOVE(&pvc->pvc_list, pc, pc_lru);
5318                                 TAILQ_INSERT_TAIL(&pvc->pvc_list, pc, pc_lru);
5319                         }
5320                 }
5321         }
5322         TAILQ_REMOVE(&pvc->pvc_list, pc_marker, pc_lru);
5323         TAILQ_REMOVE(&pvc->pvc_list, pc_marker_end, pc_lru);
5324         pvc->active_reclaims--;
5325         mtx_unlock(&pvc->pvc_lock);
5326         reclaim_pv_chunk_leave_pmap(pmap, locked_pmap, start_di);
5327         if (m_pc == NULL && !SLIST_EMPTY(&free)) {
5328                 m_pc = SLIST_FIRST(&free);
5329                 SLIST_REMOVE_HEAD(&free, plinks.s.ss);
5330                 /* Recycle a freed page table page. */
5331                 m_pc->ref_count = 1;
5332         }
5333         vm_page_free_pages_toq(&free, true);
5334         return (m_pc);
5335 }
5336
5337 static vm_page_t
5338 reclaim_pv_chunk(pmap_t locked_pmap, struct rwlock **lockp)
5339 {
5340         vm_page_t m;
5341         int i, domain;
5342
5343         domain = PCPU_GET(domain);
5344         for (i = 0; i < vm_ndomains; i++) {
5345                 m = reclaim_pv_chunk_domain(locked_pmap, lockp, domain);
5346                 if (m != NULL)
5347                         break;
5348                 domain = (domain + 1) % vm_ndomains;
5349         }
5350
5351         return (m);
5352 }
5353
5354 /*
5355  * free the pv_entry back to the free list
5356  */
5357 static void
5358 free_pv_entry(pmap_t pmap, pv_entry_t pv)
5359 {
5360         struct pv_chunk *pc;
5361         int idx, field, bit;
5362
5363         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
5364         PV_STAT(counter_u64_add(pv_entry_frees, 1));
5365         PV_STAT(counter_u64_add(pv_entry_spare, 1));
5366         PV_STAT(counter_u64_add(pv_entry_count, -1));
5367         pc = pv_to_chunk(pv);
5368         idx = pv - &pc->pc_pventry[0];
5369         field = idx / 64;
5370         bit = idx % 64;
5371         pc->pc_map[field] |= 1ul << bit;
5372         if (pc->pc_map[0] != PC_FREE0 || pc->pc_map[1] != PC_FREE1 ||
5373             pc->pc_map[2] != PC_FREE2) {
5374                 /* 98% of the time, pc is already at the head of the list. */
5375                 if (__predict_false(pc != TAILQ_FIRST(&pmap->pm_pvchunk))) {
5376                         TAILQ_REMOVE(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
5377                         TAILQ_INSERT_HEAD(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
5378                 }
5379                 return;
5380         }
5381         TAILQ_REMOVE(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
5382         free_pv_chunk(pc);
5383 }
5384
5385 static void
5386 free_pv_chunk_dequeued(struct pv_chunk *pc)
5387 {
5388         vm_page_t m;
5389
5390         PV_STAT(counter_u64_add(pv_entry_spare, -_NPCPV));
5391         PV_STAT(counter_u64_add(pc_chunk_count, -1));
5392         PV_STAT(counter_u64_add(pc_chunk_frees, 1));
5393         counter_u64_add(pv_page_count, -1);
5394         /* entire chunk is free, return it */
5395         m = PHYS_TO_VM_PAGE(DMAP_TO_PHYS((vm_offset_t)pc));
5396         dump_drop_page(m->phys_addr);
5397         vm_page_unwire_noq(m);
5398         vm_page_free(m);
5399 }
5400
5401 static void
5402 free_pv_chunk(struct pv_chunk *pc)
5403 {
5404         struct pv_chunks_list *pvc;
5405
5406         pvc = &pv_chunks[pc_to_domain(pc)];
5407         mtx_lock(&pvc->pvc_lock);
5408         TAILQ_REMOVE(&pvc->pvc_list, pc, pc_lru);
5409         mtx_unlock(&pvc->pvc_lock);
5410         free_pv_chunk_dequeued(pc);
5411 }
5412
5413 static void
5414 free_pv_chunk_batch(struct pv_chunklist *batch)
5415 {
5416         struct pv_chunks_list *pvc;
5417         struct pv_chunk *pc, *npc;
5418         int i;
5419
5420         for (i = 0; i < vm_ndomains; i++) {
5421                 if (TAILQ_EMPTY(&batch[i]))
5422                         continue;
5423                 pvc = &pv_chunks[i];
5424                 mtx_lock(&pvc->pvc_lock);
5425                 TAILQ_FOREACH(pc, &batch[i], pc_list) {
5426                         TAILQ_REMOVE(&pvc->pvc_list, pc, pc_lru);
5427                 }
5428                 mtx_unlock(&pvc->pvc_lock);
5429         }
5430
5431         for (i = 0; i < vm_ndomains; i++) {
5432                 TAILQ_FOREACH_SAFE(pc, &batch[i], pc_list, npc) {
5433                         free_pv_chunk_dequeued(pc);
5434                 }
5435         }
5436 }
5437
5438 /*
5439  * Returns a new PV entry, allocating a new PV chunk from the system when
5440  * needed.  If this PV chunk allocation fails and a PV list lock pointer was
5441  * given, a PV chunk is reclaimed from an arbitrary pmap.  Otherwise, NULL is
5442  * returned.
5443  *
5444  * The given PV list lock may be released.
5445  */
5446 static pv_entry_t
5447 get_pv_entry(pmap_t pmap, struct rwlock **lockp)
5448 {
5449         struct pv_chunks_list *pvc;
5450         int bit, field;
5451         pv_entry_t pv;
5452         struct pv_chunk *pc;
5453         vm_page_t m;
5454
5455         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
5456         PV_STAT(counter_u64_add(pv_entry_allocs, 1));
5457 retry:
5458         pc = TAILQ_FIRST(&pmap->pm_pvchunk);
5459         if (pc != NULL) {
5460                 for (field = 0; field < _NPCM; field++) {
5461                         if (pc->pc_map[field]) {
5462                                 bit = bsfq(pc->pc_map[field]);
5463                                 break;
5464                         }
5465                 }
5466                 if (field < _NPCM) {
5467                         pv = &pc->pc_pventry[field * 64 + bit];
5468                         pc->pc_map[field] &= ~(1ul << bit);
5469                         /* If this was the last item, move it to tail */
5470                         if (pc->pc_map[0] == 0 && pc->pc_map[1] == 0 &&
5471                             pc->pc_map[2] == 0) {
5472                                 TAILQ_REMOVE(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
5473                                 TAILQ_INSERT_TAIL(&pmap->pm_pvchunk, pc,
5474                                     pc_list);
5475                         }
5476                         PV_STAT(counter_u64_add(pv_entry_count, 1));
5477                         PV_STAT(counter_u64_add(pv_entry_spare, -1));
5478                         return (pv);
5479                 }
5480         }
5481         /* No free items, allocate another chunk */
5482         m = vm_page_alloc(NULL, 0, VM_ALLOC_NORMAL | VM_ALLOC_NOOBJ |
5483             VM_ALLOC_WIRED);
5484         if (m == NULL) {
5485                 if (lockp == NULL) {
5486                         PV_STAT(counter_u64_add(pc_chunk_tryfail, 1));
5487                         return (NULL);
5488                 }
5489                 m = reclaim_pv_chunk(pmap, lockp);
5490                 if (m == NULL)
5491                         goto retry;
5492         } else
5493                 counter_u64_add(pv_page_count, 1);
5494         PV_STAT(counter_u64_add(pc_chunk_count, 1));
5495         PV_STAT(counter_u64_add(pc_chunk_allocs, 1));
5496         dump_add_page(m->phys_addr);
5497         pc = (void *)PHYS_TO_DMAP(m->phys_addr);
5498         pc->pc_pmap = pmap;
5499         pc->pc_map[0] = PC_FREE0 & ~1ul;        /* preallocated bit 0 */
5500         pc->pc_map[1] = PC_FREE1;
5501         pc->pc_map[2] = PC_FREE2;
5502         pvc = &pv_chunks[vm_page_domain(m)];
5503         mtx_lock(&pvc->pvc_lock);
5504         TAILQ_INSERT_TAIL(&pvc->pvc_list, pc, pc_lru);
5505         mtx_unlock(&pvc->pvc_lock);
5506         pv = &pc->pc_pventry[0];
5507         TAILQ_INSERT_HEAD(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
5508         PV_STAT(counter_u64_add(pv_entry_count, 1));
5509         PV_STAT(counter_u64_add(pv_entry_spare, _NPCPV - 1));
5510         return (pv);
5511 }
5512
5513 /*
5514  * Returns the number of one bits within the given PV chunk map.
5515  *
5516  * The erratas for Intel processors state that "POPCNT Instruction May
5517  * Take Longer to Execute Than Expected".  It is believed that the
5518  * issue is the spurious dependency on the destination register.
5519  * Provide a hint to the register rename logic that the destination
5520  * value is overwritten, by clearing it, as suggested in the
5521  * optimization manual.  It should be cheap for unaffected processors
5522  * as well.
5523  *
5524  * Reference numbers for erratas are
5525  * 4th Gen Core: HSD146
5526  * 5th Gen Core: BDM85
5527  * 6th Gen Core: SKL029
5528  */
5529 static int
5530 popcnt_pc_map_pq(uint64_t *map)
5531 {
5532         u_long result, tmp;
5533
5534         __asm __volatile("xorl %k0,%k0;popcntq %2,%0;"
5535             "xorl %k1,%k1;popcntq %3,%1;addl %k1,%k0;"
5536             "xorl %k1,%k1;popcntq %4,%1;addl %k1,%k0"
5537             : "=&r" (result), "=&r" (tmp)
5538             : "m" (map[0]), "m" (map[1]), "m" (map[2]));
5539         return (result);
5540 }
5541
5542 /*
5543  * Ensure that the number of spare PV entries in the specified pmap meets or
5544  * exceeds the given count, "needed".
5545  *
5546  * The given PV list lock may be released.
5547  */
5548 static void
5549 reserve_pv_entries(pmap_t pmap, int needed, struct rwlock **lockp)
5550 {
5551         struct pv_chunks_list *pvc;
5552         struct pch new_tail[PMAP_MEMDOM];
5553         struct pv_chunk *pc;
5554         vm_page_t m;
5555         int avail, free, i;
5556         bool reclaimed;
5557
5558         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
5559         KASSERT(lockp != NULL, ("reserve_pv_entries: lockp is NULL"));
5560
5561         /*
5562          * Newly allocated PV chunks must be stored in a private list until
5563          * the required number of PV chunks have been allocated.  Otherwise,
5564          * reclaim_pv_chunk() could recycle one of these chunks.  In
5565          * contrast, these chunks must be added to the pmap upon allocation.
5566          */
5567         for (i = 0; i < PMAP_MEMDOM; i++)
5568                 TAILQ_INIT(&new_tail[i]);
5569 retry:
5570         avail = 0;
5571         TAILQ_FOREACH(pc, &pmap->pm_pvchunk, pc_list) {
5572 #ifndef __POPCNT__
5573                 if ((cpu_feature2 & CPUID2_POPCNT) == 0)
5574                         bit_count((bitstr_t *)pc->pc_map, 0,
5575                             sizeof(pc->pc_map) * NBBY, &free);
5576                 else
5577 #endif
5578                 free = popcnt_pc_map_pq(pc->pc_map);
5579                 if (free == 0)
5580                         break;
5581                 avail += free;
5582                 if (avail >= needed)
5583                         break;
5584         }
5585         for (reclaimed = false; avail < needed; avail += _NPCPV) {
5586                 m = vm_page_alloc(NULL, 0, VM_ALLOC_NORMAL | VM_ALLOC_NOOBJ |
5587                     VM_ALLOC_WIRED);
5588                 if (m == NULL) {
5589                         m = reclaim_pv_chunk(pmap, lockp);
5590                         if (m == NULL)
5591                                 goto retry;
5592                         reclaimed = true;
5593                 } else
5594                         counter_u64_add(pv_page_count, 1);
5595                 PV_STAT(counter_u64_add(pc_chunk_count, 1));
5596                 PV_STAT(counter_u64_add(pc_chunk_allocs, 1));
5597                 dump_add_page(m->phys_addr);
5598                 pc = (void *)PHYS_TO_DMAP(m->phys_addr);
5599                 pc->pc_pmap = pmap;
5600                 pc->pc_map[0] = PC_FREE0;
5601                 pc->pc_map[1] = PC_FREE1;
5602                 pc->pc_map[2] = PC_FREE2;
5603                 TAILQ_INSERT_HEAD(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
5604                 TAILQ_INSERT_TAIL(&new_tail[vm_page_domain(m)], pc, pc_lru);
5605                 PV_STAT(counter_u64_add(pv_entry_spare, _NPCPV));
5606
5607                 /*
5608                  * The reclaim might have freed a chunk from the current pmap.
5609                  * If that chunk contained available entries, we need to
5610                  * re-count the number of available entries.
5611                  */
5612                 if (reclaimed)
5613                         goto retry;
5614         }
5615         for (i = 0; i < vm_ndomains; i++) {
5616                 if (TAILQ_EMPTY(&new_tail[i]))
5617                         continue;
5618                 pvc = &pv_chunks[i];
5619                 mtx_lock(&pvc->pvc_lock);
5620                 TAILQ_CONCAT(&pvc->pvc_list, &new_tail[i], pc_lru);
5621                 mtx_unlock(&pvc->pvc_lock);
5622         }
5623 }
5624
5625 /*
5626  * First find and then remove the pv entry for the specified pmap and virtual
5627  * address from the specified pv list.  Returns the pv entry if found and NULL
5628  * otherwise.  This operation can be performed on pv lists for either 4KB or
5629  * 2MB page mappings.
5630  */
5631 static __inline pv_entry_t
5632 pmap_pvh_remove(struct md_page *pvh, pmap_t pmap, vm_offset_t va)
5633 {
5634         pv_entry_t pv;
5635
5636         TAILQ_FOREACH(pv, &pvh->pv_list, pv_next) {
5637                 if (pmap == PV_PMAP(pv) && va == pv->pv_va) {
5638                         TAILQ_REMOVE(&pvh->pv_list, pv, pv_next);
5639                         pvh->pv_gen++;
5640                         break;
5641                 }
5642         }
5643         return (pv);
5644 }
5645
5646 /*
5647  * After demotion from a 2MB page mapping to 512 4KB page mappings,
5648  * destroy the pv entry for the 2MB page mapping and reinstantiate the pv
5649  * entries for each of the 4KB page mappings.
5650  */
5651 static void
5652 pmap_pv_demote_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_paddr_t pa,
5653     struct rwlock **lockp)
5654 {
5655         struct md_page *pvh;
5656         struct pv_chunk *pc;
5657         pv_entry_t pv;
5658         vm_offset_t va_last;
5659         vm_page_t m;
5660         int bit, field;
5661
5662         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
5663         KASSERT((pa & PDRMASK) == 0,
5664             ("pmap_pv_demote_pde: pa is not 2mpage aligned"));
5665         CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_PHYS(lockp, pa);
5666
5667         /*
5668          * Transfer the 2mpage's pv entry for this mapping to the first
5669          * page's pv list.  Once this transfer begins, the pv list lock
5670          * must not be released until the last pv entry is reinstantiated.
5671          */
5672         pvh = pa_to_pvh(pa);
5673         va = trunc_2mpage(va);
5674         pv = pmap_pvh_remove(pvh, pmap, va);
5675         KASSERT(pv != NULL, ("pmap_pv_demote_pde: pv not found"));
5676         m = PHYS_TO_VM_PAGE(pa);
5677         TAILQ_INSERT_TAIL(&m->md.pv_list, pv, pv_next);
5678         m->md.pv_gen++;
5679         /* Instantiate the remaining NPTEPG - 1 pv entries. */
5680         PV_STAT(counter_u64_add(pv_entry_allocs, NPTEPG - 1));
5681         va_last = va + NBPDR - PAGE_SIZE;
5682         for (;;) {
5683                 pc = TAILQ_FIRST(&pmap->pm_pvchunk);
5684                 KASSERT(pc->pc_map[0] != 0 || pc->pc_map[1] != 0 ||
5685                     pc->pc_map[2] != 0, ("pmap_pv_demote_pde: missing spare"));
5686                 for (field = 0; field < _NPCM; field++) {
5687                         while (pc->pc_map[field]) {
5688                                 bit = bsfq(pc->pc_map[field]);
5689                                 pc->pc_map[field] &= ~(1ul << bit);
5690                                 pv = &pc->pc_pventry[field * 64 + bit];
5691                                 va += PAGE_SIZE;
5692                                 pv->pv_va = va;
5693                                 m++;
5694                                 KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
5695                             ("pmap_pv_demote_pde: page %p is not managed", m));
5696                                 TAILQ_INSERT_TAIL(&m->md.pv_list, pv, pv_next);
5697                                 m->md.pv_gen++;
5698                                 if (va == va_last)
5699                                         goto out;
5700                         }
5701                 }
5702                 TAILQ_REMOVE(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
5703                 TAILQ_INSERT_TAIL(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
5704         }
5705 out:
5706         if (pc->pc_map[0] == 0 && pc->pc_map[1] == 0 && pc->pc_map[2] == 0) {
5707                 TAILQ_REMOVE(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
5708                 TAILQ_INSERT_TAIL(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
5709         }
5710         PV_STAT(counter_u64_add(pv_entry_count, NPTEPG - 1));
5711         PV_STAT(counter_u64_add(pv_entry_spare, -(NPTEPG - 1)));
5712 }
5713
5714 #if VM_NRESERVLEVEL > 0
5715 /*
5716  * After promotion from 512 4KB page mappings to a single 2MB page mapping,
5717  * replace the many pv entries for the 4KB page mappings by a single pv entry
5718  * for the 2MB page mapping.
5719  */
5720 static void
5721 pmap_pv_promote_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_paddr_t pa,
5722     struct rwlock **lockp)
5723 {
5724         struct md_page *pvh;
5725         pv_entry_t pv;
5726         vm_offset_t va_last;
5727         vm_page_t m;
5728
5729         KASSERT((pa & PDRMASK) == 0,
5730             ("pmap_pv_promote_pde: pa is not 2mpage aligned"));
5731         CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_PHYS(lockp, pa);
5732
5733         /*
5734          * Transfer the first page's pv entry for this mapping to the 2mpage's
5735          * pv list.  Aside from avoiding the cost of a call to get_pv_entry(),
5736          * a transfer avoids the possibility that get_pv_entry() calls
5737          * reclaim_pv_chunk() and that reclaim_pv_chunk() removes one of the
5738          * mappings that is being promoted.
5739          */
5740         m = PHYS_TO_VM_PAGE(pa);
5741         va = trunc_2mpage(va);
5742         pv = pmap_pvh_remove(&m->md, pmap, va);
5743         KASSERT(pv != NULL, ("pmap_pv_promote_pde: pv not found"));
5744         pvh = pa_to_pvh(pa);
5745         TAILQ_INSERT_TAIL(&pvh->pv_list, pv, pv_next);
5746         pvh->pv_gen++;
5747         /* Free the remaining NPTEPG - 1 pv entries. */
5748         va_last = va + NBPDR - PAGE_SIZE;
5749         do {
5750                 m++;
5751                 va += PAGE_SIZE;
5752                 pmap_pvh_free(&m->md, pmap, va);
5753         } while (va < va_last);
5754 }
5755 #endif /* VM_NRESERVLEVEL > 0 */
5756
5757 /*
5758  * First find and then destroy the pv entry for the specified pmap and virtual
5759  * address.  This operation can be performed on pv lists for either 4KB or 2MB
5760  * page mappings.
5761  */
5762 static void
5763 pmap_pvh_free(struct md_page *pvh, pmap_t pmap, vm_offset_t va)
5764 {
5765         pv_entry_t pv;
5766
5767         pv = pmap_pvh_remove(pvh, pmap, va);
5768         KASSERT(pv != NULL, ("pmap_pvh_free: pv not found"));
5769         free_pv_entry(pmap, pv);
5770 }
5771
5772 /*
5773  * Conditionally create the PV entry for a 4KB page mapping if the required
5774  * memory can be allocated without resorting to reclamation.
5775  */
5776 static boolean_t
5777 pmap_try_insert_pv_entry(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m,
5778     struct rwlock **lockp)
5779 {
5780         pv_entry_t pv;
5781
5782         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
5783         /* Pass NULL instead of the lock pointer to disable reclamation. */
5784         if ((pv = get_pv_entry(pmap, NULL)) != NULL) {
5785                 pv->pv_va = va;
5786                 CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_VM_PAGE(lockp, m);
5787                 TAILQ_INSERT_TAIL(&m->md.pv_list, pv, pv_next);
5788                 m->md.pv_gen++;
5789                 return (TRUE);
5790         } else
5791                 return (FALSE);
5792 }
5793
5794 /*
5795  * Create the PV entry for a 2MB page mapping.  Always returns true unless the
5796  * flag PMAP_ENTER_NORECLAIM is specified.  If that flag is specified, returns
5797  * false if the PV entry cannot be allocated without resorting to reclamation.
5798  */
5799 static bool
5800 pmap_pv_insert_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t pde, u_int flags,
5801     struct rwlock **lockp)
5802 {
5803         struct md_page *pvh;
5804         pv_entry_t pv;
5805         vm_paddr_t pa;
5806
5807         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
5808         /* Pass NULL instead of the lock pointer to disable reclamation. */
5809         if ((pv = get_pv_entry(pmap, (flags & PMAP_ENTER_NORECLAIM) != 0 ?
5810             NULL : lockp)) == NULL)
5811                 return (false);
5812         pv->pv_va = va;
5813         pa = pde & PG_PS_FRAME;
5814         CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_PHYS(lockp, pa);
5815         pvh = pa_to_pvh(pa);
5816         TAILQ_INSERT_TAIL(&pvh->pv_list, pv, pv_next);
5817         pvh->pv_gen++;
5818         return (true);
5819 }
5820
5821 /*
5822  * Fills a page table page with mappings to consecutive physical pages.
5823  */
5824 static void
5825 pmap_fill_ptp(pt_entry_t *firstpte, pt_entry_t newpte)
5826 {
5827         pt_entry_t *pte;
5828
5829         for (pte = firstpte; pte < firstpte + NPTEPG; pte++) {
5830                 *pte = newpte;
5831                 newpte += PAGE_SIZE;
5832         }
5833 }
5834
5835 /*
5836  * Tries to demote a 2MB page mapping.  If demotion fails, the 2MB page
5837  * mapping is invalidated.
5838  */
5839 static boolean_t
5840 pmap_demote_pde(pmap_t pmap, pd_entry_t *pde, vm_offset_t va)
5841 {
5842         struct rwlock *lock;
5843         boolean_t rv;
5844
5845         lock = NULL;
5846         rv = pmap_demote_pde_locked(pmap, pde, va, &lock);
5847         if (lock != NULL)
5848                 rw_wunlock(lock);
5849         return (rv);
5850 }
5851
5852 static void
5853 pmap_demote_pde_check(pt_entry_t *firstpte __unused, pt_entry_t newpte __unused)
5854 {
5855 #ifdef INVARIANTS
5856 #ifdef DIAGNOSTIC
5857         pt_entry_t *xpte, *ypte;
5858
5859         for (xpte = firstpte; xpte < firstpte + NPTEPG;
5860             xpte++, newpte += PAGE_SIZE) {
5861                 if ((*xpte & PG_FRAME) != (newpte & PG_FRAME)) {
5862                         printf("pmap_demote_pde: xpte %zd and newpte map "
5863                             "different pages: found %#lx, expected %#lx\n",
5864                             xpte - firstpte, *xpte, newpte);
5865                         printf("page table dump\n");
5866                         for (ypte = firstpte; ypte < firstpte + NPTEPG; ypte++)
5867                                 printf("%zd %#lx\n", ypte - firstpte, *ypte);
5868                         panic("firstpte");
5869                 }
5870         }
5871 #else
5872         KASSERT((*firstpte & PG_FRAME) == (newpte & PG_FRAME),
5873             ("pmap_demote_pde: firstpte and newpte map different physical"
5874             " addresses"));
5875 #endif
5876 #endif
5877 }
5878
5879 static void
5880 pmap_demote_pde_abort(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t *pde,
5881     pd_entry_t oldpde, struct rwlock **lockp)
5882 {
5883         struct spglist free;
5884         vm_offset_t sva;
5885
5886         SLIST_INIT(&free);
5887         sva = trunc_2mpage(va);
5888         pmap_remove_pde(pmap, pde, sva, &free, lockp);
5889         if ((oldpde & pmap_global_bit(pmap)) == 0)
5890                 pmap_invalidate_pde_page(pmap, sva, oldpde);
5891         vm_page_free_pages_toq(&free, true);
5892         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_demote_pde: failure for va %#lx in pmap %p",
5893             va, pmap);
5894 }
5895
5896 static boolean_t
5897 pmap_demote_pde_locked(pmap_t pmap, pd_entry_t *pde, vm_offset_t va,
5898     struct rwlock **lockp)
5899 {
5900         pd_entry_t newpde, oldpde;
5901         pt_entry_t *firstpte, newpte;
5902         pt_entry_t PG_A, PG_G, PG_M, PG_PKU_MASK, PG_RW, PG_V;
5903         vm_paddr_t mptepa;
5904         vm_page_t mpte;
5905         int PG_PTE_CACHE;
5906         bool in_kernel;
5907
5908         PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
5909         PG_G = pmap_global_bit(pmap);
5910         PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
5911         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
5912         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
5913         PG_PTE_CACHE = pmap_cache_mask(pmap, 0);
5914         PG_PKU_MASK = pmap_pku_mask_bit(pmap);
5915
5916         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
5917         in_kernel = va >= VM_MAXUSER_ADDRESS;
5918         oldpde = *pde;
5919         KASSERT((oldpde & (PG_PS | PG_V)) == (PG_PS | PG_V),
5920             ("pmap_demote_pde: oldpde is missing PG_PS and/or PG_V"));
5921
5922         /*
5923          * Invalidate the 2MB page mapping and return "failure" if the
5924          * mapping was never accessed.
5925          */
5926         if ((oldpde & PG_A) == 0) {
5927                 KASSERT((oldpde & PG_W) == 0,
5928                     ("pmap_demote_pde: a wired mapping is missing PG_A"));
5929                 pmap_demote_pde_abort(pmap, va, pde, oldpde, lockp);
5930                 return (FALSE);
5931         }
5932
5933         mpte = pmap_remove_pt_page(pmap, va);
5934         if (mpte == NULL) {
5935                 KASSERT((oldpde & PG_W) == 0,
5936                     ("pmap_demote_pde: page table page for a wired mapping"
5937                     " is missing"));
5938
5939                 /*
5940                  * If the page table page is missing and the mapping
5941                  * is for a kernel address, the mapping must belong to
5942                  * the direct map.  Page table pages are preallocated
5943                  * for every other part of the kernel address space,
5944                  * so the direct map region is the only part of the
5945                  * kernel address space that must be handled here.
5946                  */
5947                 KASSERT(!in_kernel || (va >= DMAP_MIN_ADDRESS &&
5948                     va < DMAP_MAX_ADDRESS),
5949                     ("pmap_demote_pde: No saved mpte for va %#lx", va));
5950
5951                 /*
5952                  * If the 2MB page mapping belongs to the direct map
5953                  * region of the kernel's address space, then the page
5954                  * allocation request specifies the highest possible
5955                  * priority (VM_ALLOC_INTERRUPT).  Otherwise, the
5956                  * priority is normal.
5957                  */
5958                 mpte = pmap_alloc_pt_page(pmap, pmap_pde_pindex(va),
5959                     (in_kernel ? VM_ALLOC_INTERRUPT : VM_ALLOC_NORMAL) |
5960                     VM_ALLOC_WIRED);
5961
5962                 /*
5963                  * If the allocation of the new page table page fails,
5964                  * invalidate the 2MB page mapping and return "failure".
5965                  */
5966                 if (mpte == NULL) {
5967                         pmap_demote_pde_abort(pmap, va, pde, oldpde, lockp);
5968                         return (FALSE);
5969                 }
5970
5971                 if (!in_kernel)
5972                         mpte->ref_count = NPTEPG;
5973         }
5974         mptepa = VM_PAGE_TO_PHYS(mpte);
5975         firstpte = (pt_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(mptepa);
5976         newpde = mptepa | PG_M | PG_A | (oldpde & PG_U) | PG_RW | PG_V;
5977         KASSERT((oldpde & (PG_M | PG_RW)) != PG_RW,
5978             ("pmap_demote_pde: oldpde is missing PG_M"));
5979         newpte = oldpde & ~PG_PS;
5980         newpte = pmap_swap_pat(pmap, newpte);
5981
5982         /*
5983          * If the page table page is not leftover from an earlier promotion,
5984          * initialize it.
5985          */
5986         if (mpte->valid == 0)
5987                 pmap_fill_ptp(firstpte, newpte);
5988
5989         pmap_demote_pde_check(firstpte, newpte);
5990
5991         /*
5992          * If the mapping has changed attributes, update the page table
5993          * entries.
5994          */
5995         if ((*firstpte & PG_PTE_PROMOTE) != (newpte & PG_PTE_PROMOTE))
5996                 pmap_fill_ptp(firstpte, newpte);
5997
5998         /*
5999          * The spare PV entries must be reserved prior to demoting the
6000          * mapping, that is, prior to changing the PDE.  Otherwise, the state
6001          * of the PDE and the PV lists will be inconsistent, which can result
6002          * in reclaim_pv_chunk() attempting to remove a PV entry from the
6003          * wrong PV list and pmap_pv_demote_pde() failing to find the expected
6004          * PV entry for the 2MB page mapping that is being demoted.
6005          */
6006         if ((oldpde & PG_MANAGED) != 0)
6007                 reserve_pv_entries(pmap, NPTEPG - 1, lockp);
6008
6009         /*
6010          * Demote the mapping.  This pmap is locked.  The old PDE has
6011          * PG_A set.  If the old PDE has PG_RW set, it also has PG_M
6012          * set.  Thus, there is no danger of a race with another
6013          * processor changing the setting of PG_A and/or PG_M between
6014          * the read above and the store below. 
6015          */
6016         if (workaround_erratum383)
6017                 pmap_update_pde(pmap, va, pde, newpde);
6018         else
6019                 pde_store(pde, newpde);
6020
6021         /*
6022          * Invalidate a stale recursive mapping of the page table page.
6023          */
6024         if (in_kernel)
6025                 pmap_invalidate_page(pmap, (vm_offset_t)vtopte(va));
6026
6027         /*
6028          * Demote the PV entry.
6029          */
6030         if ((oldpde & PG_MANAGED) != 0)
6031                 pmap_pv_demote_pde(pmap, va, oldpde & PG_PS_FRAME, lockp);
6032
6033         counter_u64_add(pmap_pde_demotions, 1);
6034         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_demote_pde: success for va %#lx in pmap %p",
6035             va, pmap);
6036         return (TRUE);
6037 }
6038
6039 /*
6040  * pmap_remove_kernel_pde: Remove a kernel superpage mapping.
6041  */
6042 static void
6043 pmap_remove_kernel_pde(pmap_t pmap, pd_entry_t *pde, vm_offset_t va)
6044 {
6045         pd_entry_t newpde;
6046         vm_paddr_t mptepa;
6047         vm_page_t mpte;
6048
6049         KASSERT(pmap == kernel_pmap, ("pmap %p is not kernel_pmap", pmap));
6050         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
6051         mpte = pmap_remove_pt_page(pmap, va);
6052         if (mpte == NULL)
6053                 panic("pmap_remove_kernel_pde: Missing pt page.");
6054
6055         mptepa = VM_PAGE_TO_PHYS(mpte);
6056         newpde = mptepa | X86_PG_M | X86_PG_A | X86_PG_RW | X86_PG_V;
6057
6058         /*
6059          * If this page table page was unmapped by a promotion, then it
6060          * contains valid mappings.  Zero it to invalidate those mappings.
6061          */
6062         if (mpte->valid != 0)
6063                 pagezero((void *)PHYS_TO_DMAP(mptepa));
6064
6065         /*
6066          * Demote the mapping.
6067          */
6068         if (workaround_erratum383)
6069                 pmap_update_pde(pmap, va, pde, newpde);
6070         else
6071                 pde_store(pde, newpde);
6072
6073         /*
6074          * Invalidate a stale recursive mapping of the page table page.
6075          */
6076         pmap_invalidate_page(pmap, (vm_offset_t)vtopte(va));
6077 }
6078
6079 /*
6080  * pmap_remove_pde: do the things to unmap a superpage in a process
6081  */
6082 static int
6083 pmap_remove_pde(pmap_t pmap, pd_entry_t *pdq, vm_offset_t sva,
6084     struct spglist *free, struct rwlock **lockp)
6085 {
6086         struct md_page *pvh;
6087         pd_entry_t oldpde;
6088         vm_offset_t eva, va;
6089         vm_page_t m, mpte;
6090         pt_entry_t PG_G, PG_A, PG_M, PG_RW;
6091
6092         PG_G = pmap_global_bit(pmap);
6093         PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
6094         PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
6095         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
6096
6097         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
6098         KASSERT((sva & PDRMASK) == 0,
6099             ("pmap_remove_pde: sva is not 2mpage aligned"));
6100         oldpde = pte_load_clear(pdq);
6101         if (oldpde & PG_W)
6102                 pmap->pm_stats.wired_count -= NBPDR / PAGE_SIZE;
6103         if ((oldpde & PG_G) != 0)
6104                 pmap_invalidate_pde_page(kernel_pmap, sva, oldpde);
6105         pmap_resident_count_adj(pmap, -NBPDR / PAGE_SIZE);
6106         if (oldpde & PG_MANAGED) {
6107                 CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_PHYS(lockp, oldpde & PG_PS_FRAME);
6108                 pvh = pa_to_pvh(oldpde & PG_PS_FRAME);
6109                 pmap_pvh_free(pvh, pmap, sva);
6110                 eva = sva + NBPDR;
6111                 for (va = sva, m = PHYS_TO_VM_PAGE(oldpde & PG_PS_FRAME);
6112                     va < eva; va += PAGE_SIZE, m++) {
6113                         if ((oldpde & (PG_M | PG_RW)) == (PG_M | PG_RW))
6114                                 vm_page_dirty(m);
6115                         if (oldpde & PG_A)
6116                                 vm_page_aflag_set(m, PGA_REFERENCED);
6117                         if (TAILQ_EMPTY(&m->md.pv_list) &&
6118                             TAILQ_EMPTY(&pvh->pv_list))
6119                                 vm_page_aflag_clear(m, PGA_WRITEABLE);
6120                         pmap_delayed_invl_page(m);
6121                 }
6122         }
6123         if (pmap == kernel_pmap) {
6124                 pmap_remove_kernel_pde(pmap, pdq, sva);
6125         } else {
6126                 mpte = pmap_remove_pt_page(pmap, sva);
6127                 if (mpte != NULL) {
6128                         KASSERT(mpte->valid == VM_PAGE_BITS_ALL,
6129                             ("pmap_remove_pde: pte page not promoted"));
6130                         pmap_resident_count_adj(pmap, -1);
6131                         KASSERT(mpte->ref_count == NPTEPG,
6132                             ("pmap_remove_pde: pte page ref count error"));
6133                         mpte->ref_count = 0;
6134                         pmap_add_delayed_free_list(mpte, free, FALSE);
6135                 }
6136         }
6137         return (pmap_unuse_pt(pmap, sva, *pmap_pdpe(pmap, sva), free));
6138 }
6139
6140 /*
6141  * pmap_remove_pte: do the things to unmap a page in a process
6142  */
6143 static int
6144 pmap_remove_pte(pmap_t pmap, pt_entry_t *ptq, vm_offset_t va, 
6145     pd_entry_t ptepde, struct spglist *free, struct rwlock **lockp)
6146 {
6147         struct md_page *pvh;
6148         pt_entry_t oldpte, PG_A, PG_M, PG_RW;
6149         vm_page_t m;
6150
6151         PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
6152         PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
6153         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
6154
6155         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
6156         oldpte = pte_load_clear(ptq);
6157         if (oldpte & PG_W)
6158                 pmap->pm_stats.wired_count -= 1;
6159         pmap_resident_count_adj(pmap, -1);
6160         if (oldpte & PG_MANAGED) {
6161                 m = PHYS_TO_VM_PAGE(oldpte & PG_FRAME);
6162                 if ((oldpte & (PG_M | PG_RW)) == (PG_M | PG_RW))
6163                         vm_page_dirty(m);
6164                 if (oldpte & PG_A)
6165                         vm_page_aflag_set(m, PGA_REFERENCED);
6166                 CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_VM_PAGE(lockp, m);
6167                 pmap_pvh_free(&m->md, pmap, va);
6168                 if (TAILQ_EMPTY(&m->md.pv_list) &&
6169                     (m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0) {
6170                         pvh = pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
6171                         if (TAILQ_EMPTY(&pvh->pv_list))
6172                                 vm_page_aflag_clear(m, PGA_WRITEABLE);
6173                 }
6174                 pmap_delayed_invl_page(m);
6175         }
6176         return (pmap_unuse_pt(pmap, va, ptepde, free));
6177 }
6178
6179 /*
6180  * Remove a single page from a process address space
6181  */
6182 static void
6183 pmap_remove_page(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t *pde,
6184     struct spglist *free)
6185 {
6186         struct rwlock *lock;
6187         pt_entry_t *pte, PG_V;
6188
6189         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
6190         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
6191         if ((*pde & PG_V) == 0)
6192                 return;
6193         pte = pmap_pde_to_pte(pde, va);
6194         if ((*pte & PG_V) == 0)
6195                 return;
6196         lock = NULL;
6197         pmap_remove_pte(pmap, pte, va, *pde, free, &lock);
6198         if (lock != NULL)
6199                 rw_wunlock(lock);
6200         pmap_invalidate_page(pmap, va);
6201 }
6202
6203 /*
6204  * Removes the specified range of addresses from the page table page.
6205  */
6206 static bool
6207 pmap_remove_ptes(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva,
6208     pd_entry_t *pde, struct spglist *free, struct rwlock **lockp)
6209 {
6210         pt_entry_t PG_G, *pte;
6211         vm_offset_t va;
6212         bool anyvalid;
6213
6214         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
6215         PG_G = pmap_global_bit(pmap);
6216         anyvalid = false;
6217         va = eva;
6218         for (pte = pmap_pde_to_pte(pde, sva); sva != eva; pte++,
6219             sva += PAGE_SIZE) {
6220                 if (*pte == 0) {
6221                         if (va != eva) {
6222                                 pmap_invalidate_range(pmap, va, sva);
6223                                 va = eva;
6224                         }
6225                         continue;
6226                 }
6227                 if ((*pte & PG_G) == 0)
6228                         anyvalid = true;
6229                 else if (va == eva)
6230                         va = sva;
6231                 if (pmap_remove_pte(pmap, pte, sva, *pde, free, lockp)) {
6232                         sva += PAGE_SIZE;
6233                         break;
6234                 }
6235         }
6236         if (va != eva)
6237                 pmap_invalidate_range(pmap, va, sva);
6238         return (anyvalid);
6239 }
6240
6241 /*
6242  *      Remove the given range of addresses from the specified map.
6243  *
6244  *      It is assumed that the start and end are properly
6245  *      rounded to the page size.
6246  */
6247 void
6248 pmap_remove(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
6249 {
6250         struct rwlock *lock;
6251         vm_page_t mt;
6252         vm_offset_t va_next;
6253         pml5_entry_t *pml5e;
6254         pml4_entry_t *pml4e;
6255         pdp_entry_t *pdpe;
6256         pd_entry_t ptpaddr, *pde;
6257         pt_entry_t PG_G, PG_V;
6258         struct spglist free;
6259         int anyvalid;
6260
6261         PG_G = pmap_global_bit(pmap);
6262         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
6263
6264         /*
6265          * Perform an unsynchronized read.  This is, however, safe.
6266          */
6267         if (pmap->pm_stats.resident_count == 0)
6268                 return;
6269
6270         anyvalid = 0;
6271         SLIST_INIT(&free);
6272
6273         pmap_delayed_invl_start();
6274         PMAP_LOCK(pmap);
6275         pmap_pkru_on_remove(pmap, sva, eva);
6276
6277         /*
6278          * special handling of removing one page.  a very
6279          * common operation and easy to short circuit some
6280          * code.
6281          */
6282         if (sva + PAGE_SIZE == eva) {
6283                 pde = pmap_pde(pmap, sva);
6284                 if (pde && (*pde & PG_PS) == 0) {
6285                         pmap_remove_page(pmap, sva, pde, &free);
6286                         goto out;
6287                 }
6288         }
6289
6290         lock = NULL;
6291         for (; sva < eva; sva = va_next) {
6292                 if (pmap->pm_stats.resident_count == 0)
6293                         break;
6294
6295                 if (pmap_is_la57(pmap)) {
6296                         pml5e = pmap_pml5e(pmap, sva);
6297                         if ((*pml5e & PG_V) == 0) {
6298                                 va_next = (sva + NBPML5) & ~PML5MASK;
6299                                 if (va_next < sva)
6300                                         va_next = eva;
6301                                 continue;
6302                         }
6303                         pml4e = pmap_pml5e_to_pml4e(pml5e, sva);
6304                 } else {
6305                         pml4e = pmap_pml4e(pmap, sva);
6306                 }
6307                 if ((*pml4e & PG_V) == 0) {
6308                         va_next = (sva + NBPML4) & ~PML4MASK;
6309                         if (va_next < sva)
6310                                 va_next = eva;
6311                         continue;
6312                 }
6313
6314                 va_next = (sva + NBPDP) & ~PDPMASK;
6315                 if (va_next < sva)
6316                         va_next = eva;
6317                 pdpe = pmap_pml4e_to_pdpe(pml4e, sva);
6318                 if ((*pdpe & PG_V) == 0)
6319                         continue;
6320                 if ((*pdpe & PG_PS) != 0) {
6321                         KASSERT(va_next <= eva,
6322                             ("partial update of non-transparent 1G mapping "
6323                             "pdpe %#lx sva %#lx eva %#lx va_next %#lx",
6324                             *pdpe, sva, eva, va_next));
6325                         MPASS(pmap != kernel_pmap); /* XXXKIB */
6326                         MPASS((*pdpe & (PG_MANAGED | PG_G)) == 0);
6327                         anyvalid = 1;
6328                         *pdpe = 0;
6329                         pmap_resident_count_adj(pmap, -NBPDP / PAGE_SIZE);
6330                         mt = PHYS_TO_VM_PAGE(*pmap_pml4e(pmap, sva) & PG_FRAME);
6331                         pmap_unwire_ptp(pmap, sva, mt, &free);
6332                         continue;
6333                 }
6334
6335                 /*
6336                  * Calculate index for next page table.
6337                  */
6338                 va_next = (sva + NBPDR) & ~PDRMASK;
6339                 if (va_next < sva)
6340                         va_next = eva;
6341
6342                 pde = pmap_pdpe_to_pde(pdpe, sva);
6343                 ptpaddr = *pde;
6344
6345                 /*
6346                  * Weed out invalid mappings.
6347                  */
6348                 if (ptpaddr == 0)
6349                         continue;
6350
6351                 /*
6352                  * Check for large page.
6353                  */
6354                 if ((ptpaddr & PG_PS) != 0) {
6355                         /*
6356                          * Are we removing the entire large page?  If not,
6357                          * demote the mapping and fall through.
6358                          */
6359                         if (sva + NBPDR == va_next && eva >= va_next) {
6360                                 /*
6361                                  * The TLB entry for a PG_G mapping is
6362                                  * invalidated by pmap_remove_pde().
6363                                  */
6364                                 if ((ptpaddr & PG_G) == 0)
6365                                         anyvalid = 1;
6366                                 pmap_remove_pde(pmap, pde, sva, &free, &lock);
6367                                 continue;
6368                         } else if (!pmap_demote_pde_locked(pmap, pde, sva,
6369                             &lock)) {
6370                                 /* The large page mapping was destroyed. */
6371                                 continue;
6372                         } else
6373                                 ptpaddr = *pde;
6374                 }
6375
6376                 /*
6377                  * Limit our scan to either the end of the va represented
6378                  * by the current page table page, or to the end of the
6379                  * range being removed.
6380                  */
6381                 if (va_next > eva)
6382                         va_next = eva;
6383
6384                 if (pmap_remove_ptes(pmap, sva, va_next, pde, &free, &lock))
6385                         anyvalid = 1;
6386         }
6387         if (lock != NULL)
6388                 rw_wunlock(lock);
6389 out:
6390         if (anyvalid)
6391                 pmap_invalidate_all(pmap);
6392         PMAP_UNLOCK(pmap);
6393         pmap_delayed_invl_finish();
6394         vm_page_free_pages_toq(&free, true);
6395 }
6396
6397 /*
6398  *      Routine:        pmap_remove_all
6399  *      Function:
6400  *              Removes this physical page from
6401  *              all physical maps in which it resides.
6402  *              Reflects back modify bits to the pager.
6403  *
6404  *      Notes:
6405  *              Original versions of this routine were very
6406  *              inefficient because they iteratively called
6407  *              pmap_remove (slow...)
6408  */
6409
6410 void
6411 pmap_remove_all(vm_page_t m)
6412 {
6413         struct md_page *pvh;
6414         pv_entry_t pv;
6415         pmap_t pmap;
6416         struct rwlock *lock;
6417         pt_entry_t *pte, tpte, PG_A, PG_M, PG_RW;
6418         pd_entry_t *pde;
6419         vm_offset_t va;
6420         struct spglist free;
6421         int pvh_gen, md_gen;
6422
6423         KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
6424             ("pmap_remove_all: page %p is not managed", m));
6425         SLIST_INIT(&free);
6426         lock = VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m);
6427         pvh = (m->flags & PG_FICTITIOUS) != 0 ? &pv_dummy :
6428             pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
6429         rw_wlock(lock);
6430 retry:
6431         while ((pv = TAILQ_FIRST(&pvh->pv_list)) != NULL) {
6432                 pmap = PV_PMAP(pv);
6433                 if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
6434                         pvh_gen = pvh->pv_gen;
6435                         rw_wunlock(lock);
6436                         PMAP_LOCK(pmap);
6437                         rw_wlock(lock);
6438                         if (pvh_gen != pvh->pv_gen) {
6439                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
6440                                 goto retry;
6441                         }
6442                 }
6443                 va = pv->pv_va;
6444                 pde = pmap_pde(pmap, va);
6445                 (void)pmap_demote_pde_locked(pmap, pde, va, &lock);
6446                 PMAP_UNLOCK(pmap);
6447         }
6448         while ((pv = TAILQ_FIRST(&m->md.pv_list)) != NULL) {
6449                 pmap = PV_PMAP(pv);
6450                 if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
6451                         pvh_gen = pvh->pv_gen;
6452                         md_gen = m->md.pv_gen;
6453                         rw_wunlock(lock);
6454                         PMAP_LOCK(pmap);
6455                         rw_wlock(lock);
6456                         if (pvh_gen != pvh->pv_gen || md_gen != m->md.pv_gen) {
6457                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
6458                                 goto retry;
6459                         }
6460                 }
6461                 PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
6462                 PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
6463                 PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
6464                 pmap_resident_count_adj(pmap, -1);
6465                 pde = pmap_pde(pmap, pv->pv_va);
6466                 KASSERT((*pde & PG_PS) == 0, ("pmap_remove_all: found"
6467                     " a 2mpage in page %p's pv list", m));
6468                 pte = pmap_pde_to_pte(pde, pv->pv_va);
6469                 tpte = pte_load_clear(pte);
6470                 if (tpte & PG_W)
6471                         pmap->pm_stats.wired_count--;
6472                 if (tpte & PG_A)
6473                         vm_page_aflag_set(m, PGA_REFERENCED);
6474
6475                 /*
6476                  * Update the vm_page_t clean and reference bits.
6477                  */
6478                 if ((tpte & (PG_M | PG_RW)) == (PG_M | PG_RW))
6479                         vm_page_dirty(m);
6480                 pmap_unuse_pt(pmap, pv->pv_va, *pde, &free);
6481                 pmap_invalidate_page(pmap, pv->pv_va);
6482                 TAILQ_REMOVE(&m->md.pv_list, pv, pv_next);
6483                 m->md.pv_gen++;
6484                 free_pv_entry(pmap, pv);
6485                 PMAP_UNLOCK(pmap);
6486         }
6487         vm_page_aflag_clear(m, PGA_WRITEABLE);
6488         rw_wunlock(lock);
6489         pmap_delayed_invl_wait(m);
6490         vm_page_free_pages_toq(&free, true);
6491 }
6492
6493 /*
6494  * pmap_protect_pde: do the things to protect a 2mpage in a process
6495  */
6496 static boolean_t
6497 pmap_protect_pde(pmap_t pmap, pd_entry_t *pde, vm_offset_t sva, vm_prot_t prot)
6498 {
6499         pd_entry_t newpde, oldpde;
6500         vm_page_t m, mt;
6501         boolean_t anychanged;
6502         pt_entry_t PG_G, PG_M, PG_RW;
6503
6504         PG_G = pmap_global_bit(pmap);
6505         PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
6506         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
6507
6508         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
6509         KASSERT((sva & PDRMASK) == 0,
6510             ("pmap_protect_pde: sva is not 2mpage aligned"));
6511         anychanged = FALSE;
6512 retry:
6513         oldpde = newpde = *pde;
6514         if ((prot & VM_PROT_WRITE) == 0) {
6515                 if ((oldpde & (PG_MANAGED | PG_M | PG_RW)) ==
6516                     (PG_MANAGED | PG_M | PG_RW)) {
6517                         m = PHYS_TO_VM_PAGE(oldpde & PG_PS_FRAME);
6518                         for (mt = m; mt < &m[NBPDR / PAGE_SIZE]; mt++)
6519                                 vm_page_dirty(mt);
6520                 }
6521                 newpde &= ~(PG_RW | PG_M);
6522         }
6523         if ((prot & VM_PROT_EXECUTE) == 0)
6524                 newpde |= pg_nx;
6525         if (newpde != oldpde) {
6526                 /*
6527                  * As an optimization to future operations on this PDE, clear
6528                  * PG_PROMOTED.  The impending invalidation will remove any
6529                  * lingering 4KB page mappings from the TLB.
6530                  */
6531                 if (!atomic_cmpset_long(pde, oldpde, newpde & ~PG_PROMOTED))
6532                         goto retry;
6533                 if ((oldpde & PG_G) != 0)
6534                         pmap_invalidate_pde_page(kernel_pmap, sva, oldpde);
6535                 else
6536                         anychanged = TRUE;
6537         }
6538         return (anychanged);
6539 }
6540
6541 /*
6542  *      Set the physical protection on the
6543  *      specified range of this map as requested.
6544  */
6545 void
6546 pmap_protect(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva, vm_prot_t prot)
6547 {
6548         vm_page_t m;
6549         vm_offset_t va_next;
6550         pml4_entry_t *pml4e;
6551         pdp_entry_t *pdpe;
6552         pd_entry_t ptpaddr, *pde;
6553         pt_entry_t *pte, PG_G, PG_M, PG_RW, PG_V;
6554         pt_entry_t obits, pbits;
6555         boolean_t anychanged;
6556
6557         KASSERT((prot & ~VM_PROT_ALL) == 0, ("invalid prot %x", prot));
6558         if (prot == VM_PROT_NONE) {
6559                 pmap_remove(pmap, sva, eva);
6560                 return;
6561         }
6562
6563         if ((prot & (VM_PROT_WRITE|VM_PROT_EXECUTE)) ==
6564             (VM_PROT_WRITE|VM_PROT_EXECUTE))
6565                 return;
6566
6567         PG_G = pmap_global_bit(pmap);
6568         PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
6569         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
6570         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
6571         anychanged = FALSE;
6572
6573         /*
6574          * Although this function delays and batches the invalidation
6575          * of stale TLB entries, it does not need to call
6576          * pmap_delayed_invl_start() and
6577          * pmap_delayed_invl_finish(), because it does not
6578          * ordinarily destroy mappings.  Stale TLB entries from
6579          * protection-only changes need only be invalidated before the
6580          * pmap lock is released, because protection-only changes do
6581          * not destroy PV entries.  Even operations that iterate over
6582          * a physical page's PV list of mappings, like
6583          * pmap_remove_write(), acquire the pmap lock for each
6584          * mapping.  Consequently, for protection-only changes, the
6585          * pmap lock suffices to synchronize both page table and TLB
6586          * updates.
6587          *
6588          * This function only destroys a mapping if pmap_demote_pde()
6589          * fails.  In that case, stale TLB entries are immediately
6590          * invalidated.
6591          */
6592
6593         PMAP_LOCK(pmap);
6594         for (; sva < eva; sva = va_next) {
6595                 pml4e = pmap_pml4e(pmap, sva);
6596                 if (pml4e == NULL || (*pml4e & PG_V) == 0) {
6597                         va_next = (sva + NBPML4) & ~PML4MASK;
6598                         if (va_next < sva)
6599                                 va_next = eva;
6600                         continue;
6601                 }
6602
6603                 va_next = (sva + NBPDP) & ~PDPMASK;
6604                 if (va_next < sva)
6605                         va_next = eva;
6606                 pdpe = pmap_pml4e_to_pdpe(pml4e, sva);
6607                 if ((*pdpe & PG_V) == 0)
6608                         continue;
6609                 if ((*pdpe & PG_PS) != 0) {
6610                         KASSERT(va_next <= eva,
6611                             ("partial update of non-transparent 1G mapping "
6612                             "pdpe %#lx sva %#lx eva %#lx va_next %#lx",
6613                             *pdpe, sva, eva, va_next));
6614 retry_pdpe:
6615                         obits = pbits = *pdpe;
6616                         MPASS((pbits & (PG_MANAGED | PG_G)) == 0);
6617                         MPASS(pmap != kernel_pmap); /* XXXKIB */
6618                         if ((prot & VM_PROT_WRITE) == 0)
6619                                 pbits &= ~(PG_RW | PG_M);
6620                         if ((prot & VM_PROT_EXECUTE) == 0)
6621                                 pbits |= pg_nx;
6622
6623                         if (pbits != obits) {
6624                                 if (!atomic_cmpset_long(pdpe, obits, pbits))
6625                                         /* PG_PS cannot be cleared under us, */
6626                                         goto retry_pdpe;
6627                                 anychanged = TRUE;
6628                         }
6629                         continue;
6630                 }
6631
6632                 va_next = (sva + NBPDR) & ~PDRMASK;
6633                 if (va_next < sva)
6634                         va_next = eva;
6635
6636                 pde = pmap_pdpe_to_pde(pdpe, sva);
6637                 ptpaddr = *pde;
6638
6639                 /*
6640                  * Weed out invalid mappings.
6641                  */
6642                 if (ptpaddr == 0)
6643                         continue;
6644
6645                 /*
6646                  * Check for large page.
6647                  */
6648                 if ((ptpaddr & PG_PS) != 0) {
6649                         /*
6650                          * Are we protecting the entire large page?  If not,
6651                          * demote the mapping and fall through.
6652                          */
6653                         if (sva + NBPDR == va_next && eva >= va_next) {
6654                                 /*
6655                                  * The TLB entry for a PG_G mapping is
6656                                  * invalidated by pmap_protect_pde().
6657                                  */
6658                                 if (pmap_protect_pde(pmap, pde, sva, prot))
6659                                         anychanged = TRUE;
6660                                 continue;
6661                         } else if (!pmap_demote_pde(pmap, pde, sva)) {
6662                                 /*
6663                                  * The large page mapping was destroyed.
6664                                  */
6665                                 continue;
6666                         }
6667                 }
6668
6669                 if (va_next > eva)
6670                         va_next = eva;
6671
6672                 for (pte = pmap_pde_to_pte(pde, sva); sva != va_next; pte++,
6673                     sva += PAGE_SIZE) {
6674 retry:
6675                         obits = pbits = *pte;
6676                         if ((pbits & PG_V) == 0)
6677                                 continue;
6678
6679                         if ((prot & VM_PROT_WRITE) == 0) {
6680                                 if ((pbits & (PG_MANAGED | PG_M | PG_RW)) ==
6681                                     (PG_MANAGED | PG_M | PG_RW)) {
6682                                         m = PHYS_TO_VM_PAGE(pbits & PG_FRAME);
6683                                         vm_page_dirty(m);
6684                                 }
6685                                 pbits &= ~(PG_RW | PG_M);
6686                         }
6687                         if ((prot & VM_PROT_EXECUTE) == 0)
6688                                 pbits |= pg_nx;
6689
6690                         if (pbits != obits) {
6691                                 if (!atomic_cmpset_long(pte, obits, pbits))
6692                                         goto retry;
6693                                 if (obits & PG_G)
6694                                         pmap_invalidate_page(pmap, sva);
6695                                 else
6696                                         anychanged = TRUE;
6697                         }
6698                 }
6699         }
6700         if (anychanged)
6701                 pmap_invalidate_all(pmap);
6702         PMAP_UNLOCK(pmap);
6703 }
6704
6705 #if VM_NRESERVLEVEL > 0
6706 static bool
6707 pmap_pde_ept_executable(pmap_t pmap, pd_entry_t pde)
6708 {
6709
6710         if (pmap->pm_type != PT_EPT)
6711                 return (false);
6712         return ((pde & EPT_PG_EXECUTE) != 0);
6713 }
6714
6715 /*
6716  * Tries to promote the 512, contiguous 4KB page mappings that are within a
6717  * single page table page (PTP) to a single 2MB page mapping.  For promotion
6718  * to occur, two conditions must be met: (1) the 4KB page mappings must map
6719  * aligned, contiguous physical memory and (2) the 4KB page mappings must have
6720  * identical characteristics. 
6721  */
6722 static void
6723 pmap_promote_pde(pmap_t pmap, pd_entry_t *pde, vm_offset_t va,
6724     struct rwlock **lockp)
6725 {
6726         pd_entry_t newpde;
6727         pt_entry_t *firstpte, oldpte, pa, *pte;
6728         pt_entry_t PG_G, PG_A, PG_M, PG_RW, PG_V, PG_PKU_MASK;
6729         vm_page_t mpte;
6730         int PG_PTE_CACHE;
6731
6732         PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
6733         PG_G = pmap_global_bit(pmap);
6734         PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
6735         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
6736         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
6737         PG_PKU_MASK = pmap_pku_mask_bit(pmap);
6738         PG_PTE_CACHE = pmap_cache_mask(pmap, 0);
6739
6740         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
6741
6742         /*
6743          * Examine the first PTE in the specified PTP.  Abort if this PTE is
6744          * either invalid, unused, or does not map the first 4KB physical page
6745          * within a 2MB page. 
6746          */
6747         firstpte = (pt_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(*pde & PG_FRAME);
6748         newpde = *firstpte;
6749         if ((newpde & ((PG_FRAME & PDRMASK) | PG_A | PG_V)) != (PG_A | PG_V) ||
6750             !pmap_allow_2m_x_page(pmap, pmap_pde_ept_executable(pmap,
6751             newpde))) {
6752                 counter_u64_add(pmap_pde_p_failures, 1);
6753                 CTR2(KTR_PMAP, "pmap_promote_pde: failure for va %#lx"
6754                     " in pmap %p", va, pmap);
6755                 return;
6756         }
6757 setpde:
6758         if ((newpde & (PG_M | PG_RW)) == PG_RW) {
6759                 /*
6760                  * When PG_M is already clear, PG_RW can be cleared without
6761                  * a TLB invalidation.
6762                  */
6763                 if (!atomic_fcmpset_long(firstpte, &newpde, newpde & ~PG_RW))
6764                         goto setpde;
6765                 newpde &= ~PG_RW;
6766         }
6767
6768         /*
6769          * Examine each of the other PTEs in the specified PTP.  Abort if this
6770          * PTE maps an unexpected 4KB physical page or does not have identical
6771          * characteristics to the first PTE.
6772          */
6773         pa = (newpde & (PG_PS_FRAME | PG_A | PG_V)) + NBPDR - PAGE_SIZE;
6774         for (pte = firstpte + NPTEPG - 1; pte > firstpte; pte--) {
6775                 oldpte = *pte;
6776                 if ((oldpte & (PG_FRAME | PG_A | PG_V)) != pa) {
6777                         counter_u64_add(pmap_pde_p_failures, 1);
6778                         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_promote_pde: failure for va %#lx"
6779                             " in pmap %p", va, pmap);
6780                         return;
6781                 }
6782 setpte:
6783                 if ((oldpte & (PG_M | PG_RW)) == PG_RW) {
6784                         /*
6785                          * When PG_M is already clear, PG_RW can be cleared
6786                          * without a TLB invalidation.
6787                          */
6788                         if (!atomic_fcmpset_long(pte, &oldpte, oldpte & ~PG_RW))
6789                                 goto setpte;
6790                         oldpte &= ~PG_RW;
6791                         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_promote_pde: protect for va %#lx"
6792                             " in pmap %p", (oldpte & PG_FRAME & PDRMASK) |
6793                             (va & ~PDRMASK), pmap);
6794                 }
6795                 if ((oldpte & PG_PTE_PROMOTE) != (newpde & PG_PTE_PROMOTE)) {
6796                         counter_u64_add(pmap_pde_p_failures, 1);
6797                         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_promote_pde: failure for va %#lx"
6798                             " in pmap %p", va, pmap);
6799                         return;
6800                 }
6801                 pa -= PAGE_SIZE;
6802         }
6803
6804         /*
6805          * Save the page table page in its current state until the PDE
6806          * mapping the superpage is demoted by pmap_demote_pde() or
6807          * destroyed by pmap_remove_pde(). 
6808          */
6809         mpte = PHYS_TO_VM_PAGE(*pde & PG_FRAME);
6810         KASSERT(mpte >= vm_page_array &&
6811             mpte < &vm_page_array[vm_page_array_size],
6812             ("pmap_promote_pde: page table page is out of range"));
6813         KASSERT(mpte->pindex == pmap_pde_pindex(va),
6814             ("pmap_promote_pde: page table page's pindex is wrong "
6815             "mpte %p pidx %#lx va %#lx va pde pidx %#lx",
6816             mpte, mpte->pindex, va, pmap_pde_pindex(va)));
6817         if (pmap_insert_pt_page(pmap, mpte, true)) {
6818                 counter_u64_add(pmap_pde_p_failures, 1);
6819                 CTR2(KTR_PMAP,
6820                     "pmap_promote_pde: failure for va %#lx in pmap %p", va,
6821                     pmap);
6822                 return;
6823         }
6824
6825         /*
6826          * Promote the pv entries.
6827          */
6828         if ((newpde & PG_MANAGED) != 0)
6829                 pmap_pv_promote_pde(pmap, va, newpde & PG_PS_FRAME, lockp);
6830
6831         /*
6832          * Propagate the PAT index to its proper position.
6833          */
6834         newpde = pmap_swap_pat(pmap, newpde);
6835
6836         /*
6837          * Map the superpage.
6838          */
6839         if (workaround_erratum383)
6840                 pmap_update_pde(pmap, va, pde, PG_PS | newpde);
6841         else
6842                 pde_store(pde, PG_PROMOTED | PG_PS | newpde);
6843
6844         counter_u64_add(pmap_pde_promotions, 1);
6845         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_promote_pde: success for va %#lx"
6846             " in pmap %p", va, pmap);
6847 }
6848 #endif /* VM_NRESERVLEVEL > 0 */
6849
6850 static int
6851 pmap_enter_largepage(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pt_entry_t newpte, int flags,
6852     int psind)
6853 {
6854         vm_page_t mp;
6855         pt_entry_t origpte, *pml4e, *pdpe, *pde, pten, PG_V;
6856
6857         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
6858         KASSERT(psind > 0 && psind < MAXPAGESIZES && pagesizes[psind] != 0,
6859             ("psind %d unexpected", psind));
6860         KASSERT(((newpte & PG_FRAME) & (pagesizes[psind] - 1)) == 0,
6861             ("unaligned phys address %#lx newpte %#lx psind %d",
6862             newpte & PG_FRAME, newpte, psind));
6863         KASSERT((va & (pagesizes[psind] - 1)) == 0,
6864             ("unaligned va %#lx psind %d", va, psind));
6865         KASSERT(va < VM_MAXUSER_ADDRESS,
6866             ("kernel mode non-transparent superpage")); /* XXXKIB */
6867         KASSERT(va + pagesizes[psind] < VM_MAXUSER_ADDRESS,
6868             ("overflowing user map va %#lx psind %d", va, psind)); /* XXXKIB */
6869
6870         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
6871
6872 restart:
6873         if (!pmap_pkru_same(pmap, va, va + pagesizes[psind]))
6874                 return (KERN_PROTECTION_FAILURE);
6875         pten = newpte;
6876         if (va < VM_MAXUSER_ADDRESS && pmap->pm_type == PT_X86)
6877                 pten |= pmap_pkru_get(pmap, va);
6878
6879         if (psind == 2) {       /* 1G */
6880                 pml4e = pmap_pml4e(pmap, va);
6881                 if (pml4e == NULL || (*pml4e & PG_V) == 0) {
6882                         mp = pmap_allocpte_alloc(pmap, pmap_pml4e_pindex(va),
6883                             NULL, va);
6884                         if (mp == NULL)
6885                                 goto allocf;
6886                         pdpe = (pdp_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(mp));
6887                         pdpe = &pdpe[pmap_pdpe_index(va)];
6888                         origpte = *pdpe;
6889                         MPASS(origpte == 0);
6890                 } else {
6891                         pdpe = pmap_pml4e_to_pdpe(pml4e, va);
6892                         KASSERT(pdpe != NULL, ("va %#lx lost pdpe", va));
6893                         origpte = *pdpe;
6894                         if ((origpte & PG_V) == 0) {
6895                                 mp = PHYS_TO_VM_PAGE(*pml4e & PG_FRAME);
6896                                 mp->ref_count++;
6897                         }
6898                 }
6899                 *pdpe = pten;
6900         } else /* (psind == 1) */ {     /* 2M */
6901                 pde = pmap_pde(pmap, va);
6902                 if (pde == NULL) {
6903                         mp = pmap_allocpte_alloc(pmap, pmap_pdpe_pindex(va),
6904                             NULL, va);
6905                         if (mp == NULL)
6906                                 goto allocf;
6907                         pde = (pd_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(mp));
6908                         pde = &pde[pmap_pde_index(va)];
6909                         origpte = *pde;
6910                         MPASS(origpte == 0);
6911                 } else {
6912                         origpte = *pde;
6913                         if ((origpte & PG_V) == 0) {
6914                                 pdpe = pmap_pdpe(pmap, va);
6915                                 MPASS(pdpe != NULL && (*pdpe & PG_V) != 0);
6916                                 mp = PHYS_TO_VM_PAGE(*pdpe & PG_FRAME);
6917                                 mp->ref_count++;
6918                         }
6919                 }
6920                 *pde = pten;
6921         }
6922         KASSERT((origpte & PG_V) == 0 || ((origpte & PG_PS) != 0 &&
6923             (origpte & PG_PS_FRAME) == (pten & PG_PS_FRAME)),
6924             ("va %#lx changing %s phys page origpte %#lx pten %#lx",
6925             va, psind == 2 ? "1G" : "2M", origpte, pten));
6926         if ((pten & PG_W) != 0 && (origpte & PG_W) == 0)
6927                 pmap->pm_stats.wired_count += pagesizes[psind] / PAGE_SIZE;
6928         else if ((pten & PG_W) == 0 && (origpte & PG_W) != 0)
6929                 pmap->pm_stats.wired_count -= pagesizes[psind] / PAGE_SIZE;
6930         if ((origpte & PG_V) == 0)
6931                 pmap_resident_count_adj(pmap, pagesizes[psind] / PAGE_SIZE);
6932
6933         return (KERN_SUCCESS);
6934
6935 allocf:
6936         if ((flags & PMAP_ENTER_NOSLEEP) != 0)
6937                 return (KERN_RESOURCE_SHORTAGE);
6938         PMAP_UNLOCK(pmap);
6939         vm_wait(NULL);
6940         PMAP_LOCK(pmap);
6941         goto restart;
6942 }
6943
6944 /*
6945  *      Insert the given physical page (p) at
6946  *      the specified virtual address (v) in the
6947  *      target physical map with the protection requested.
6948  *
6949  *      If specified, the page will be wired down, meaning
6950  *      that the related pte can not be reclaimed.
6951  *
6952  *      NB:  This is the only routine which MAY NOT lazy-evaluate
6953  *      or lose information.  That is, this routine must actually
6954  *      insert this page into the given map NOW.
6955  *
6956  *      When destroying both a page table and PV entry, this function
6957  *      performs the TLB invalidation before releasing the PV list
6958  *      lock, so we do not need pmap_delayed_invl_page() calls here.
6959  */
6960 int
6961 pmap_enter(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m, vm_prot_t prot,
6962     u_int flags, int8_t psind)
6963 {
6964         struct rwlock *lock;
6965         pd_entry_t *pde;
6966         pt_entry_t *pte, PG_G, PG_A, PG_M, PG_RW, PG_V;
6967         pt_entry_t newpte, origpte;
6968         pv_entry_t pv;
6969         vm_paddr_t opa, pa;
6970         vm_page_t mpte, om;
6971         int rv;
6972         boolean_t nosleep;
6973
6974         PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
6975         PG_G = pmap_global_bit(pmap);
6976         PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
6977         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
6978         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
6979
6980         va = trunc_page(va);
6981         KASSERT(va <= VM_MAX_KERNEL_ADDRESS, ("pmap_enter: toobig"));
6982         KASSERT(va < UPT_MIN_ADDRESS || va >= UPT_MAX_ADDRESS,
6983             ("pmap_enter: invalid to pmap_enter page table pages (va: 0x%lx)",
6984             va));
6985         KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) != 0 || !VA_IS_CLEANMAP(va),
6986             ("pmap_enter: managed mapping within the clean submap"));
6987         if ((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0)
6988                 VM_PAGE_OBJECT_BUSY_ASSERT(m);
6989         KASSERT((flags & PMAP_ENTER_RESERVED) == 0,
6990             ("pmap_enter: flags %u has reserved bits set", flags));
6991         pa = VM_PAGE_TO_PHYS(m);
6992         newpte = (pt_entry_t)(pa | PG_A | PG_V);
6993         if ((flags & VM_PROT_WRITE) != 0)
6994                 newpte |= PG_M;
6995         if ((prot & VM_PROT_WRITE) != 0)
6996                 newpte |= PG_RW;
6997         KASSERT((newpte & (PG_M | PG_RW)) != PG_M,
6998             ("pmap_enter: flags includes VM_PROT_WRITE but prot doesn't"));
6999         if ((prot & VM_PROT_EXECUTE) == 0)
7000                 newpte |= pg_nx;
7001         if ((flags & PMAP_ENTER_WIRED) != 0)
7002                 newpte |= PG_W;
7003         if (va < VM_MAXUSER_ADDRESS)
7004                 newpte |= PG_U;
7005         if (pmap == kernel_pmap)
7006                 newpte |= PG_G;
7007         newpte |= pmap_cache_bits(pmap, m->md.pat_mode, psind > 0);
7008
7009         /*
7010          * Set modified bit gratuitously for writeable mappings if
7011          * the page is unmanaged. We do not want to take a fault
7012          * to do the dirty bit accounting for these mappings.
7013          */
7014         if ((m->oflags & VPO_UNMANAGED) != 0) {
7015                 if ((newpte & PG_RW) != 0)
7016                         newpte |= PG_M;
7017         } else
7018                 newpte |= PG_MANAGED;
7019
7020         lock = NULL;
7021         PMAP_LOCK(pmap);
7022         if ((flags & PMAP_ENTER_LARGEPAGE) != 0) {
7023                 KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) != 0,
7024                     ("managed largepage va %#lx flags %#x", va, flags));
7025                 rv = pmap_enter_largepage(pmap, va, newpte | PG_PS, flags,
7026                     psind);
7027                 goto out;
7028         }
7029         if (psind == 1) {
7030                 /* Assert the required virtual and physical alignment. */ 
7031                 KASSERT((va & PDRMASK) == 0, ("pmap_enter: va unaligned"));
7032                 KASSERT(m->psind > 0, ("pmap_enter: m->psind < psind"));
7033                 rv = pmap_enter_pde(pmap, va, newpte | PG_PS, flags, m, &lock);
7034                 goto out;
7035         }
7036         mpte = NULL;
7037
7038         /*
7039          * In the case that a page table page is not
7040          * resident, we are creating it here.
7041          */
7042 retry:
7043         pde = pmap_pde(pmap, va);
7044         if (pde != NULL && (*pde & PG_V) != 0 && ((*pde & PG_PS) == 0 ||
7045             pmap_demote_pde_locked(pmap, pde, va, &lock))) {
7046                 pte = pmap_pde_to_pte(pde, va);
7047                 if (va < VM_MAXUSER_ADDRESS && mpte == NULL) {
7048                         mpte = PHYS_TO_VM_PAGE(*pde & PG_FRAME);
7049                         mpte->ref_count++;
7050                 }
7051         } else if (va < VM_MAXUSER_ADDRESS) {
7052                 /*
7053                  * Here if the pte page isn't mapped, or if it has been
7054                  * deallocated.
7055                  */
7056                 nosleep = (flags & PMAP_ENTER_NOSLEEP) != 0;
7057                 mpte = pmap_allocpte_alloc(pmap, pmap_pde_pindex(va),
7058                     nosleep ? NULL : &lock, va);
7059                 if (mpte == NULL && nosleep) {
7060                         rv = KERN_RESOURCE_SHORTAGE;
7061                         goto out;
7062                 }
7063                 goto retry;
7064         } else
7065                 panic("pmap_enter: invalid page directory va=%#lx", va);
7066
7067         origpte = *pte;
7068         pv = NULL;
7069         if (va < VM_MAXUSER_ADDRESS && pmap->pm_type == PT_X86)
7070                 newpte |= pmap_pkru_get(pmap, va);
7071
7072         /*
7073          * Is the specified virtual address already mapped?
7074          */
7075         if ((origpte & PG_V) != 0) {
7076                 /*
7077                  * Wiring change, just update stats. We don't worry about
7078                  * wiring PT pages as they remain resident as long as there
7079                  * are valid mappings in them. Hence, if a user page is wired,
7080                  * the PT page will be also.
7081                  */
7082                 if ((newpte & PG_W) != 0 && (origpte & PG_W) == 0)
7083                         pmap->pm_stats.wired_count++;
7084                 else if ((newpte & PG_W) == 0 && (origpte & PG_W) != 0)
7085                         pmap->pm_stats.wired_count--;
7086
7087                 /*
7088                  * Remove the extra PT page reference.
7089                  */
7090                 if (mpte != NULL) {
7091                         mpte->ref_count--;
7092                         KASSERT(mpte->ref_count > 0,
7093                             ("pmap_enter: missing reference to page table page,"
7094                              " va: 0x%lx", va));
7095                 }
7096
7097                 /*
7098                  * Has the physical page changed?
7099                  */
7100                 opa = origpte & PG_FRAME;
7101                 if (opa == pa) {
7102                         /*
7103                          * No, might be a protection or wiring change.
7104                          */
7105                         if ((origpte & PG_MANAGED) != 0 &&
7106                             (newpte & PG_RW) != 0)
7107                                 vm_page_aflag_set(m, PGA_WRITEABLE);
7108                         if (((origpte ^ newpte) & ~(PG_M | PG_A)) == 0)
7109                                 goto unchanged;
7110                         goto validate;
7111                 }
7112
7113                 /*
7114                  * The physical page has changed.  Temporarily invalidate
7115                  * the mapping.  This ensures that all threads sharing the
7116                  * pmap keep a consistent view of the mapping, which is
7117                  * necessary for the correct handling of COW faults.  It
7118                  * also permits reuse of the old mapping's PV entry,
7119                  * avoiding an allocation.
7120                  *
7121                  * For consistency, handle unmanaged mappings the same way.
7122                  */
7123                 origpte = pte_load_clear(pte);
7124                 KASSERT((origpte & PG_FRAME) == opa,
7125                     ("pmap_enter: unexpected pa update for %#lx", va));
7126                 if ((origpte & PG_MANAGED) != 0) {
7127                         om = PHYS_TO_VM_PAGE(opa);
7128
7129                         /*
7130                          * The pmap lock is sufficient to synchronize with
7131                          * concurrent calls to pmap_page_test_mappings() and
7132                          * pmap_ts_referenced().
7133                          */
7134                         if ((origpte & (PG_M | PG_RW)) == (PG_M | PG_RW))
7135                                 vm_page_dirty(om);
7136                         if ((origpte & PG_A) != 0) {
7137                                 pmap_invalidate_page(pmap, va);
7138                                 vm_page_aflag_set(om, PGA_REFERENCED);
7139                         }
7140                         CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_PHYS(&lock, opa);
7141                         pv = pmap_pvh_remove(&om->md, pmap, va);
7142                         KASSERT(pv != NULL,
7143                             ("pmap_enter: no PV entry for %#lx", va));
7144                         if ((newpte & PG_MANAGED) == 0)
7145                                 free_pv_entry(pmap, pv);
7146                         if ((om->a.flags & PGA_WRITEABLE) != 0 &&
7147                             TAILQ_EMPTY(&om->md.pv_list) &&
7148                             ((om->flags & PG_FICTITIOUS) != 0 ||
7149                             TAILQ_EMPTY(&pa_to_pvh(opa)->pv_list)))
7150                                 vm_page_aflag_clear(om, PGA_WRITEABLE);
7151                 } else {
7152                         /*
7153                          * Since this mapping is unmanaged, assume that PG_A
7154                          * is set.
7155                          */
7156                         pmap_invalidate_page(pmap, va);
7157                 }
7158                 origpte = 0;
7159         } else {
7160                 /*
7161                  * Increment the counters.
7162                  */
7163                 if ((newpte & PG_W) != 0)
7164                         pmap->pm_stats.wired_count++;
7165                 pmap_resident_count_adj(pmap, 1);
7166         }
7167
7168         /*
7169          * Enter on the PV list if part of our managed memory.
7170          */
7171         if ((newpte & PG_MANAGED) != 0) {
7172                 if (pv == NULL) {
7173                         pv = get_pv_entry(pmap, &lock);
7174                         pv->pv_va = va;
7175                 }
7176                 CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_PHYS(&lock, pa);
7177                 TAILQ_INSERT_TAIL(&m->md.pv_list, pv, pv_next);
7178                 m->md.pv_gen++;
7179                 if ((newpte & PG_RW) != 0)
7180                         vm_page_aflag_set(m, PGA_WRITEABLE);
7181         }
7182
7183         /*
7184          * Update the PTE.
7185          */
7186         if ((origpte & PG_V) != 0) {
7187 validate:
7188                 origpte = pte_load_store(pte, newpte);
7189                 KASSERT((origpte & PG_FRAME) == pa,
7190                     ("pmap_enter: unexpected pa update for %#lx", va));
7191                 if ((newpte & PG_M) == 0 && (origpte & (PG_M | PG_RW)) ==
7192                     (PG_M | PG_RW)) {
7193                         if ((origpte & PG_MANAGED) != 0)
7194                                 vm_page_dirty(m);
7195
7196                         /*
7197                          * Although the PTE may still have PG_RW set, TLB
7198                          * invalidation may nonetheless be required because
7199                          * the PTE no longer has PG_M set.
7200                          */
7201                 } else if ((origpte & PG_NX) != 0 || (newpte & PG_NX) == 0) {
7202                         /*
7203                          * This PTE change does not require TLB invalidation.
7204                          */
7205                         goto unchanged;
7206                 }
7207                 if ((origpte & PG_A) != 0)
7208                         pmap_invalidate_page(pmap, va);
7209         } else
7210                 pte_store(pte, newpte);
7211
7212 unchanged:
7213
7214 #if VM_NRESERVLEVEL > 0
7215         /*
7216          * If both the page table page and the reservation are fully
7217          * populated, then attempt promotion.
7218          */
7219         if ((mpte == NULL || mpte->ref_count == NPTEPG) &&
7220             pmap_ps_enabled(pmap) &&
7221             (m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0 &&
7222             vm_reserv_level_iffullpop(m) == 0)
7223                 pmap_promote_pde(pmap, pde, va, &lock);
7224 #endif
7225
7226         rv = KERN_SUCCESS;
7227 out:
7228         if (lock != NULL)
7229                 rw_wunlock(lock);
7230         PMAP_UNLOCK(pmap);
7231         return (rv);
7232 }
7233
7234 /*
7235  * Tries to create a read- and/or execute-only 2MB page mapping.  Returns true
7236  * if successful.  Returns false if (1) a page table page cannot be allocated
7237  * without sleeping, (2) a mapping already exists at the specified virtual
7238  * address, or (3) a PV entry cannot be allocated without reclaiming another
7239  * PV entry.
7240  */
7241 static bool
7242 pmap_enter_2mpage(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m, vm_prot_t prot,
7243     struct rwlock **lockp)
7244 {
7245         pd_entry_t newpde;
7246         pt_entry_t PG_V;
7247
7248         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
7249         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
7250         newpde = VM_PAGE_TO_PHYS(m) | pmap_cache_bits(pmap, m->md.pat_mode, 1) |
7251             PG_PS | PG_V;
7252         if ((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0)
7253                 newpde |= PG_MANAGED;
7254         if ((prot & VM_PROT_EXECUTE) == 0)
7255                 newpde |= pg_nx;
7256         if (va < VM_MAXUSER_ADDRESS)
7257                 newpde |= PG_U;
7258         return (pmap_enter_pde(pmap, va, newpde, PMAP_ENTER_NOSLEEP |
7259             PMAP_ENTER_NOREPLACE | PMAP_ENTER_NORECLAIM, NULL, lockp) ==
7260             KERN_SUCCESS);
7261 }
7262
7263 /*
7264  * Returns true if every page table entry in the specified page table page is
7265  * zero.
7266  */
7267 static bool
7268 pmap_every_pte_zero(vm_paddr_t pa)
7269 {
7270         pt_entry_t *pt_end, *pte;
7271
7272         KASSERT((pa & PAGE_MASK) == 0, ("pa is misaligned"));
7273         pte = (pt_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(pa);
7274         for (pt_end = pte + NPTEPG; pte < pt_end; pte++) {
7275                 if (*pte != 0)
7276                         return (false);
7277         }
7278         return (true);
7279 }
7280
7281 /*
7282  * Tries to create the specified 2MB page mapping.  Returns KERN_SUCCESS if
7283  * the mapping was created, and either KERN_FAILURE or KERN_RESOURCE_SHORTAGE
7284  * otherwise.  Returns KERN_FAILURE if PMAP_ENTER_NOREPLACE was specified and
7285  * a mapping already exists at the specified virtual address.  Returns
7286  * KERN_RESOURCE_SHORTAGE if PMAP_ENTER_NOSLEEP was specified and a page table
7287  * page allocation failed.  Returns KERN_RESOURCE_SHORTAGE if
7288  * PMAP_ENTER_NORECLAIM was specified and a PV entry allocation failed.
7289  *
7290  * The parameter "m" is only used when creating a managed, writeable mapping.
7291  */
7292 static int
7293 pmap_enter_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t newpde, u_int flags,
7294     vm_page_t m, struct rwlock **lockp)
7295 {
7296         struct spglist free;
7297         pd_entry_t oldpde, *pde;
7298         pt_entry_t PG_G, PG_RW, PG_V;
7299         vm_page_t mt, pdpg;
7300
7301         KASSERT(pmap == kernel_pmap || (newpde & PG_W) == 0,
7302             ("pmap_enter_pde: cannot create wired user mapping"));
7303         PG_G = pmap_global_bit(pmap);
7304         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
7305         KASSERT((newpde & (pmap_modified_bit(pmap) | PG_RW)) != PG_RW,
7306             ("pmap_enter_pde: newpde is missing PG_M"));
7307         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
7308         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
7309
7310         if (!pmap_allow_2m_x_page(pmap, pmap_pde_ept_executable(pmap,
7311             newpde))) {
7312                 CTR2(KTR_PMAP, "pmap_enter_pde: 2m x blocked for va %#lx"
7313                     " in pmap %p", va, pmap);
7314                 return (KERN_FAILURE);
7315         }
7316         if ((pde = pmap_alloc_pde(pmap, va, &pdpg, (flags &
7317             PMAP_ENTER_NOSLEEP) != 0 ? NULL : lockp)) == NULL) {
7318                 CTR2(KTR_PMAP, "pmap_enter_pde: failure for va %#lx"
7319                     " in pmap %p", va, pmap);
7320                 return (KERN_RESOURCE_SHORTAGE);
7321         }
7322
7323         /*
7324          * If pkru is not same for the whole pde range, return failure
7325          * and let vm_fault() cope.  Check after pde allocation, since
7326          * it could sleep.
7327          */
7328         if (!pmap_pkru_same(pmap, va, va + NBPDR)) {
7329                 pmap_abort_ptp(pmap, va, pdpg);
7330                 return (KERN_PROTECTION_FAILURE);
7331         }
7332         if (va < VM_MAXUSER_ADDRESS && pmap->pm_type == PT_X86) {
7333                 newpde &= ~X86_PG_PKU_MASK;
7334                 newpde |= pmap_pkru_get(pmap, va);
7335         }
7336
7337         /*
7338          * If there are existing mappings, either abort or remove them.
7339          */
7340         oldpde = *pde;
7341         if ((oldpde & PG_V) != 0) {
7342                 KASSERT(pdpg == NULL || pdpg->ref_count > 1,
7343                     ("pmap_enter_pde: pdpg's reference count is too low"));
7344                 if ((flags & PMAP_ENTER_NOREPLACE) != 0 && (va <
7345                     VM_MAXUSER_ADDRESS || (oldpde & PG_PS) != 0 ||
7346                     !pmap_every_pte_zero(oldpde & PG_FRAME))) {
7347                         if (pdpg != NULL)
7348                                 pdpg->ref_count--;
7349                         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_enter_pde: failure for va %#lx"
7350                             " in pmap %p", va, pmap);
7351                         return (KERN_FAILURE);
7352                 }
7353                 /* Break the existing mapping(s). */
7354                 SLIST_INIT(&free);
7355                 if ((oldpde & PG_PS) != 0) {
7356                         /*
7357                          * The reference to the PD page that was acquired by
7358                          * pmap_alloc_pde() ensures that it won't be freed.
7359                          * However, if the PDE resulted from a promotion, then
7360                          * a reserved PT page could be freed.
7361                          */
7362                         (void)pmap_remove_pde(pmap, pde, va, &free, lockp);
7363                         if ((oldpde & PG_G) == 0)
7364                                 pmap_invalidate_pde_page(pmap, va, oldpde);
7365                 } else {
7366                         pmap_delayed_invl_start();
7367                         if (pmap_remove_ptes(pmap, va, va + NBPDR, pde, &free,
7368                             lockp))
7369                                pmap_invalidate_all(pmap);
7370                         pmap_delayed_invl_finish();
7371                 }
7372                 if (va < VM_MAXUSER_ADDRESS) {
7373                         vm_page_free_pages_toq(&free, true);
7374                         KASSERT(*pde == 0, ("pmap_enter_pde: non-zero pde %p",
7375                             pde));
7376                 } else {
7377                         KASSERT(SLIST_EMPTY(&free),
7378                             ("pmap_enter_pde: freed kernel page table page"));
7379
7380                         /*
7381                          * Both pmap_remove_pde() and pmap_remove_ptes() will
7382                          * leave the kernel page table page zero filled.
7383                          */
7384                         mt = PHYS_TO_VM_PAGE(*pde & PG_FRAME);
7385                         if (pmap_insert_pt_page(pmap, mt, false))
7386                                 panic("pmap_enter_pde: trie insert failed");
7387                 }
7388         }
7389
7390         if ((newpde & PG_MANAGED) != 0) {
7391                 /*
7392                  * Abort this mapping if its PV entry could not be created.
7393                  */
7394                 if (!pmap_pv_insert_pde(pmap, va, newpde, flags, lockp)) {
7395                         if (pdpg != NULL)
7396                                 pmap_abort_ptp(pmap, va, pdpg);
7397                         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_enter_pde: failure for va %#lx"
7398                             " in pmap %p", va, pmap);
7399                         return (KERN_RESOURCE_SHORTAGE);
7400                 }
7401                 if ((newpde & PG_RW) != 0) {
7402                         for (mt = m; mt < &m[NBPDR / PAGE_SIZE]; mt++)
7403                                 vm_page_aflag_set(mt, PGA_WRITEABLE);
7404                 }
7405         }
7406
7407         /*
7408          * Increment counters.
7409          */
7410         if ((newpde & PG_W) != 0)
7411                 pmap->pm_stats.wired_count += NBPDR / PAGE_SIZE;
7412         pmap_resident_count_adj(pmap, NBPDR / PAGE_SIZE);
7413
7414         /*
7415          * Map the superpage.  (This is not a promoted mapping; there will not
7416          * be any lingering 4KB page mappings in the TLB.)
7417          */
7418         pde_store(pde, newpde);
7419
7420         counter_u64_add(pmap_pde_mappings, 1);
7421         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_enter_pde: success for va %#lx in pmap %p",
7422             va, pmap);
7423         return (KERN_SUCCESS);
7424 }
7425
7426 /*
7427  * Maps a sequence of resident pages belonging to the same object.
7428  * The sequence begins with the given page m_start.  This page is
7429  * mapped at the given virtual address start.  Each subsequent page is
7430  * mapped at a virtual address that is offset from start by the same
7431  * amount as the page is offset from m_start within the object.  The
7432  * last page in the sequence is the page with the largest offset from
7433  * m_start that can be mapped at a virtual address less than the given
7434  * virtual address end.  Not every virtual page between start and end
7435  * is mapped; only those for which a resident page exists with the
7436  * corresponding offset from m_start are mapped.
7437  */
7438 void
7439 pmap_enter_object(pmap_t pmap, vm_offset_t start, vm_offset_t end,
7440     vm_page_t m_start, vm_prot_t prot)
7441 {
7442         struct rwlock *lock;
7443         vm_offset_t va;
7444         vm_page_t m, mpte;
7445         vm_pindex_t diff, psize;
7446
7447         VM_OBJECT_ASSERT_LOCKED(m_start->object);
7448
7449         psize = atop(end - start);
7450         mpte = NULL;
7451         m = m_start;
7452         lock = NULL;
7453         PMAP_LOCK(pmap);
7454         while (m != NULL && (diff = m->pindex - m_start->pindex) < psize) {
7455                 va = start + ptoa(diff);
7456                 if ((va & PDRMASK) == 0 && va + NBPDR <= end &&
7457                     m->psind == 1 && pmap_ps_enabled(pmap) &&
7458                     pmap_enter_2mpage(pmap, va, m, prot, &lock))
7459                         m = &m[NBPDR / PAGE_SIZE - 1];
7460                 else
7461                         mpte = pmap_enter_quick_locked(pmap, va, m, prot,
7462                             mpte, &lock);
7463                 m = TAILQ_NEXT(m, listq);
7464         }
7465         if (lock != NULL)
7466                 rw_wunlock(lock);
7467         PMAP_UNLOCK(pmap);
7468 }
7469
7470 /*
7471  * this code makes some *MAJOR* assumptions:
7472  * 1. Current pmap & pmap exists.
7473  * 2. Not wired.
7474  * 3. Read access.
7475  * 4. No page table pages.
7476  * but is *MUCH* faster than pmap_enter...
7477  */
7478
7479 void
7480 pmap_enter_quick(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m, vm_prot_t prot)
7481 {
7482         struct rwlock *lock;
7483
7484         lock = NULL;
7485         PMAP_LOCK(pmap);
7486         (void)pmap_enter_quick_locked(pmap, va, m, prot, NULL, &lock);
7487         if (lock != NULL)
7488                 rw_wunlock(lock);
7489         PMAP_UNLOCK(pmap);
7490 }
7491
7492 static vm_page_t
7493 pmap_enter_quick_locked(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m,
7494     vm_prot_t prot, vm_page_t mpte, struct rwlock **lockp)
7495 {
7496         pt_entry_t newpte, *pte, PG_V;
7497
7498         KASSERT(!VA_IS_CLEANMAP(va) ||
7499             (m->oflags & VPO_UNMANAGED) != 0,
7500             ("pmap_enter_quick_locked: managed mapping within the clean submap"));
7501         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
7502         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
7503
7504         /*
7505          * In the case that a page table page is not
7506          * resident, we are creating it here.
7507          */
7508         if (va < VM_MAXUSER_ADDRESS) {
7509                 vm_pindex_t ptepindex;
7510                 pd_entry_t *ptepa;
7511
7512                 /*
7513                  * Calculate pagetable page index
7514                  */
7515                 ptepindex = pmap_pde_pindex(va);
7516                 if (mpte && (mpte->pindex == ptepindex)) {
7517                         mpte->ref_count++;
7518                 } else {
7519                         /*
7520                          * Get the page directory entry
7521                          */
7522                         ptepa = pmap_pde(pmap, va);
7523
7524                         /*
7525                          * If the page table page is mapped, we just increment
7526                          * the hold count, and activate it.  Otherwise, we
7527                          * attempt to allocate a page table page.  If this
7528                          * attempt fails, we don't retry.  Instead, we give up.
7529                          */
7530                         if (ptepa && (*ptepa & PG_V) != 0) {
7531                                 if (*ptepa & PG_PS)
7532                                         return (NULL);
7533                                 mpte = PHYS_TO_VM_PAGE(*ptepa & PG_FRAME);
7534                                 mpte->ref_count++;
7535                         } else {
7536                                 /*
7537                                  * Pass NULL instead of the PV list lock
7538                                  * pointer, because we don't intend to sleep.
7539                                  */
7540                                 mpte = pmap_allocpte_alloc(pmap, ptepindex,
7541                                     NULL, va);
7542                                 if (mpte == NULL)
7543                                         return (mpte);
7544                         }
7545                 }
7546                 pte = (pt_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(mpte));
7547                 pte = &pte[pmap_pte_index(va)];
7548         } else {
7549                 mpte = NULL;
7550                 pte = vtopte(va);
7551         }
7552         if (*pte) {
7553                 if (mpte != NULL)
7554                         mpte->ref_count--;
7555                 return (NULL);
7556         }
7557
7558         /*
7559          * Enter on the PV list if part of our managed memory.
7560          */
7561         if ((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0 &&
7562             !pmap_try_insert_pv_entry(pmap, va, m, lockp)) {
7563                 if (mpte != NULL)
7564                         pmap_abort_ptp(pmap, va, mpte);
7565                 return (NULL);
7566         }
7567
7568         /*
7569          * Increment counters
7570          */
7571         pmap_resident_count_adj(pmap, 1);
7572
7573         newpte = VM_PAGE_TO_PHYS(m) | PG_V |
7574             pmap_cache_bits(pmap, m->md.pat_mode, 0);
7575         if ((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0)
7576                 newpte |= PG_MANAGED;
7577         if ((prot & VM_PROT_EXECUTE) == 0)
7578                 newpte |= pg_nx;
7579         if (va < VM_MAXUSER_ADDRESS)
7580                 newpte |= PG_U | pmap_pkru_get(pmap, va);
7581         pte_store(pte, newpte);
7582         return (mpte);
7583 }
7584
7585 /*
7586  * Make a temporary mapping for a physical address.  This is only intended
7587  * to be used for panic dumps.
7588  */
7589 void *
7590 pmap_kenter_temporary(vm_paddr_t pa, int i)
7591 {
7592         vm_offset_t va;
7593
7594         va = (vm_offset_t)crashdumpmap + (i * PAGE_SIZE);
7595         pmap_kenter(va, pa);
7596         invlpg(va);
7597         return ((void *)crashdumpmap);
7598 }
7599
7600 /*
7601  * This code maps large physical mmap regions into the
7602  * processor address space.  Note that some shortcuts
7603  * are taken, but the code works.
7604  */
7605 void
7606 pmap_object_init_pt(pmap_t pmap, vm_offset_t addr, vm_object_t object,
7607     vm_pindex_t pindex, vm_size_t size)
7608 {
7609         pd_entry_t *pde;
7610         pt_entry_t PG_A, PG_M, PG_RW, PG_V;
7611         vm_paddr_t pa, ptepa;
7612         vm_page_t p, pdpg;
7613         int pat_mode;
7614
7615         PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
7616         PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
7617         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
7618         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
7619
7620         VM_OBJECT_ASSERT_WLOCKED(object);
7621         KASSERT(object->type == OBJT_DEVICE || object->type == OBJT_SG,
7622             ("pmap_object_init_pt: non-device object"));
7623         if ((addr & (NBPDR - 1)) == 0 && (size & (NBPDR - 1)) == 0) {
7624                 if (!pmap_ps_enabled(pmap))
7625                         return;
7626                 if (!vm_object_populate(object, pindex, pindex + atop(size)))
7627                         return;
7628                 p = vm_page_lookup(object, pindex);
7629                 KASSERT(p->valid == VM_PAGE_BITS_ALL,
7630                     ("pmap_object_init_pt: invalid page %p", p));
7631                 pat_mode = p->md.pat_mode;
7632
7633                 /*
7634                  * Abort the mapping if the first page is not physically
7635                  * aligned to a 2MB page boundary.
7636                  */
7637                 ptepa = VM_PAGE_TO_PHYS(p);
7638                 if (ptepa & (NBPDR - 1))
7639                         return;
7640
7641                 /*
7642                  * Skip the first page.  Abort the mapping if the rest of
7643                  * the pages are not physically contiguous or have differing
7644                  * memory attributes.
7645                  */
7646                 p = TAILQ_NEXT(p, listq);
7647                 for (pa = ptepa + PAGE_SIZE; pa < ptepa + size;
7648                     pa += PAGE_SIZE) {
7649                         KASSERT(p->valid == VM_PAGE_BITS_ALL,
7650                             ("pmap_object_init_pt: invalid page %p", p));
7651                         if (pa != VM_PAGE_TO_PHYS(p) ||
7652                             pat_mode != p->md.pat_mode)
7653                                 return;
7654                         p = TAILQ_NEXT(p, listq);
7655                 }
7656
7657                 /*
7658                  * Map using 2MB pages.  Since "ptepa" is 2M aligned and
7659                  * "size" is a multiple of 2M, adding the PAT setting to "pa"
7660                  * will not affect the termination of this loop.
7661                  */ 
7662                 PMAP_LOCK(pmap);
7663                 for (pa = ptepa | pmap_cache_bits(pmap, pat_mode, 1);
7664                     pa < ptepa + size; pa += NBPDR) {
7665                         pde = pmap_alloc_pde(pmap, addr, &pdpg, NULL);
7666                         if (pde == NULL) {
7667                                 /*
7668                                  * The creation of mappings below is only an
7669                                  * optimization.  If a page directory page
7670                                  * cannot be allocated without blocking,
7671                                  * continue on to the next mapping rather than
7672                                  * blocking.
7673                                  */
7674                                 addr += NBPDR;
7675                                 continue;
7676                         }
7677                         if ((*pde & PG_V) == 0) {
7678                                 pde_store(pde, pa | PG_PS | PG_M | PG_A |
7679                                     PG_U | PG_RW | PG_V);
7680                                 pmap_resident_count_adj(pmap, NBPDR / PAGE_SIZE);
7681                                 counter_u64_add(pmap_pde_mappings, 1);
7682                         } else {
7683                                 /* Continue on if the PDE is already valid. */
7684                                 pdpg->ref_count--;
7685                                 KASSERT(pdpg->ref_count > 0,
7686                                     ("pmap_object_init_pt: missing reference "
7687                                     "to page directory page, va: 0x%lx", addr));
7688                         }
7689                         addr += NBPDR;
7690                 }
7691                 PMAP_UNLOCK(pmap);
7692         }
7693 }
7694
7695 /*
7696  *      Clear the wired attribute from the mappings for the specified range of
7697  *      addresses in the given pmap.  Every valid mapping within that range
7698  *      must have the wired attribute set.  In contrast, invalid mappings
7699  *      cannot have the wired attribute set, so they are ignored.
7700  *
7701  *      The wired attribute of the page table entry is not a hardware
7702  *      feature, so there is no need to invalidate any TLB entries.
7703  *      Since pmap_demote_pde() for the wired entry must never fail,
7704  *      pmap_delayed_invl_start()/finish() calls around the
7705  *      function are not needed.
7706  */
7707 void
7708 pmap_unwire(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
7709 {
7710         vm_offset_t va_next;
7711         pml4_entry_t *pml4e;
7712         pdp_entry_t *pdpe;
7713         pd_entry_t *pde;
7714         pt_entry_t *pte, PG_V, PG_G;
7715
7716         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
7717         PG_G = pmap_global_bit(pmap);
7718         PMAP_LOCK(pmap);
7719         for (; sva < eva; sva = va_next) {
7720                 pml4e = pmap_pml4e(pmap, sva);
7721                 if (pml4e == NULL || (*pml4e & PG_V) == 0) {
7722                         va_next = (sva + NBPML4) & ~PML4MASK;
7723                         if (va_next < sva)
7724                                 va_next = eva;
7725                         continue;
7726                 }
7727
7728                 va_next = (sva + NBPDP) & ~PDPMASK;
7729                 if (va_next < sva)
7730                         va_next = eva;
7731                 pdpe = pmap_pml4e_to_pdpe(pml4e, sva);
7732                 if ((*pdpe & PG_V) == 0)
7733                         continue;
7734                 if ((*pdpe & PG_PS) != 0) {
7735                         KASSERT(va_next <= eva,
7736                             ("partial update of non-transparent 1G mapping "
7737                             "pdpe %#lx sva %#lx eva %#lx va_next %#lx",
7738                             *pdpe, sva, eva, va_next));
7739                         MPASS(pmap != kernel_pmap); /* XXXKIB */
7740                         MPASS((*pdpe & (PG_MANAGED | PG_G)) == 0);
7741                         atomic_clear_long(pdpe, PG_W);
7742                         pmap->pm_stats.wired_count -= NBPDP / PAGE_SIZE;
7743                         continue;
7744                 }
7745
7746                 va_next = (sva + NBPDR) & ~PDRMASK;
7747                 if (va_next < sva)
7748                         va_next = eva;
7749                 pde = pmap_pdpe_to_pde(pdpe, sva);
7750                 if ((*pde & PG_V) == 0)
7751                         continue;
7752                 if ((*pde & PG_PS) != 0) {
7753                         if ((*pde & PG_W) == 0)
7754                                 panic("pmap_unwire: pde %#jx is missing PG_W",
7755                                     (uintmax_t)*pde);
7756
7757                         /*
7758                          * Are we unwiring the entire large page?  If not,
7759                          * demote the mapping and fall through.
7760                          */
7761                         if (sva + NBPDR == va_next && eva >= va_next) {
7762                                 atomic_clear_long(pde, PG_W);
7763                                 pmap->pm_stats.wired_count -= NBPDR /
7764                                     PAGE_SIZE;
7765                                 continue;
7766                         } else if (!pmap_demote_pde(pmap, pde, sva))
7767                                 panic("pmap_unwire: demotion failed");
7768                 }
7769                 if (va_next > eva)
7770                         va_next = eva;
7771                 for (pte = pmap_pde_to_pte(pde, sva); sva != va_next; pte++,
7772                     sva += PAGE_SIZE) {
7773                         if ((*pte & PG_V) == 0)
7774                                 continue;
7775                         if ((*pte & PG_W) == 0)
7776                                 panic("pmap_unwire: pte %#jx is missing PG_W",
7777                                     (uintmax_t)*pte);
7778
7779                         /*
7780                          * PG_W must be cleared atomically.  Although the pmap
7781                          * lock synchronizes access to PG_W, another processor
7782                          * could be setting PG_M and/or PG_A concurrently.
7783                          */
7784                         atomic_clear_long(pte, PG_W);
7785                         pmap->pm_stats.wired_count--;
7786                 }
7787         }
7788         PMAP_UNLOCK(pmap);
7789 }
7790
7791 /*
7792  *      Copy the range specified by src_addr/len
7793  *      from the source map to the range dst_addr/len
7794  *      in the destination map.
7795  *
7796  *      This routine is only advisory and need not do anything.
7797  */
7798 void
7799 pmap_copy(pmap_t dst_pmap, pmap_t src_pmap, vm_offset_t dst_addr, vm_size_t len,
7800     vm_offset_t src_addr)
7801 {
7802         struct rwlock *lock;
7803         pml4_entry_t *pml4e;
7804         pdp_entry_t *pdpe;
7805         pd_entry_t *pde, srcptepaddr;
7806         pt_entry_t *dst_pte, PG_A, PG_M, PG_V, ptetemp, *src_pte;
7807         vm_offset_t addr, end_addr, va_next;
7808         vm_page_t dst_pdpg, dstmpte, srcmpte;
7809
7810         if (dst_addr != src_addr)
7811                 return;
7812
7813         if (dst_pmap->pm_type != src_pmap->pm_type)
7814                 return;
7815
7816         /*
7817          * EPT page table entries that require emulation of A/D bits are
7818          * sensitive to clearing the PG_A bit (aka EPT_PG_READ). Although
7819          * we clear PG_M (aka EPT_PG_WRITE) concomitantly, the PG_U bit
7820          * (aka EPT_PG_EXECUTE) could still be set. Since some EPT
7821          * implementations flag an EPT misconfiguration for exec-only
7822          * mappings we skip this function entirely for emulated pmaps.
7823          */
7824         if (pmap_emulate_ad_bits(dst_pmap))
7825                 return;
7826
7827         end_addr = src_addr + len;
7828         lock = NULL;
7829         if (dst_pmap < src_pmap) {
7830                 PMAP_LOCK(dst_pmap);
7831                 PMAP_LOCK(src_pmap);
7832         } else {
7833                 PMAP_LOCK(src_pmap);
7834                 PMAP_LOCK(dst_pmap);
7835         }
7836
7837         PG_A = pmap_accessed_bit(dst_pmap);
7838         PG_M = pmap_modified_bit(dst_pmap);
7839         PG_V = pmap_valid_bit(dst_pmap);
7840
7841         for (addr = src_addr; addr < end_addr; addr = va_next) {
7842                 KASSERT(addr < UPT_MIN_ADDRESS,
7843                     ("pmap_copy: invalid to pmap_copy page tables"));
7844
7845                 pml4e = pmap_pml4e(src_pmap, addr);
7846                 if (pml4e == NULL || (*pml4e & PG_V) == 0) {
7847                         va_next = (addr + NBPML4) & ~PML4MASK;
7848                         if (va_next < addr)
7849                                 va_next = end_addr;
7850                         continue;
7851                 }
7852
7853                 va_next = (addr + NBPDP) & ~PDPMASK;
7854                 if (va_next < addr)
7855                         va_next = end_addr;
7856                 pdpe = pmap_pml4e_to_pdpe(pml4e, addr);
7857                 if ((*pdpe & PG_V) == 0)
7858                         continue;
7859                 if ((*pdpe & PG_PS) != 0) {
7860                         KASSERT(va_next <= end_addr,
7861                             ("partial update of non-transparent 1G mapping "
7862                             "pdpe %#lx sva %#lx eva %#lx va_next %#lx",
7863                             *pdpe, addr, end_addr, va_next));
7864                         MPASS((addr & PDPMASK) == 0);
7865                         MPASS((*pdpe & PG_MANAGED) == 0);
7866                         srcptepaddr = *pdpe;
7867                         pdpe = pmap_pdpe(dst_pmap, addr);
7868                         if (pdpe == NULL) {
7869                                 if (pmap_allocpte_alloc(dst_pmap,
7870                                     pmap_pml4e_pindex(addr), NULL, addr) ==
7871                                     NULL)
7872                                         break;
7873                                 pdpe = pmap_pdpe(dst_pmap, addr);
7874                         } else {
7875                                 pml4e = pmap_pml4e(dst_pmap, addr);
7876                                 dst_pdpg = PHYS_TO_VM_PAGE(*pml4e & PG_FRAME);
7877                                 dst_pdpg->ref_count++;
7878                         }
7879                         KASSERT(*pdpe == 0,
7880                             ("1G mapping present in dst pmap "
7881                             "pdpe %#lx sva %#lx eva %#lx va_next %#lx",
7882                             *pdpe, addr, end_addr, va_next));
7883                         *pdpe = srcptepaddr & ~PG_W;
7884                         pmap_resident_count_adj(dst_pmap, NBPDP / PAGE_SIZE);
7885                         continue;
7886                 }
7887
7888                 va_next = (addr + NBPDR) & ~PDRMASK;
7889                 if (va_next < addr)
7890                         va_next = end_addr;
7891
7892                 pde = pmap_pdpe_to_pde(pdpe, addr);
7893                 srcptepaddr = *pde;
7894                 if (srcptepaddr == 0)
7895                         continue;
7896                         
7897                 if (srcptepaddr & PG_PS) {
7898                         /*
7899                          * We can only virtual copy whole superpages.
7900                          */
7901                         if ((addr & PDRMASK) != 0 || addr + NBPDR > end_addr)
7902                                 continue;
7903                         pde = pmap_alloc_pde(dst_pmap, addr, &dst_pdpg, NULL);
7904                         if (pde == NULL)
7905                                 break;
7906                         if (*pde == 0 && ((srcptepaddr & PG_MANAGED) == 0 ||
7907                             pmap_pv_insert_pde(dst_pmap, addr, srcptepaddr,
7908                             PMAP_ENTER_NORECLAIM, &lock))) {
7909                                 /*
7910                                  * We leave the dirty bit unchanged because
7911                                  * managed read/write superpage mappings are
7912                                  * required to be dirty.  However, managed
7913                                  * superpage mappings are not required to
7914                                  * have their accessed bit set, so we clear
7915                                  * it because we don't know if this mapping
7916                                  * will be used.
7917                                  */
7918                                 srcptepaddr &= ~PG_W;
7919                                 if ((srcptepaddr & PG_MANAGED) != 0)
7920                                         srcptepaddr &= ~PG_A;
7921                                 *pde = srcptepaddr;
7922                                 pmap_resident_count_adj(dst_pmap, NBPDR /
7923                                     PAGE_SIZE);
7924                                 counter_u64_add(pmap_pde_mappings, 1);
7925                         } else
7926                                 pmap_abort_ptp(dst_pmap, addr, dst_pdpg);
7927                         continue;
7928                 }
7929
7930                 srcptepaddr &= PG_FRAME;
7931                 srcmpte = PHYS_TO_VM_PAGE(srcptepaddr);
7932                 KASSERT(srcmpte->ref_count > 0,
7933                     ("pmap_copy: source page table page is unused"));
7934
7935                 if (va_next > end_addr)
7936                         va_next = end_addr;
7937
7938                 src_pte = (pt_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(srcptepaddr);
7939                 src_pte = &src_pte[pmap_pte_index(addr)];
7940                 dstmpte = NULL;
7941                 for (; addr < va_next; addr += PAGE_SIZE, src_pte++) {
7942                         ptetemp = *src_pte;
7943
7944                         /*
7945                          * We only virtual copy managed pages.
7946                          */
7947                         if ((ptetemp & PG_MANAGED) == 0)
7948                                 continue;
7949
7950                         if (dstmpte != NULL) {
7951                                 KASSERT(dstmpte->pindex ==
7952                                     pmap_pde_pindex(addr),
7953                                     ("dstmpte pindex/addr mismatch"));
7954                                 dstmpte->ref_count++;
7955                         } else if ((dstmpte = pmap_allocpte(dst_pmap, addr,
7956                             NULL)) == NULL)
7957                                 goto out;
7958                         dst_pte = (pt_entry_t *)
7959                             PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(dstmpte));
7960                         dst_pte = &dst_pte[pmap_pte_index(addr)];
7961                         if (*dst_pte == 0 &&
7962                             pmap_try_insert_pv_entry(dst_pmap, addr,
7963                             PHYS_TO_VM_PAGE(ptetemp & PG_FRAME), &lock)) {
7964                                 /*
7965                                  * Clear the wired, modified, and accessed
7966                                  * (referenced) bits during the copy.
7967                                  */
7968                                 *dst_pte = ptetemp & ~(PG_W | PG_M | PG_A);
7969                                 pmap_resident_count_adj(dst_pmap, 1);
7970                         } else {
7971                                 pmap_abort_ptp(dst_pmap, addr, dstmpte);
7972                                 goto out;
7973                         }
7974                         /* Have we copied all of the valid mappings? */ 
7975                         if (dstmpte->ref_count >= srcmpte->ref_count)
7976                                 break;
7977                 }
7978         }
7979 out:
7980         if (lock != NULL)
7981                 rw_wunlock(lock);
7982         PMAP_UNLOCK(src_pmap);
7983         PMAP_UNLOCK(dst_pmap);
7984 }
7985
7986 int
7987 pmap_vmspace_copy(pmap_t dst_pmap, pmap_t src_pmap)
7988 {
7989         int error;
7990
7991         if (dst_pmap->pm_type != src_pmap->pm_type ||
7992             dst_pmap->pm_type != PT_X86 ||
7993             (cpu_stdext_feature2 & CPUID_STDEXT2_PKU) == 0)
7994                 return (0);
7995         for (;;) {
7996                 if (dst_pmap < src_pmap) {
7997                         PMAP_LOCK(dst_pmap);
7998                         PMAP_LOCK(src_pmap);
7999                 } else {
8000                         PMAP_LOCK(src_pmap);
8001                         PMAP_LOCK(dst_pmap);
8002                 }
8003                 error = pmap_pkru_copy(dst_pmap, src_pmap);
8004                 /* Clean up partial copy on failure due to no memory. */
8005                 if (error == ENOMEM)
8006                         pmap_pkru_deassign_all(dst_pmap);
8007                 PMAP_UNLOCK(src_pmap);
8008                 PMAP_UNLOCK(dst_pmap);
8009                 if (error != ENOMEM)
8010                         break;
8011                 vm_wait(NULL);
8012         }
8013         return (error);
8014 }
8015
8016 /*
8017  * Zero the specified hardware page.
8018  */
8019 void
8020 pmap_zero_page(vm_page_t m)
8021 {
8022         vm_offset_t va = PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
8023
8024         pagezero((void *)va);
8025 }
8026
8027 /*
8028  * Zero an an area within a single hardware page.  off and size must not
8029  * cover an area beyond a single hardware page.
8030  */
8031 void
8032 pmap_zero_page_area(vm_page_t m, int off, int size)
8033 {
8034         vm_offset_t va = PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
8035
8036         if (off == 0 && size == PAGE_SIZE)
8037                 pagezero((void *)va);
8038         else
8039                 bzero((char *)va + off, size);
8040 }
8041
8042 /*
8043  * Copy 1 specified hardware page to another.
8044  */
8045 void
8046 pmap_copy_page(vm_page_t msrc, vm_page_t mdst)
8047 {
8048         vm_offset_t src = PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(msrc));
8049         vm_offset_t dst = PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(mdst));
8050
8051         pagecopy((void *)src, (void *)dst);
8052 }
8053
8054 int unmapped_buf_allowed = 1;
8055
8056 void
8057 pmap_copy_pages(vm_page_t ma[], vm_offset_t a_offset, vm_page_t mb[],
8058     vm_offset_t b_offset, int xfersize)
8059 {
8060         void *a_cp, *b_cp;
8061         vm_page_t pages[2];
8062         vm_offset_t vaddr[2], a_pg_offset, b_pg_offset;
8063         int cnt;
8064         boolean_t mapped;
8065
8066         while (xfersize > 0) {
8067                 a_pg_offset = a_offset & PAGE_MASK;
8068                 pages[0] = ma[a_offset >> PAGE_SHIFT];
8069                 b_pg_offset = b_offset & PAGE_MASK;
8070                 pages[1] = mb[b_offset >> PAGE_SHIFT];
8071                 cnt = min(xfersize, PAGE_SIZE - a_pg_offset);
8072                 cnt = min(cnt, PAGE_SIZE - b_pg_offset);
8073                 mapped = pmap_map_io_transient(pages, vaddr, 2, FALSE);
8074                 a_cp = (char *)vaddr[0] + a_pg_offset;
8075                 b_cp = (char *)vaddr[1] + b_pg_offset;
8076                 bcopy(a_cp, b_cp, cnt);
8077                 if (__predict_false(mapped))
8078                         pmap_unmap_io_transient(pages, vaddr, 2, FALSE);
8079                 a_offset += cnt;
8080                 b_offset += cnt;
8081                 xfersize -= cnt;
8082         }
8083 }
8084
8085 /*
8086  * Returns true if the pmap's pv is one of the first
8087  * 16 pvs linked to from this page.  This count may
8088  * be changed upwards or downwards in the future; it
8089  * is only necessary that true be returned for a small
8090  * subset of pmaps for proper page aging.
8091  */
8092 boolean_t
8093 pmap_page_exists_quick(pmap_t pmap, vm_page_t m)
8094 {
8095         struct md_page *pvh;
8096         struct rwlock *lock;
8097         pv_entry_t pv;
8098         int loops = 0;
8099         boolean_t rv;
8100
8101         KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
8102             ("pmap_page_exists_quick: page %p is not managed", m));
8103         rv = FALSE;
8104         lock = VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m);
8105         rw_rlock(lock);
8106         TAILQ_FOREACH(pv, &m->md.pv_list, pv_next) {
8107                 if (PV_PMAP(pv) == pmap) {
8108                         rv = TRUE;
8109                         break;
8110                 }
8111                 loops++;
8112                 if (loops >= 16)
8113                         break;
8114         }
8115         if (!rv && loops < 16 && (m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0) {
8116                 pvh = pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
8117                 TAILQ_FOREACH(pv, &pvh->pv_list, pv_next) {
8118                         if (PV_PMAP(pv) == pmap) {
8119                                 rv = TRUE;
8120                                 break;
8121                         }
8122                         loops++;
8123                         if (loops >= 16)
8124                                 break;
8125                 }
8126         }
8127         rw_runlock(lock);
8128         return (rv);
8129 }
8130
8131 /*
8132  *      pmap_page_wired_mappings:
8133  *
8134  *      Return the number of managed mappings to the given physical page
8135  *      that are wired.
8136  */
8137 int
8138 pmap_page_wired_mappings(vm_page_t m)
8139 {
8140         struct rwlock *lock;
8141         struct md_page *pvh;
8142         pmap_t pmap;
8143         pt_entry_t *pte;
8144         pv_entry_t pv;
8145         int count, md_gen, pvh_gen;
8146
8147         if ((m->oflags & VPO_UNMANAGED) != 0)
8148                 return (0);
8149         lock = VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m);
8150         rw_rlock(lock);
8151 restart:
8152         count = 0;
8153         TAILQ_FOREACH(pv, &m->md.pv_list, pv_next) {
8154                 pmap = PV_PMAP(pv);
8155                 if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
8156                         md_gen = m->md.pv_gen;
8157                         rw_runlock(lock);
8158                         PMAP_LOCK(pmap);
8159                         rw_rlock(lock);
8160                         if (md_gen != m->md.pv_gen) {
8161                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
8162                                 goto restart;
8163                         }
8164                 }
8165                 pte = pmap_pte(pmap, pv->pv_va);
8166                 if ((*pte & PG_W) != 0)
8167                         count++;
8168                 PMAP_UNLOCK(pmap);
8169         }
8170         if ((m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0) {
8171                 pvh = pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
8172                 TAILQ_FOREACH(pv, &pvh->pv_list, pv_next) {
8173                         pmap = PV_PMAP(pv);
8174                         if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
8175                                 md_gen = m->md.pv_gen;
8176                                 pvh_gen = pvh->pv_gen;
8177                                 rw_runlock(lock);
8178                                 PMAP_LOCK(pmap);
8179                                 rw_rlock(lock);
8180                                 if (md_gen != m->md.pv_gen ||
8181                                     pvh_gen != pvh->pv_gen) {
8182                                         PMAP_UNLOCK(pmap);
8183                                         goto restart;
8184                                 }
8185                         }
8186                         pte = pmap_pde(pmap, pv->pv_va);
8187                         if ((*pte & PG_W) != 0)
8188                                 count++;
8189                         PMAP_UNLOCK(pmap);
8190                 }
8191         }
8192         rw_runlock(lock);
8193         return (count);
8194 }
8195
8196 /*
8197  * Returns TRUE if the given page is mapped individually or as part of
8198  * a 2mpage.  Otherwise, returns FALSE.
8199  */
8200 boolean_t
8201 pmap_page_is_mapped(vm_page_t m)
8202 {
8203         struct rwlock *lock;
8204         boolean_t rv;
8205
8206         if ((m->oflags & VPO_UNMANAGED) != 0)
8207                 return (FALSE);
8208         lock = VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m);
8209         rw_rlock(lock);
8210         rv = !TAILQ_EMPTY(&m->md.pv_list) ||
8211             ((m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0 &&
8212             !TAILQ_EMPTY(&pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m))->pv_list));
8213         rw_runlock(lock);
8214         return (rv);
8215 }
8216
8217 /*
8218  * Destroy all managed, non-wired mappings in the given user-space
8219  * pmap.  This pmap cannot be active on any processor besides the
8220  * caller.
8221  *
8222  * This function cannot be applied to the kernel pmap.  Moreover, it
8223  * is not intended for general use.  It is only to be used during
8224  * process termination.  Consequently, it can be implemented in ways
8225  * that make it faster than pmap_remove().  First, it can more quickly
8226  * destroy mappings by iterating over the pmap's collection of PV
8227  * entries, rather than searching the page table.  Second, it doesn't
8228  * have to test and clear the page table entries atomically, because
8229  * no processor is currently accessing the user address space.  In
8230  * particular, a page table entry's dirty bit won't change state once
8231  * this function starts.
8232  *
8233  * Although this function destroys all of the pmap's managed,
8234  * non-wired mappings, it can delay and batch the invalidation of TLB
8235  * entries without calling pmap_delayed_invl_start() and
8236  * pmap_delayed_invl_finish().  Because the pmap is not active on
8237  * any other processor, none of these TLB entries will ever be used
8238  * before their eventual invalidation.  Consequently, there is no need
8239  * for either pmap_remove_all() or pmap_remove_write() to wait for
8240  * that eventual TLB invalidation.
8241  */
8242 void
8243 pmap_remove_pages(pmap_t pmap)
8244 {
8245         pd_entry_t ptepde;
8246         pt_entry_t *pte, tpte;
8247         pt_entry_t PG_M, PG_RW, PG_V;
8248         struct spglist free;
8249         struct pv_chunklist free_chunks[PMAP_MEMDOM];
8250         vm_page_t m, mpte, mt;
8251         pv_entry_t pv;
8252         struct md_page *pvh;
8253         struct pv_chunk *pc, *npc;
8254         struct rwlock *lock;
8255         int64_t bit;
8256         uint64_t inuse, bitmask;
8257         int allfree, field, freed, i, idx;
8258         boolean_t superpage;
8259         vm_paddr_t pa;
8260
8261         /*
8262          * Assert that the given pmap is only active on the current
8263          * CPU.  Unfortunately, we cannot block another CPU from
8264          * activating the pmap while this function is executing.
8265          */
8266         KASSERT(pmap == PCPU_GET(curpmap), ("non-current pmap %p", pmap));
8267 #ifdef INVARIANTS
8268         {
8269                 cpuset_t other_cpus;
8270
8271                 other_cpus = all_cpus;
8272                 critical_enter();
8273                 CPU_CLR(PCPU_GET(cpuid), &other_cpus);
8274                 CPU_AND(&other_cpus, &pmap->pm_active);
8275                 critical_exit();
8276                 KASSERT(CPU_EMPTY(&other_cpus), ("pmap active %p", pmap));
8277         }
8278 #endif
8279
8280         lock = NULL;
8281         PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
8282         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
8283         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
8284
8285         for (i = 0; i < PMAP_MEMDOM; i++)
8286                 TAILQ_INIT(&free_chunks[i]);
8287         SLIST_INIT(&free);
8288         PMAP_LOCK(pmap);
8289         TAILQ_FOREACH_SAFE(pc, &pmap->pm_pvchunk, pc_list, npc) {
8290                 allfree = 1;
8291                 freed = 0;
8292                 for (field = 0; field < _NPCM; field++) {
8293                         inuse = ~pc->pc_map[field] & pc_freemask[field];
8294                         while (inuse != 0) {
8295                                 bit = bsfq(inuse);
8296                                 bitmask = 1UL << bit;
8297                                 idx = field * 64 + bit;
8298                                 pv = &pc->pc_pventry[idx];
8299                                 inuse &= ~bitmask;
8300
8301                                 pte = pmap_pdpe(pmap, pv->pv_va);
8302                                 ptepde = *pte;
8303                                 pte = pmap_pdpe_to_pde(pte, pv->pv_va);
8304                                 tpte = *pte;
8305                                 if ((tpte & (PG_PS | PG_V)) == PG_V) {
8306                                         superpage = FALSE;
8307                                         ptepde = tpte;
8308                                         pte = (pt_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(tpte &
8309                                             PG_FRAME);
8310                                         pte = &pte[pmap_pte_index(pv->pv_va)];
8311                                         tpte = *pte;
8312                                 } else {
8313                                         /*
8314                                          * Keep track whether 'tpte' is a
8315                                          * superpage explicitly instead of
8316                                          * relying on PG_PS being set.
8317                                          *
8318                                          * This is because PG_PS is numerically
8319                                          * identical to PG_PTE_PAT and thus a
8320                                          * regular page could be mistaken for
8321                                          * a superpage.
8322                                          */
8323                                         superpage = TRUE;
8324                                 }
8325
8326                                 if ((tpte & PG_V) == 0) {
8327                                         panic("bad pte va %lx pte %lx",
8328                                             pv->pv_va, tpte);
8329                                 }
8330
8331 /*
8332  * We cannot remove wired pages from a process' mapping at this time
8333  */
8334                                 if (tpte & PG_W) {
8335                                         allfree = 0;
8336                                         continue;
8337                                 }
8338
8339                                 /* Mark free */
8340                                 pc->pc_map[field] |= bitmask;
8341
8342                                 /*
8343                                  * Because this pmap is not active on other
8344                                  * processors, the dirty bit cannot have
8345                                  * changed state since we last loaded pte.
8346                                  */
8347                                 pte_clear(pte);
8348
8349                                 if (superpage)
8350                                         pa = tpte & PG_PS_FRAME;
8351                                 else
8352                                         pa = tpte & PG_FRAME;
8353
8354                                 m = PHYS_TO_VM_PAGE(pa);
8355                                 KASSERT(m->phys_addr == pa,
8356                                     ("vm_page_t %p phys_addr mismatch %016jx %016jx",
8357                                     m, (uintmax_t)m->phys_addr,
8358                                     (uintmax_t)tpte));
8359
8360                                 KASSERT((m->flags & PG_FICTITIOUS) != 0 ||
8361                                     m < &vm_page_array[vm_page_array_size],
8362                                     ("pmap_remove_pages: bad tpte %#jx",
8363                                     (uintmax_t)tpte));
8364
8365                                 /*
8366                                  * Update the vm_page_t clean/reference bits.
8367                                  */
8368                                 if ((tpte & (PG_M | PG_RW)) == (PG_M | PG_RW)) {
8369                                         if (superpage) {
8370                                                 for (mt = m; mt < &m[NBPDR / PAGE_SIZE]; mt++)
8371                                                         vm_page_dirty(mt);
8372                                         } else
8373                                                 vm_page_dirty(m);
8374                                 }
8375
8376                                 CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_VM_PAGE(&lock, m);
8377
8378                                 if (superpage) {
8379                                         pmap_resident_count_adj(pmap, -NBPDR / PAGE_SIZE);
8380                                         pvh = pa_to_pvh(tpte & PG_PS_FRAME);
8381                                         TAILQ_REMOVE(&pvh->pv_list, pv, pv_next);
8382                                         pvh->pv_gen++;
8383                                         if (TAILQ_EMPTY(&pvh->pv_list)) {
8384                                                 for (mt = m; mt < &m[NBPDR / PAGE_SIZE]; mt++)
8385                                                         if ((mt->a.flags & PGA_WRITEABLE) != 0 &&
8386                                                             TAILQ_EMPTY(&mt->md.pv_list))
8387                                                                 vm_page_aflag_clear(mt, PGA_WRITEABLE);
8388                                         }
8389                                         mpte = pmap_remove_pt_page(pmap, pv->pv_va);
8390                                         if (mpte != NULL) {
8391                                                 KASSERT(mpte->valid == VM_PAGE_BITS_ALL,
8392                                                     ("pmap_remove_pages: pte page not promoted"));
8393                                                 pmap_resident_count_adj(pmap, -1);
8394                                                 KASSERT(mpte->ref_count == NPTEPG,
8395                                                     ("pmap_remove_pages: pte page reference count error"));
8396                                                 mpte->ref_count = 0;
8397                                                 pmap_add_delayed_free_list(mpte, &free, FALSE);
8398                                         }
8399                                 } else {
8400                                         pmap_resident_count_adj(pmap, -1);
8401                                         TAILQ_REMOVE(&m->md.pv_list, pv, pv_next);
8402                                         m->md.pv_gen++;
8403                                         if ((m->a.flags & PGA_WRITEABLE) != 0 &&
8404                                             TAILQ_EMPTY(&m->md.pv_list) &&
8405                                             (m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0) {
8406                                                 pvh = pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
8407                                                 if (TAILQ_EMPTY(&pvh->pv_list))
8408                                                         vm_page_aflag_clear(m, PGA_WRITEABLE);
8409                                         }
8410                                 }
8411                                 pmap_unuse_pt(pmap, pv->pv_va, ptepde, &free);
8412                                 freed++;
8413                         }
8414                 }
8415                 PV_STAT(counter_u64_add(pv_entry_frees, freed));
8416                 PV_STAT(counter_u64_add(pv_entry_spare, freed));
8417                 PV_STAT(counter_u64_add(pv_entry_count, -freed));
8418                 if (allfree) {
8419                         TAILQ_REMOVE(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
8420                         TAILQ_INSERT_TAIL(&free_chunks[pc_to_domain(pc)], pc, pc_list);
8421                 }
8422         }
8423         if (lock != NULL)
8424                 rw_wunlock(lock);
8425         pmap_invalidate_all(pmap);
8426         pmap_pkru_deassign_all(pmap);
8427         free_pv_chunk_batch((struct pv_chunklist *)&free_chunks);
8428         PMAP_UNLOCK(pmap);
8429         vm_page_free_pages_toq(&free, true);
8430 }
8431
8432 static boolean_t
8433 pmap_page_test_mappings(vm_page_t m, boolean_t accessed, boolean_t modified)
8434 {
8435         struct rwlock *lock;
8436         pv_entry_t pv;
8437         struct md_page *pvh;
8438         pt_entry_t *pte, mask;
8439         pt_entry_t PG_A, PG_M, PG_RW, PG_V;
8440         pmap_t pmap;
8441         int md_gen, pvh_gen;
8442         boolean_t rv;
8443
8444         rv = FALSE;
8445         lock = VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m);
8446         rw_rlock(lock);
8447 restart:
8448         TAILQ_FOREACH(pv, &m->md.pv_list, pv_next) {
8449                 pmap = PV_PMAP(pv);
8450                 if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
8451                         md_gen = m->md.pv_gen;
8452                         rw_runlock(lock);
8453                         PMAP_LOCK(pmap);
8454                         rw_rlock(lock);
8455                         if (md_gen != m->md.pv_gen) {
8456                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
8457                                 goto restart;
8458                         }
8459                 }
8460                 pte = pmap_pte(pmap, pv->pv_va);
8461                 mask = 0;
8462                 if (modified) {
8463                         PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
8464                         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
8465                         mask |= PG_RW | PG_M;
8466                 }
8467                 if (accessed) {
8468                         PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
8469                         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
8470                         mask |= PG_V | PG_A;
8471                 }
8472                 rv = (*pte & mask) == mask;
8473                 PMAP_UNLOCK(pmap);
8474                 if (rv)
8475                         goto out;
8476         }
8477         if ((m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0) {
8478                 pvh = pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
8479                 TAILQ_FOREACH(pv, &pvh->pv_list, pv_next) {
8480                         pmap = PV_PMAP(pv);
8481                         if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
8482                                 md_gen = m->md.pv_gen;
8483                                 pvh_gen = pvh->pv_gen;
8484                                 rw_runlock(lock);
8485                                 PMAP_LOCK(pmap);
8486                                 rw_rlock(lock);
8487                                 if (md_gen != m->md.pv_gen ||
8488                                     pvh_gen != pvh->pv_gen) {
8489                                         PMAP_UNLOCK(pmap);
8490                                         goto restart;
8491                                 }
8492                         }
8493                         pte = pmap_pde(pmap, pv->pv_va);
8494                         mask = 0;
8495                         if (modified) {
8496                                 PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
8497                                 PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
8498                                 mask |= PG_RW | PG_M;
8499                         }
8500                         if (accessed) {
8501                                 PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
8502                                 PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
8503                                 mask |= PG_V | PG_A;
8504                         }
8505                         rv = (*pte & mask) == mask;
8506                         PMAP_UNLOCK(pmap);
8507                         if (rv)
8508                                 goto out;
8509                 }
8510         }
8511 out:
8512         rw_runlock(lock);
8513         return (rv);
8514 }
8515
8516 /*
8517  *      pmap_is_modified:
8518  *
8519  *      Return whether or not the specified physical page was modified
8520  *      in any physical maps.
8521  */
8522 boolean_t
8523 pmap_is_modified(vm_page_t m)
8524 {
8525
8526         KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
8527             ("pmap_is_modified: page %p is not managed", m));
8528
8529         /*
8530          * If the page is not busied then this check is racy.
8531          */
8532         if (!pmap_page_is_write_mapped(m))
8533                 return (FALSE);
8534         return (pmap_page_test_mappings(m, FALSE, TRUE));
8535 }
8536
8537 /*
8538  *      pmap_is_prefaultable:
8539  *
8540  *      Return whether or not the specified virtual address is eligible
8541  *      for prefault.
8542  */
8543 boolean_t
8544 pmap_is_prefaultable(pmap_t pmap, vm_offset_t addr)
8545 {
8546         pd_entry_t *pde;
8547         pt_entry_t *pte, PG_V;
8548         boolean_t rv;
8549
8550         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
8551         rv = FALSE;
8552         PMAP_LOCK(pmap);
8553         pde = pmap_pde(pmap, addr);
8554         if (pde != NULL && (*pde & (PG_PS | PG_V)) == PG_V) {
8555                 pte = pmap_pde_to_pte(pde, addr);
8556                 rv = (*pte & PG_V) == 0;
8557         }
8558         PMAP_UNLOCK(pmap);
8559         return (rv);
8560 }
8561
8562 /*
8563  *      pmap_is_referenced:
8564  *
8565  *      Return whether or not the specified physical page was referenced
8566  *      in any physical maps.
8567  */
8568 boolean_t
8569 pmap_is_referenced(vm_page_t m)
8570 {
8571
8572         KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
8573             ("pmap_is_referenced: page %p is not managed", m));
8574         return (pmap_page_test_mappings(m, TRUE, FALSE));
8575 }
8576
8577 /*
8578  * Clear the write and modified bits in each of the given page's mappings.
8579  */
8580 void
8581 pmap_remove_write(vm_page_t m)
8582 {
8583         struct md_page *pvh;
8584         pmap_t pmap;
8585         struct rwlock *lock;
8586         pv_entry_t next_pv, pv;
8587         pd_entry_t *pde;
8588         pt_entry_t oldpte, *pte, PG_M, PG_RW;
8589         vm_offset_t va;
8590         int pvh_gen, md_gen;
8591
8592         KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
8593             ("pmap_remove_write: page %p is not managed", m));
8594
8595         vm_page_assert_busied(m);
8596         if (!pmap_page_is_write_mapped(m))
8597                 return;
8598
8599         lock = VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m);
8600         pvh = (m->flags & PG_FICTITIOUS) != 0 ? &pv_dummy :
8601             pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
8602         rw_wlock(lock);
8603 retry:
8604         TAILQ_FOREACH_SAFE(pv, &pvh->pv_list, pv_next, next_pv) {
8605                 pmap = PV_PMAP(pv);
8606                 if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
8607                         pvh_gen = pvh->pv_gen;
8608                         rw_wunlock(lock);
8609                         PMAP_LOCK(pmap);
8610                         rw_wlock(lock);
8611                         if (pvh_gen != pvh->pv_gen) {
8612                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
8613                                 goto retry;
8614                         }
8615                 }
8616                 PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
8617                 va = pv->pv_va;
8618                 pde = pmap_pde(pmap, va);
8619                 if ((*pde & PG_RW) != 0)
8620                         (void)pmap_demote_pde_locked(pmap, pde, va, &lock);
8621                 KASSERT(lock == VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m),
8622                     ("inconsistent pv lock %p %p for page %p",
8623                     lock, VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m), m));
8624                 PMAP_UNLOCK(pmap);
8625         }
8626         TAILQ_FOREACH(pv, &m->md.pv_list, pv_next) {
8627                 pmap = PV_PMAP(pv);
8628                 if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
8629                         pvh_gen = pvh->pv_gen;
8630                         md_gen = m->md.pv_gen;
8631                         rw_wunlock(lock);
8632                         PMAP_LOCK(pmap);
8633                         rw_wlock(lock);
8634                         if (pvh_gen != pvh->pv_gen ||
8635                             md_gen != m->md.pv_gen) {
8636                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
8637                                 goto retry;
8638                         }
8639                 }
8640                 PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
8641                 PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
8642                 pde = pmap_pde(pmap, pv->pv_va);
8643                 KASSERT((*pde & PG_PS) == 0,
8644                     ("pmap_remove_write: found a 2mpage in page %p's pv list",
8645                     m));
8646                 pte = pmap_pde_to_pte(pde, pv->pv_va);
8647                 oldpte = *pte;
8648                 if (oldpte & PG_RW) {
8649                         while (!atomic_fcmpset_long(pte, &oldpte, oldpte &
8650                             ~(PG_RW | PG_M)))
8651                                 cpu_spinwait();
8652                         if ((oldpte & PG_M) != 0)
8653                                 vm_page_dirty(m);
8654                         pmap_invalidate_page(pmap, pv->pv_va);
8655                 }
8656                 PMAP_UNLOCK(pmap);
8657         }
8658         rw_wunlock(lock);
8659         vm_page_aflag_clear(m, PGA_WRITEABLE);
8660         pmap_delayed_invl_wait(m);
8661 }
8662
8663 static __inline boolean_t
8664 safe_to_clear_referenced(pmap_t pmap, pt_entry_t pte)
8665 {
8666
8667         if (!pmap_emulate_ad_bits(pmap))
8668                 return (TRUE);
8669
8670         KASSERT(pmap->pm_type == PT_EPT, ("invalid pm_type %d", pmap->pm_type));
8671
8672         /*
8673          * XWR = 010 or 110 will cause an unconditional EPT misconfiguration
8674          * so we don't let the referenced (aka EPT_PG_READ) bit to be cleared
8675          * if the EPT_PG_WRITE bit is set.
8676          */
8677         if ((pte & EPT_PG_WRITE) != 0)
8678                 return (FALSE);
8679
8680         /*
8681          * XWR = 100 is allowed only if the PMAP_SUPPORTS_EXEC_ONLY is set.
8682          */
8683         if ((pte & EPT_PG_EXECUTE) == 0 ||
8684             ((pmap->pm_flags & PMAP_SUPPORTS_EXEC_ONLY) != 0))
8685                 return (TRUE);
8686         else
8687                 return (FALSE);
8688 }
8689
8690 /*
8691  *      pmap_ts_referenced:
8692  *
8693  *      Return a count of reference bits for a page, clearing those bits.
8694  *      It is not necessary for every reference bit to be cleared, but it
8695  *      is necessary that 0 only be returned when there are truly no
8696  *      reference bits set.
8697  *
8698  *      As an optimization, update the page's dirty field if a modified bit is
8699  *      found while counting reference bits.  This opportunistic update can be
8700  *      performed at low cost and can eliminate the need for some future calls
8701  *      to pmap_is_modified().  However, since this function stops after
8702  *      finding PMAP_TS_REFERENCED_MAX reference bits, it may not detect some
8703  *      dirty pages.  Those dirty pages will only be detected by a future call
8704  *      to pmap_is_modified().
8705  *
8706  *      A DI block is not needed within this function, because
8707  *      invalidations are performed before the PV list lock is
8708  *      released.
8709  */
8710 int
8711 pmap_ts_referenced(vm_page_t m)
8712 {
8713         struct md_page *pvh;
8714         pv_entry_t pv, pvf;
8715         pmap_t pmap;
8716         struct rwlock *lock;
8717         pd_entry_t oldpde, *pde;
8718         pt_entry_t *pte, PG_A, PG_M, PG_RW;
8719         vm_offset_t va;
8720         vm_paddr_t pa;
8721         int cleared, md_gen, not_cleared, pvh_gen;
8722         struct spglist free;
8723         boolean_t demoted;
8724
8725         KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
8726             ("pmap_ts_referenced: page %p is not managed", m));
8727         SLIST_INIT(&free);
8728         cleared = 0;
8729         pa = VM_PAGE_TO_PHYS(m);
8730         lock = PHYS_TO_PV_LIST_LOCK(pa);
8731         pvh = (m->flags & PG_FICTITIOUS) != 0 ? &pv_dummy : pa_to_pvh(pa);
8732         rw_wlock(lock);
8733 retry:
8734         not_cleared = 0;
8735         if ((pvf = TAILQ_FIRST(&pvh->pv_list)) == NULL)
8736                 goto small_mappings;
8737         pv = pvf;
8738         do {
8739                 if (pvf == NULL)
8740                         pvf = pv;
8741                 pmap = PV_PMAP(pv);
8742                 if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
8743                         pvh_gen = pvh->pv_gen;
8744                         rw_wunlock(lock);
8745                         PMAP_LOCK(pmap);
8746                         rw_wlock(lock);
8747                         if (pvh_gen != pvh->pv_gen) {
8748                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
8749                                 goto retry;
8750                         }
8751                 }
8752                 PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
8753                 PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
8754                 PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
8755                 va = pv->pv_va;
8756                 pde = pmap_pde(pmap, pv->pv_va);
8757                 oldpde = *pde;
8758                 if ((oldpde & (PG_M | PG_RW)) == (PG_M | PG_RW)) {
8759                         /*
8760                          * Although "oldpde" is mapping a 2MB page, because
8761                          * this function is called at a 4KB page granularity,
8762                          * we only update the 4KB page under test.
8763                          */
8764                         vm_page_dirty(m);
8765                 }
8766                 if ((oldpde & PG_A) != 0) {
8767                         /*
8768                          * Since this reference bit is shared by 512 4KB
8769                          * pages, it should not be cleared every time it is
8770                          * tested.  Apply a simple "hash" function on the
8771                          * physical page number, the virtual superpage number,
8772                          * and the pmap address to select one 4KB page out of
8773                          * the 512 on which testing the reference bit will
8774                          * result in clearing that reference bit.  This
8775                          * function is designed to avoid the selection of the
8776                          * same 4KB page for every 2MB page mapping.
8777                          *
8778                          * On demotion, a mapping that hasn't been referenced
8779                          * is simply destroyed.  To avoid the possibility of a
8780                          * subsequent page fault on a demoted wired mapping,
8781                          * always leave its reference bit set.  Moreover,
8782                          * since the superpage is wired, the current state of
8783                          * its reference bit won't affect page replacement.
8784                          */
8785                         if ((((pa >> PAGE_SHIFT) ^ (pv->pv_va >> PDRSHIFT) ^
8786                             (uintptr_t)pmap) & (NPTEPG - 1)) == 0 &&
8787                             (oldpde & PG_W) == 0) {
8788                                 if (safe_to_clear_referenced(pmap, oldpde)) {
8789                                         atomic_clear_long(pde, PG_A);
8790                                         pmap_invalidate_page(pmap, pv->pv_va);
8791                                         demoted = FALSE;
8792                                 } else if (pmap_demote_pde_locked(pmap, pde,
8793                                     pv->pv_va, &lock)) {
8794                                         /*
8795                                          * Remove the mapping to a single page
8796                                          * so that a subsequent access may
8797                                          * repromote.  Since the underlying
8798                                          * page table page is fully populated,
8799                                          * this removal never frees a page
8800                                          * table page.
8801                                          */
8802                                         demoted = TRUE;
8803                                         va += VM_PAGE_TO_PHYS(m) - (oldpde &
8804                                             PG_PS_FRAME);
8805                                         pte = pmap_pde_to_pte(pde, va);
8806                                         pmap_remove_pte(pmap, pte, va, *pde,
8807                                             NULL, &lock);
8808                                         pmap_invalidate_page(pmap, va);
8809                                 } else
8810                                         demoted = TRUE;
8811
8812                                 if (demoted) {
8813                                         /*
8814                                          * The superpage mapping was removed
8815                                          * entirely and therefore 'pv' is no
8816                                          * longer valid.
8817                                          */
8818                                         if (pvf == pv)
8819                                                 pvf = NULL;
8820                                         pv = NULL;
8821                                 }
8822                                 cleared++;
8823                                 KASSERT(lock == VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m),
8824                                     ("inconsistent pv lock %p %p for page %p",
8825                                     lock, VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m), m));
8826                         } else
8827                                 not_cleared++;
8828                 }
8829                 PMAP_UNLOCK(pmap);
8830                 /* Rotate the PV list if it has more than one entry. */
8831                 if (pv != NULL && TAILQ_NEXT(pv, pv_next) != NULL) {
8832                         TAILQ_REMOVE(&pvh->pv_list, pv, pv_next);
8833                         TAILQ_INSERT_TAIL(&pvh->pv_list, pv, pv_next);
8834                         pvh->pv_gen++;
8835                 }
8836                 if (cleared + not_cleared >= PMAP_TS_REFERENCED_MAX)
8837                         goto out;
8838         } while ((pv = TAILQ_FIRST(&pvh->pv_list)) != pvf);
8839 small_mappings:
8840         if ((pvf = TAILQ_FIRST(&m->md.pv_list)) == NULL)
8841                 goto out;
8842         pv = pvf;
8843         do {
8844                 if (pvf == NULL)
8845                         pvf = pv;
8846                 pmap = PV_PMAP(pv);
8847                 if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
8848                         pvh_gen = pvh->pv_gen;
8849                         md_gen = m->md.pv_gen;
8850                         rw_wunlock(lock);
8851                         PMAP_LOCK(pmap);
8852                         rw_wlock(lock);
8853                         if (pvh_gen != pvh->pv_gen || md_gen != m->md.pv_gen) {
8854                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
8855                                 goto retry;
8856                         }
8857                 }
8858                 PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
8859                 PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
8860                 PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
8861                 pde = pmap_pde(pmap, pv->pv_va);
8862                 KASSERT((*pde & PG_PS) == 0,
8863                     ("pmap_ts_referenced: found a 2mpage in page %p's pv list",
8864                     m));
8865                 pte = pmap_pde_to_pte(pde, pv->pv_va);
8866                 if ((*pte & (PG_M | PG_RW)) == (PG_M | PG_RW))
8867                         vm_page_dirty(m);
8868                 if ((*pte & PG_A) != 0) {
8869                         if (safe_to_clear_referenced(pmap, *pte)) {
8870                                 atomic_clear_long(pte, PG_A);
8871                                 pmap_invalidate_page(pmap, pv->pv_va);
8872                                 cleared++;
8873                         } else if ((*pte & PG_W) == 0) {
8874                                 /*
8875                                  * Wired pages cannot be paged out so
8876                                  * doing accessed bit emulation for
8877                                  * them is wasted effort. We do the
8878                                  * hard work for unwired pages only.
8879                                  */
8880                                 pmap_remove_pte(pmap, pte, pv->pv_va,
8881                                     *pde, &free, &lock);
8882                                 pmap_invalidate_page(pmap, pv->pv_va);
8883                                 cleared++;
8884                                 if (pvf == pv)
8885                                         pvf = NULL;
8886                                 pv = NULL;
8887                                 KASSERT(lock == VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m),
8888                                     ("inconsistent pv lock %p %p for page %p",
8889                                     lock, VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m), m));
8890                         } else
8891                                 not_cleared++;
8892                 }
8893                 PMAP_UNLOCK(pmap);
8894                 /* Rotate the PV list if it has more than one entry. */
8895                 if (pv != NULL && TAILQ_NEXT(pv, pv_next) != NULL) {
8896                         TAILQ_REMOVE(&m->md.pv_list, pv, pv_next);
8897                         TAILQ_INSERT_TAIL(&m->md.pv_list, pv, pv_next);
8898                         m->md.pv_gen++;
8899                 }
8900         } while ((pv = TAILQ_FIRST(&m->md.pv_list)) != pvf && cleared +
8901             not_cleared < PMAP_TS_REFERENCED_MAX);
8902 out:
8903         rw_wunlock(lock);
8904         vm_page_free_pages_toq(&free, true);
8905         return (cleared + not_cleared);
8906 }
8907
8908 /*
8909  *      Apply the given advice to the specified range of addresses within the
8910  *      given pmap.  Depending on the advice, clear the referenced and/or
8911  *      modified flags in each mapping and set the mapped page's dirty field.
8912  */
8913 void
8914 pmap_advise(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva, int advice)
8915 {
8916         struct rwlock *lock;
8917         pml4_entry_t *pml4e;
8918         pdp_entry_t *pdpe;
8919         pd_entry_t oldpde, *pde;
8920         pt_entry_t *pte, PG_A, PG_G, PG_M, PG_RW, PG_V;
8921         vm_offset_t va, va_next;
8922         vm_page_t m;
8923         bool anychanged;
8924
8925         if (advice != MADV_DONTNEED && advice != MADV_FREE)
8926                 return;
8927
8928         /*
8929          * A/D bit emulation requires an alternate code path when clearing
8930          * the modified and accessed bits below. Since this function is
8931          * advisory in nature we skip it entirely for pmaps that require
8932          * A/D bit emulation.
8933          */
8934         if (pmap_emulate_ad_bits(pmap))
8935                 return;
8936
8937         PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
8938         PG_G = pmap_global_bit(pmap);
8939         PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
8940         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
8941         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
8942         anychanged = false;
8943         pmap_delayed_invl_start();
8944         PMAP_LOCK(pmap);
8945         for (; sva < eva; sva = va_next) {
8946                 pml4e = pmap_pml4e(pmap, sva);
8947                 if (pml4e == NULL || (*pml4e & PG_V) == 0) {
8948                         va_next = (sva + NBPML4) & ~PML4MASK;
8949                         if (va_next < sva)
8950                                 va_next = eva;
8951                         continue;
8952                 }
8953
8954                 va_next = (sva + NBPDP) & ~PDPMASK;
8955                 if (va_next < sva)
8956                         va_next = eva;
8957                 pdpe = pmap_pml4e_to_pdpe(pml4e, sva);
8958                 if ((*pdpe & PG_V) == 0)
8959                         continue;
8960                 if ((*pdpe & PG_PS) != 0) {
8961                         KASSERT(va_next <= eva,
8962                             ("partial update of non-transparent 1G mapping "
8963                             "pdpe %#lx sva %#lx eva %#lx va_next %#lx",
8964                             *pdpe, sva, eva, va_next));
8965                         continue;
8966                 }
8967
8968                 va_next = (sva + NBPDR) & ~PDRMASK;
8969                 if (va_next < sva)
8970                         va_next = eva;
8971                 pde = pmap_pdpe_to_pde(pdpe, sva);
8972                 oldpde = *pde;
8973                 if ((oldpde & PG_V) == 0)
8974                         continue;
8975                 else if ((oldpde & PG_PS) != 0) {
8976                         if ((oldpde & PG_MANAGED) == 0)
8977                                 continue;
8978                         lock = NULL;
8979                         if (!pmap_demote_pde_locked(pmap, pde, sva, &lock)) {
8980                                 if (lock != NULL)
8981                                         rw_wunlock(lock);
8982
8983                                 /*
8984                                  * The large page mapping was destroyed.
8985                                  */
8986                                 continue;
8987                         }
8988
8989                         /*
8990                          * Unless the page mappings are wired, remove the
8991                          * mapping to a single page so that a subsequent
8992                          * access may repromote.  Choosing the last page
8993                          * within the address range [sva, min(va_next, eva))
8994                          * generally results in more repromotions.  Since the
8995                          * underlying page table page is fully populated, this
8996                          * removal never frees a page table page.
8997                          */
8998                         if ((oldpde & PG_W) == 0) {
8999                                 va = eva;
9000                                 if (va > va_next)
9001                                         va = va_next;
9002                                 va -= PAGE_SIZE;
9003                                 KASSERT(va >= sva,
9004                                     ("pmap_advise: no address gap"));
9005                                 pte = pmap_pde_to_pte(pde, va);
9006                                 KASSERT((*pte & PG_V) != 0,
9007                                     ("pmap_advise: invalid PTE"));
9008                                 pmap_remove_pte(pmap, pte, va, *pde, NULL,
9009                                     &lock);
9010                                 anychanged = true;
9011                         }
9012                         if (lock != NULL)
9013                                 rw_wunlock(lock);
9014                 }
9015                 if (va_next > eva)
9016                         va_next = eva;
9017                 va = va_next;
9018                 for (pte = pmap_pde_to_pte(pde, sva); sva != va_next; pte++,
9019                     sva += PAGE_SIZE) {
9020                         if ((*pte & (PG_MANAGED | PG_V)) != (PG_MANAGED | PG_V))
9021                                 goto maybe_invlrng;
9022                         else if ((*pte & (PG_M | PG_RW)) == (PG_M | PG_RW)) {
9023                                 if (advice == MADV_DONTNEED) {
9024                                         /*
9025                                          * Future calls to pmap_is_modified()
9026                                          * can be avoided by making the page
9027                                          * dirty now.
9028                                          */
9029                                         m = PHYS_TO_VM_PAGE(*pte & PG_FRAME);
9030                                         vm_page_dirty(m);
9031                                 }
9032                                 atomic_clear_long(pte, PG_M | PG_A);
9033                         } else if ((*pte & PG_A) != 0)
9034                                 atomic_clear_long(pte, PG_A);
9035                         else
9036                                 goto maybe_invlrng;
9037
9038                         if ((*pte & PG_G) != 0) {
9039                                 if (va == va_next)
9040                                         va = sva;
9041                         } else
9042                                 anychanged = true;
9043                         continue;
9044 maybe_invlrng:
9045                         if (va != va_next) {
9046                                 pmap_invalidate_range(pmap, va, sva);
9047                                 va = va_next;
9048                         }
9049                 }
9050                 if (va != va_next)
9051                         pmap_invalidate_range(pmap, va, sva);
9052         }
9053         if (anychanged)
9054                 pmap_invalidate_all(pmap);
9055         PMAP_UNLOCK(pmap);
9056         pmap_delayed_invl_finish();
9057 }
9058
9059 /*
9060  *      Clear the modify bits on the specified physical page.
9061  */
9062 void
9063 pmap_clear_modify(vm_page_t m)
9064 {
9065         struct md_page *pvh;
9066         pmap_t pmap;
9067         pv_entry_t next_pv, pv;
9068         pd_entry_t oldpde, *pde;
9069         pt_entry_t *pte, PG_M, PG_RW;
9070         struct rwlock *lock;
9071         vm_offset_t va;
9072         int md_gen, pvh_gen;
9073
9074         KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
9075             ("pmap_clear_modify: page %p is not managed", m));
9076         vm_page_assert_busied(m);
9077
9078         if (!pmap_page_is_write_mapped(m))
9079                 return;
9080         pvh = (m->flags & PG_FICTITIOUS) != 0 ? &pv_dummy :
9081             pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
9082         lock = VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m);
9083         rw_wlock(lock);
9084 restart:
9085         TAILQ_FOREACH_SAFE(pv, &pvh->pv_list, pv_next, next_pv) {
9086                 pmap = PV_PMAP(pv);
9087                 if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
9088                         pvh_gen = pvh->pv_gen;
9089                         rw_wunlock(lock);
9090                         PMAP_LOCK(pmap);
9091                         rw_wlock(lock);
9092                         if (pvh_gen != pvh->pv_gen) {
9093                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
9094                                 goto restart;
9095                         }
9096                 }
9097                 PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
9098                 PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
9099                 va = pv->pv_va;
9100                 pde = pmap_pde(pmap, va);
9101                 oldpde = *pde;
9102                 /* If oldpde has PG_RW set, then it also has PG_M set. */
9103                 if ((oldpde & PG_RW) != 0 &&
9104                     pmap_demote_pde_locked(pmap, pde, va, &lock) &&
9105                     (oldpde & PG_W) == 0) {
9106                         /*
9107                          * Write protect the mapping to a single page so that
9108                          * a subsequent write access may repromote.
9109                          */
9110                         va += VM_PAGE_TO_PHYS(m) - (oldpde & PG_PS_FRAME);
9111                         pte = pmap_pde_to_pte(pde, va);
9112                         atomic_clear_long(pte, PG_M | PG_RW);
9113                         vm_page_dirty(m);
9114                         pmap_invalidate_page(pmap, va);
9115                 }
9116                 PMAP_UNLOCK(pmap);
9117         }
9118         TAILQ_FOREACH(pv, &m->md.pv_list, pv_next) {
9119                 pmap = PV_PMAP(pv);
9120                 if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
9121                         md_gen = m->md.pv_gen;
9122                         pvh_gen = pvh->pv_gen;
9123                         rw_wunlock(lock);
9124                         PMAP_LOCK(pmap);
9125                         rw_wlock(lock);
9126                         if (pvh_gen != pvh->pv_gen || md_gen != m->md.pv_gen) {
9127                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
9128                                 goto restart;
9129                         }
9130                 }
9131                 PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
9132                 PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
9133                 pde = pmap_pde(pmap, pv->pv_va);
9134                 KASSERT((*pde & PG_PS) == 0, ("pmap_clear_modify: found"
9135                     " a 2mpage in page %p's pv list", m));
9136                 pte = pmap_pde_to_pte(pde, pv->pv_va);
9137                 if ((*pte & (PG_M | PG_RW)) == (PG_M | PG_RW)) {
9138                         atomic_clear_long(pte, PG_M);
9139                         pmap_invalidate_page(pmap, pv->pv_va);
9140                 }
9141                 PMAP_UNLOCK(pmap);
9142         }
9143         rw_wunlock(lock);
9144 }
9145
9146 /*
9147  * Miscellaneous support routines follow
9148  */
9149
9150 /* Adjust the properties for a leaf page table entry. */
9151 static __inline void
9152 pmap_pte_props(pt_entry_t *pte, u_long bits, u_long mask)
9153 {
9154         u_long opte, npte;
9155
9156         opte = *(u_long *)pte;
9157         do {
9158                 npte = opte & ~mask;
9159                 npte |= bits;
9160         } while (npte != opte && !atomic_fcmpset_long((u_long *)pte, &opte,
9161             npte));
9162 }
9163
9164 /*
9165  * Map a set of physical memory pages into the kernel virtual
9166  * address space. Return a pointer to where it is mapped. This
9167  * routine is intended to be used for mapping device memory,
9168  * NOT real memory.
9169  */
9170 static void *
9171 pmap_mapdev_internal(vm_paddr_t pa, vm_size_t size, int mode, int flags)
9172 {
9173         struct pmap_preinit_mapping *ppim;
9174         vm_offset_t va, offset;
9175         vm_size_t tmpsize;
9176         int i;
9177
9178         offset = pa & PAGE_MASK;
9179         size = round_page(offset + size);
9180         pa = trunc_page(pa);
9181
9182         if (!pmap_initialized) {
9183                 va = 0;
9184                 for (i = 0; i < PMAP_PREINIT_MAPPING_COUNT; i++) {
9185                         ppim = pmap_preinit_mapping + i;
9186                         if (ppim->va == 0) {
9187                                 ppim->pa = pa;
9188                                 ppim->sz = size;
9189                                 ppim->mode = mode;
9190                                 ppim->va = virtual_avail;
9191                                 virtual_avail += size;
9192                                 va = ppim->va;
9193                                 break;
9194                         }
9195                 }
9196                 if (va == 0)
9197                         panic("%s: too many preinit mappings", __func__);
9198         } else {
9199                 /*
9200                  * If we have a preinit mapping, re-use it.
9201                  */
9202                 for (i = 0; i < PMAP_PREINIT_MAPPING_COUNT; i++) {
9203                         ppim = pmap_preinit_mapping + i;
9204                         if (ppim->pa == pa && ppim->sz == size &&
9205                             (ppim->mode == mode ||
9206                             (flags & MAPDEV_SETATTR) == 0))
9207                                 return ((void *)(ppim->va + offset));
9208                 }
9209                 /*
9210                  * If the specified range of physical addresses fits within
9211                  * the direct map window, use the direct map.
9212                  */
9213                 if (pa < dmaplimit && pa + size <= dmaplimit) {
9214                         va = PHYS_TO_DMAP(pa);
9215                         if ((flags & MAPDEV_SETATTR) != 0) {
9216                                 PMAP_LOCK(kernel_pmap);
9217                                 i = pmap_change_props_locked(va, size,
9218                                     PROT_NONE, mode, flags);
9219                                 PMAP_UNLOCK(kernel_pmap);
9220                         } else
9221                                 i = 0;
9222                         if (!i)
9223                                 return ((void *)(va + offset));
9224                 }
9225                 va = kva_alloc(size);
9226                 if (va == 0)
9227                         panic("%s: Couldn't allocate KVA", __func__);
9228         }
9229         for (tmpsize = 0; tmpsize < size; tmpsize += PAGE_SIZE)
9230                 pmap_kenter_attr(va + tmpsize, pa + tmpsize, mode);
9231         pmap_invalidate_range(kernel_pmap, va, va + tmpsize);
9232         if ((flags & MAPDEV_FLUSHCACHE) != 0)
9233                 pmap_invalidate_cache_range(va, va + tmpsize);
9234         return ((void *)(va + offset));
9235 }
9236
9237 void *
9238 pmap_mapdev_attr(vm_paddr_t pa, vm_size_t size, int mode)
9239 {
9240
9241         return (pmap_mapdev_internal(pa, size, mode, MAPDEV_FLUSHCACHE |
9242             MAPDEV_SETATTR));
9243 }
9244
9245 void *
9246 pmap_mapdev(vm_paddr_t pa, vm_size_t size)
9247 {
9248
9249         return (pmap_mapdev_attr(pa, size, PAT_UNCACHEABLE));
9250 }
9251
9252 void *
9253 pmap_mapdev_pciecfg(vm_paddr_t pa, vm_size_t size)
9254 {
9255
9256         return (pmap_mapdev_internal(pa, size, PAT_UNCACHEABLE,
9257             MAPDEV_SETATTR));
9258 }
9259
9260 void *
9261 pmap_mapbios(vm_paddr_t pa, vm_size_t size)
9262 {
9263
9264         return (pmap_mapdev_internal(pa, size, PAT_WRITE_BACK,
9265             MAPDEV_FLUSHCACHE));
9266 }
9267
9268 void
9269 pmap_unmapdev(vm_offset_t va, vm_size_t size)
9270 {
9271         struct pmap_preinit_mapping *ppim;
9272         vm_offset_t offset;
9273         int i;
9274
9275         /* If we gave a direct map region in pmap_mapdev, do nothing */
9276         if (va >= DMAP_MIN_ADDRESS && va < DMAP_MAX_ADDRESS)
9277                 return;
9278         offset = va & PAGE_MASK;
9279         size = round_page(offset + size);
9280         va = trunc_page(va);
9281         for (i = 0; i < PMAP_PREINIT_MAPPING_COUNT; i++) {
9282                 ppim = pmap_preinit_mapping + i;
9283                 if (ppim->va == va && ppim->sz == size) {
9284                         if (pmap_initialized)
9285                                 return;
9286                         ppim->pa = 0;
9287                         ppim->va = 0;
9288                         ppim->sz = 0;
9289                         ppim->mode = 0;
9290                         if (va + size == virtual_avail)
9291                                 virtual_avail = va;
9292                         return;
9293                 }
9294         }
9295         if (pmap_initialized) {
9296                 pmap_qremove(va, atop(size));
9297                 kva_free(va, size);
9298         }
9299 }
9300
9301 /*
9302  * Tries to demote a 1GB page mapping.
9303  */
9304 static boolean_t
9305 pmap_demote_pdpe(pmap_t pmap, pdp_entry_t *pdpe, vm_offset_t va)
9306 {
9307         pdp_entry_t newpdpe, oldpdpe;
9308         pd_entry_t *firstpde, newpde, *pde;
9309         pt_entry_t PG_A, PG_M, PG_RW, PG_V;
9310         vm_paddr_t pdpgpa;
9311         vm_page_t pdpg;
9312
9313         PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
9314         PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
9315         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
9316         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
9317
9318         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
9319         oldpdpe = *pdpe;
9320         KASSERT((oldpdpe & (PG_PS | PG_V)) == (PG_PS | PG_V),
9321             ("pmap_demote_pdpe: oldpdpe is missing PG_PS and/or PG_V"));
9322         pdpg = pmap_alloc_pt_page(pmap, va >> PDPSHIFT,
9323             VM_ALLOC_WIRED | VM_ALLOC_INTERRUPT);
9324         if (pdpg  == NULL) {
9325                 CTR2(KTR_PMAP, "pmap_demote_pdpe: failure for va %#lx"
9326                     " in pmap %p", va, pmap);
9327                 return (FALSE);
9328         }
9329         pdpgpa = VM_PAGE_TO_PHYS(pdpg);
9330         firstpde = (pd_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(pdpgpa);
9331         newpdpe = pdpgpa | PG_M | PG_A | (oldpdpe & PG_U) | PG_RW | PG_V;
9332         KASSERT((oldpdpe & PG_A) != 0,
9333             ("pmap_demote_pdpe: oldpdpe is missing PG_A"));
9334         KASSERT((oldpdpe & (PG_M | PG_RW)) != PG_RW,
9335             ("pmap_demote_pdpe: oldpdpe is missing PG_M"));
9336         newpde = oldpdpe;
9337
9338         /*
9339          * Initialize the page directory page.
9340          */
9341         for (pde = firstpde; pde < firstpde + NPDEPG; pde++) {
9342                 *pde = newpde;
9343                 newpde += NBPDR;
9344         }
9345
9346         /*
9347          * Demote the mapping.
9348          */
9349         *pdpe = newpdpe;
9350
9351         /*
9352          * Invalidate a stale recursive mapping of the page directory page.
9353          */
9354         pmap_invalidate_page(pmap, (vm_offset_t)vtopde(va));
9355
9356         counter_u64_add(pmap_pdpe_demotions, 1);
9357         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_demote_pdpe: success for va %#lx"
9358             " in pmap %p", va, pmap);
9359         return (TRUE);
9360 }
9361
9362 /*
9363  * Sets the memory attribute for the specified page.
9364  */
9365 void
9366 pmap_page_set_memattr(vm_page_t m, vm_memattr_t ma)
9367 {
9368
9369         m->md.pat_mode = ma;
9370
9371         /*
9372          * If "m" is a normal page, update its direct mapping.  This update
9373          * can be relied upon to perform any cache operations that are
9374          * required for data coherence.
9375          */
9376         if ((m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0 &&
9377             pmap_change_attr(PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(m)), PAGE_SIZE,
9378             m->md.pat_mode))
9379                 panic("memory attribute change on the direct map failed");
9380 }
9381
9382 /*
9383  * Changes the specified virtual address range's memory type to that given by
9384  * the parameter "mode".  The specified virtual address range must be
9385  * completely contained within either the direct map or the kernel map.  If
9386  * the virtual address range is contained within the kernel map, then the
9387  * memory type for each of the corresponding ranges of the direct map is also
9388  * changed.  (The corresponding ranges of the direct map are those ranges that
9389  * map the same physical pages as the specified virtual address range.)  These
9390  * changes to the direct map are necessary because Intel describes the
9391  * behavior of their processors as "undefined" if two or more mappings to the
9392  * same physical page have different memory types.
9393  *
9394  * Returns zero if the change completed successfully, and either EINVAL or
9395  * ENOMEM if the change failed.  Specifically, EINVAL is returned if some part
9396  * of the virtual address range was not mapped, and ENOMEM is returned if
9397  * there was insufficient memory available to complete the change.  In the
9398  * latter case, the memory type may have been changed on some part of the
9399  * virtual address range or the direct map.
9400  */
9401 int
9402 pmap_change_attr(vm_offset_t va, vm_size_t size, int mode)
9403 {
9404         int error;
9405
9406         PMAP_LOCK(kernel_pmap);
9407         error = pmap_change_props_locked(va, size, PROT_NONE, mode,
9408             MAPDEV_FLUSHCACHE);
9409         PMAP_UNLOCK(kernel_pmap);
9410         return (error);
9411 }
9412
9413 /*
9414  * Changes the specified virtual address range's protections to those
9415  * specified by "prot".  Like pmap_change_attr(), protections for aliases
9416  * in the direct map are updated as well.  Protections on aliasing mappings may
9417  * be a subset of the requested protections; for example, mappings in the direct
9418  * map are never executable.
9419  */
9420 int
9421 pmap_change_prot(vm_offset_t va, vm_size_t size, vm_prot_t prot)
9422 {
9423         int error;
9424
9425         /* Only supported within the kernel map. */
9426         if (va < VM_MIN_KERNEL_ADDRESS)
9427                 return (EINVAL);
9428
9429         PMAP_LOCK(kernel_pmap);
9430         error = pmap_change_props_locked(va, size, prot, -1,
9431             MAPDEV_ASSERTVALID);
9432         PMAP_UNLOCK(kernel_pmap);
9433         return (error);
9434 }
9435
9436 static int
9437 pmap_change_props_locked(vm_offset_t va, vm_size_t size, vm_prot_t prot,
9438     int mode, int flags)
9439 {
9440         vm_offset_t base, offset, tmpva;
9441         vm_paddr_t pa_start, pa_end, pa_end1;
9442         pdp_entry_t *pdpe;
9443         pd_entry_t *pde, pde_bits, pde_mask;
9444         pt_entry_t *pte, pte_bits, pte_mask;
9445         int error;
9446         bool changed;
9447
9448         PMAP_LOCK_ASSERT(kernel_pmap, MA_OWNED);
9449         base = trunc_page(va);
9450         offset = va & PAGE_MASK;
9451         size = round_page(offset + size);
9452
9453         /*
9454          * Only supported on kernel virtual addresses, including the direct
9455          * map but excluding the recursive map.
9456          */
9457         if (base < DMAP_MIN_ADDRESS)
9458                 return (EINVAL);
9459
9460         /*
9461          * Construct our flag sets and masks.  "bits" is the subset of
9462          * "mask" that will be set in each modified PTE.
9463          *
9464          * Mappings in the direct map are never allowed to be executable.
9465          */
9466         pde_bits = pte_bits = 0;
9467         pde_mask = pte_mask = 0;
9468         if (mode != -1) {
9469                 pde_bits |= pmap_cache_bits(kernel_pmap, mode, true);
9470                 pde_mask |= X86_PG_PDE_CACHE;
9471                 pte_bits |= pmap_cache_bits(kernel_pmap, mode, false);
9472                 pte_mask |= X86_PG_PTE_CACHE;
9473         }
9474         if (prot != VM_PROT_NONE) {
9475                 if ((prot & VM_PROT_WRITE) != 0) {
9476                         pde_bits |= X86_PG_RW;
9477                         pte_bits |= X86_PG_RW;
9478                 }
9479                 if ((prot & VM_PROT_EXECUTE) == 0 ||
9480                     va < VM_MIN_KERNEL_ADDRESS) {
9481                         pde_bits |= pg_nx;
9482                         pte_bits |= pg_nx;
9483                 }
9484                 pde_mask |= X86_PG_RW | pg_nx;
9485                 pte_mask |= X86_PG_RW | pg_nx;
9486         }
9487
9488         /*
9489          * Pages that aren't mapped aren't supported.  Also break down 2MB pages
9490          * into 4KB pages if required.
9491          */
9492         for (tmpva = base; tmpva < base + size; ) {
9493                 pdpe = pmap_pdpe(kernel_pmap, tmpva);
9494                 if (pdpe == NULL || *pdpe == 0) {
9495                         KASSERT((flags & MAPDEV_ASSERTVALID) == 0,
9496                             ("%s: addr %#lx is not mapped", __func__, tmpva));
9497                         return (EINVAL);
9498                 }
9499                 if (*pdpe & PG_PS) {
9500                         /*
9501                          * If the current 1GB page already has the required
9502                          * properties, then we need not demote this page.  Just
9503                          * increment tmpva to the next 1GB page frame.
9504                          */
9505                         if ((*pdpe & pde_mask) == pde_bits) {
9506                                 tmpva = trunc_1gpage(tmpva) + NBPDP;
9507                                 continue;
9508                         }
9509
9510                         /*
9511                          * If the current offset aligns with a 1GB page frame
9512                          * and there is at least 1GB left within the range, then
9513                          * we need not break down this page into 2MB pages.
9514                          */
9515                         if ((tmpva & PDPMASK) == 0 &&
9516                             tmpva + PDPMASK < base + size) {
9517                                 tmpva += NBPDP;
9518                                 continue;
9519                         }
9520                         if (!pmap_demote_pdpe(kernel_pmap, pdpe, tmpva))
9521                                 return (ENOMEM);
9522                 }
9523                 pde = pmap_pdpe_to_pde(pdpe, tmpva);
9524                 if (*pde == 0) {
9525                         KASSERT((flags & MAPDEV_ASSERTVALID) == 0,
9526                             ("%s: addr %#lx is not mapped", __func__, tmpva));
9527                         return (EINVAL);
9528                 }
9529                 if (*pde & PG_PS) {
9530                         /*
9531                          * If the current 2MB page already has the required
9532                          * properties, then we need not demote this page.  Just
9533                          * increment tmpva to the next 2MB page frame.
9534                          */
9535                         if ((*pde & pde_mask) == pde_bits) {
9536                                 tmpva = trunc_2mpage(tmpva) + NBPDR;
9537                                 continue;
9538                         }
9539
9540                         /*
9541                          * If the current offset aligns with a 2MB page frame
9542                          * and there is at least 2MB left within the range, then
9543                          * we need not break down this page into 4KB pages.
9544                          */
9545                         if ((tmpva & PDRMASK) == 0 &&
9546                             tmpva + PDRMASK < base + size) {
9547                                 tmpva += NBPDR;
9548                                 continue;
9549                         }
9550                         if (!pmap_demote_pde(kernel_pmap, pde, tmpva))
9551                                 return (ENOMEM);
9552                 }
9553                 pte = pmap_pde_to_pte(pde, tmpva);
9554                 if (*pte == 0) {
9555                         KASSERT((flags & MAPDEV_ASSERTVALID) == 0,
9556                             ("%s: addr %#lx is not mapped", __func__, tmpva));
9557                         return (EINVAL);
9558                 }
9559                 tmpva += PAGE_SIZE;
9560         }
9561         error = 0;
9562
9563         /*
9564          * Ok, all the pages exist, so run through them updating their
9565          * properties if required.
9566          */
9567         changed = false;
9568         pa_start = pa_end = 0;
9569         for (tmpva = base; tmpva < base + size; ) {
9570                 pdpe = pmap_pdpe(kernel_pmap, tmpva);
9571                 if (*pdpe & PG_PS) {
9572                         if ((*pdpe & pde_mask) != pde_bits) {
9573                                 pmap_pte_props(pdpe, pde_bits, pde_mask);
9574                                 changed = true;
9575                         }
9576                         if (tmpva >= VM_MIN_KERNEL_ADDRESS &&
9577                             (*pdpe & PG_PS_FRAME) < dmaplimit) {
9578                                 if (pa_start == pa_end) {
9579                                         /* Start physical address run. */
9580                                         pa_start = *pdpe & PG_PS_FRAME;
9581                                         pa_end = pa_start + NBPDP;
9582                                 } else if (pa_end == (*pdpe & PG_PS_FRAME))
9583                                         pa_end += NBPDP;
9584                                 else {
9585                                         /* Run ended, update direct map. */
9586                                         error = pmap_change_props_locked(
9587                                             PHYS_TO_DMAP(pa_start),
9588                                             pa_end - pa_start, prot, mode,
9589                                             flags);
9590                                         if (error != 0)
9591                                                 break;
9592                                         /* Start physical address run. */
9593                                         pa_start = *pdpe & PG_PS_FRAME;
9594                                         pa_end = pa_start + NBPDP;
9595                                 }
9596                         }
9597                         tmpva = trunc_1gpage(tmpva) + NBPDP;
9598                         continue;
9599                 }
9600                 pde = pmap_pdpe_to_pde(pdpe, tmpva);
9601                 if (*pde & PG_PS) {
9602                         if ((*pde & pde_mask) != pde_bits) {
9603                                 pmap_pte_props(pde, pde_bits, pde_mask);
9604                                 changed = true;
9605                         }
9606                         if (tmpva >= VM_MIN_KERNEL_ADDRESS &&
9607                             (*pde & PG_PS_FRAME) < dmaplimit) {
9608                                 if (pa_start == pa_end) {
9609                                         /* Start physical address run. */
9610                                         pa_start = *pde & PG_PS_FRAME;
9611                                         pa_end = pa_start + NBPDR;
9612                                 } else if (pa_end == (*pde & PG_PS_FRAME))
9613                                         pa_end += NBPDR;
9614                                 else {
9615                                         /* Run ended, update direct map. */
9616                                         error = pmap_change_props_locked(
9617                                             PHYS_TO_DMAP(pa_start),
9618                                             pa_end - pa_start, prot, mode,
9619                                             flags);
9620                                         if (error != 0)
9621                                                 break;
9622                                         /* Start physical address run. */
9623                                         pa_start = *pde & PG_PS_FRAME;
9624                                         pa_end = pa_start + NBPDR;
9625                                 }
9626                         }
9627                         tmpva = trunc_2mpage(tmpva) + NBPDR;
9628                 } else {
9629                         pte = pmap_pde_to_pte(pde, tmpva);
9630                         if ((*pte & pte_mask) != pte_bits) {
9631                                 pmap_pte_props(pte, pte_bits, pte_mask);
9632                                 changed = true;
9633                         }
9634                         if (tmpva >= VM_MIN_KERNEL_ADDRESS &&
9635                             (*pte & PG_FRAME) < dmaplimit) {
9636                                 if (pa_start == pa_end) {
9637                                         /* Start physical address run. */
9638                                         pa_start = *pte & PG_FRAME;
9639                                         pa_end = pa_start + PAGE_SIZE;
9640                                 } else if (pa_end == (*pte & PG_FRAME))
9641                                         pa_end += PAGE_SIZE;
9642                                 else {
9643                                         /* Run ended, update direct map. */
9644                                         error = pmap_change_props_locked(
9645                                             PHYS_TO_DMAP(pa_start),
9646                                             pa_end - pa_start, prot, mode,
9647                                             flags);
9648                                         if (error != 0)
9649                                                 break;
9650                                         /* Start physical address run. */
9651                                         pa_start = *pte & PG_FRAME;
9652                                         pa_end = pa_start + PAGE_SIZE;
9653                                 }
9654                         }
9655                         tmpva += PAGE_SIZE;
9656                 }
9657         }
9658         if (error == 0 && pa_start != pa_end && pa_start < dmaplimit) {
9659                 pa_end1 = MIN(pa_end, dmaplimit);
9660                 if (pa_start != pa_end1)
9661                         error = pmap_change_props_locked(PHYS_TO_DMAP(pa_start),
9662                             pa_end1 - pa_start, prot, mode, flags);
9663         }
9664
9665         /*
9666          * Flush CPU caches if required to make sure any data isn't cached that
9667          * shouldn't be, etc.
9668          */
9669         if (changed) {
9670                 pmap_invalidate_range(kernel_pmap, base, tmpva);
9671                 if ((flags & MAPDEV_FLUSHCACHE) != 0)
9672                         pmap_invalidate_cache_range(base, tmpva);
9673         }
9674         return (error);
9675 }
9676
9677 /*
9678  * Demotes any mapping within the direct map region that covers more than the
9679  * specified range of physical addresses.  This range's size must be a power
9680  * of two and its starting address must be a multiple of its size.  Since the
9681  * demotion does not change any attributes of the mapping, a TLB invalidation
9682  * is not mandatory.  The caller may, however, request a TLB invalidation.
9683  */
9684 void
9685 pmap_demote_DMAP(vm_paddr_t base, vm_size_t len, boolean_t invalidate)
9686 {
9687         pdp_entry_t *pdpe;
9688         pd_entry_t *pde;
9689         vm_offset_t va;
9690         boolean_t changed;
9691
9692         if (len == 0)
9693                 return;
9694         KASSERT(powerof2(len), ("pmap_demote_DMAP: len is not a power of 2"));
9695         KASSERT((base & (len - 1)) == 0,
9696             ("pmap_demote_DMAP: base is not a multiple of len"));
9697         if (len < NBPDP && base < dmaplimit) {
9698                 va = PHYS_TO_DMAP(base);
9699                 changed = FALSE;
9700                 PMAP_LOCK(kernel_pmap);
9701                 pdpe = pmap_pdpe(kernel_pmap, va);
9702                 if ((*pdpe & X86_PG_V) == 0)
9703                         panic("pmap_demote_DMAP: invalid PDPE");
9704                 if ((*pdpe & PG_PS) != 0) {
9705                         if (!pmap_demote_pdpe(kernel_pmap, pdpe, va))
9706                                 panic("pmap_demote_DMAP: PDPE failed");
9707                         changed = TRUE;
9708                 }
9709                 if (len < NBPDR) {
9710                         pde = pmap_pdpe_to_pde(pdpe, va);
9711                         if ((*pde & X86_PG_V) == 0)
9712                                 panic("pmap_demote_DMAP: invalid PDE");
9713                         if ((*pde & PG_PS) != 0) {
9714                                 if (!pmap_demote_pde(kernel_pmap, pde, va))
9715                                         panic("pmap_demote_DMAP: PDE failed");
9716                                 changed = TRUE;
9717                         }
9718                 }
9719                 if (changed && invalidate)
9720                         pmap_invalidate_page(kernel_pmap, va);
9721                 PMAP_UNLOCK(kernel_pmap);
9722         }
9723 }
9724
9725 /*
9726  * Perform the pmap work for mincore(2).  If the page is not both referenced and
9727  * modified by this pmap, returns its physical address so that the caller can
9728  * find other mappings.
9729  */
9730 int
9731 pmap_mincore(pmap_t pmap, vm_offset_t addr, vm_paddr_t *pap)
9732 {
9733         pdp_entry_t *pdpe;
9734         pd_entry_t *pdep;
9735         pt_entry_t pte, PG_A, PG_M, PG_RW, PG_V;
9736         vm_paddr_t pa;
9737         int val;
9738
9739         PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
9740         PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
9741         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
9742         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
9743
9744         PMAP_LOCK(pmap);
9745         pte = 0;
9746         pa = 0;
9747         val = 0;
9748         pdpe = pmap_pdpe(pmap, addr);
9749         if (pdpe == NULL)
9750                 goto out;
9751         if ((*pdpe & PG_V) != 0) {
9752                 if ((*pdpe & PG_PS) != 0) {
9753                         pte = *pdpe;
9754                         pa = ((pte & PG_PS_PDP_FRAME) | (addr & PDPMASK)) &
9755                             PG_FRAME;
9756                         val = MINCORE_PSIND(2);
9757                 } else {
9758                         pdep = pmap_pde(pmap, addr);
9759                         if (pdep != NULL && (*pdep & PG_V) != 0) {
9760                                 if ((*pdep & PG_PS) != 0) {
9761                                         pte = *pdep;
9762                         /* Compute the physical address of the 4KB page. */
9763                                         pa = ((pte & PG_PS_FRAME) | (addr &
9764                                             PDRMASK)) & PG_FRAME;
9765                                         val = MINCORE_PSIND(1);
9766                                 } else {
9767                                         pte = *pmap_pde_to_pte(pdep, addr);
9768                                         pa = pte & PG_FRAME;
9769                                         val = 0;
9770                                 }
9771                         }
9772                 }
9773         }
9774         if ((pte & PG_V) != 0) {
9775                 val |= MINCORE_INCORE;
9776                 if ((pte & (PG_M | PG_RW)) == (PG_M | PG_RW))
9777                         val |= MINCORE_MODIFIED | MINCORE_MODIFIED_OTHER;
9778                 if ((pte & PG_A) != 0)
9779                         val |= MINCORE_REFERENCED | MINCORE_REFERENCED_OTHER;
9780         }
9781         if ((val & (MINCORE_MODIFIED_OTHER | MINCORE_REFERENCED_OTHER)) !=
9782             (MINCORE_MODIFIED_OTHER | MINCORE_REFERENCED_OTHER) &&
9783             (pte & (PG_MANAGED | PG_V)) == (PG_MANAGED | PG_V)) {
9784                 *pap = pa;
9785         }
9786 out:
9787         PMAP_UNLOCK(pmap);
9788         return (val);
9789 }
9790
9791 static uint64_t
9792 pmap_pcid_alloc(pmap_t pmap, u_int cpuid)
9793 {
9794         uint32_t gen, new_gen, pcid_next;
9795
9796         CRITICAL_ASSERT(curthread);
9797         gen = PCPU_GET(pcid_gen);
9798         if (pmap->pm_pcids[cpuid].pm_pcid == PMAP_PCID_KERN)
9799                 return (pti ? 0 : CR3_PCID_SAVE);
9800         if (pmap->pm_pcids[cpuid].pm_gen == gen)
9801                 return (CR3_PCID_SAVE);
9802         pcid_next = PCPU_GET(pcid_next);
9803         KASSERT((!pti && pcid_next <= PMAP_PCID_OVERMAX) ||
9804             (pti && pcid_next <= PMAP_PCID_OVERMAX_KERN),
9805             ("cpu %d pcid_next %#x", cpuid, pcid_next));
9806         if ((!pti && pcid_next == PMAP_PCID_OVERMAX) ||
9807             (pti && pcid_next == PMAP_PCID_OVERMAX_KERN)) {
9808                 new_gen = gen + 1;
9809                 if (new_gen == 0)
9810                         new_gen = 1;
9811                 PCPU_SET(pcid_gen, new_gen);
9812                 pcid_next = PMAP_PCID_KERN + 1;
9813         } else {
9814                 new_gen = gen;
9815         }
9816         pmap->pm_pcids[cpuid].pm_pcid = pcid_next;
9817         pmap->pm_pcids[cpuid].pm_gen = new_gen;
9818         PCPU_SET(pcid_next, pcid_next + 1);
9819         return (0);
9820 }
9821
9822 static uint64_t
9823 pmap_pcid_alloc_checked(pmap_t pmap, u_int cpuid)
9824 {
9825         uint64_t cached;
9826
9827         cached = pmap_pcid_alloc(pmap, cpuid);
9828         KASSERT(pmap->pm_pcids[cpuid].pm_pcid < PMAP_PCID_OVERMAX,
9829             ("pmap %p cpu %d pcid %#x", pmap, cpuid,
9830             pmap->pm_pcids[cpuid].pm_pcid));
9831         KASSERT(pmap->pm_pcids[cpuid].pm_pcid != PMAP_PCID_KERN ||
9832             pmap == kernel_pmap,
9833             ("non-kernel pmap pmap %p cpu %d pcid %#x",
9834             pmap, cpuid, pmap->pm_pcids[cpuid].pm_pcid));
9835         return (cached);
9836 }
9837
9838 static void
9839 pmap_activate_sw_pti_post(struct thread *td, pmap_t pmap)
9840 {
9841
9842         PCPU_GET(tssp)->tss_rsp0 = pmap->pm_ucr3 != PMAP_NO_CR3 ?
9843             PCPU_GET(pti_rsp0) : (uintptr_t)td->td_md.md_stack_base;
9844 }
9845
9846 static void
9847 pmap_activate_sw_pcid_pti(struct thread *td, pmap_t pmap, u_int cpuid)
9848 {
9849         pmap_t old_pmap;
9850         uint64_t cached, cr3, kcr3, ucr3;
9851
9852         KASSERT((read_rflags() & PSL_I) == 0,
9853             ("PCID needs interrupts disabled in pmap_activate_sw()"));
9854
9855         /* See the comment in pmap_invalidate_page_pcid(). */
9856         if (PCPU_GET(ucr3_load_mask) != PMAP_UCR3_NOMASK) {
9857                 PCPU_SET(ucr3_load_mask, PMAP_UCR3_NOMASK);
9858                 old_pmap = PCPU_GET(curpmap);
9859                 MPASS(old_pmap->pm_ucr3 != PMAP_NO_CR3);
9860                 old_pmap->pm_pcids[cpuid].pm_gen = 0;
9861         }
9862
9863         cached = pmap_pcid_alloc_checked(pmap, cpuid);
9864         cr3 = rcr3();
9865         if ((cr3 & ~CR3_PCID_MASK) != pmap->pm_cr3)
9866                 load_cr3(pmap->pm_cr3 | pmap->pm_pcids[cpuid].pm_pcid);
9867         PCPU_SET(curpmap, pmap);
9868         kcr3 = pmap->pm_cr3 | pmap->pm_pcids[cpuid].pm_pcid;
9869         ucr3 = pmap->pm_ucr3 | pmap->pm_pcids[cpuid].pm_pcid |
9870             PMAP_PCID_USER_PT;
9871
9872         if (!cached && pmap->pm_ucr3 != PMAP_NO_CR3)
9873                 PCPU_SET(ucr3_load_mask, ~CR3_PCID_SAVE);
9874
9875         PCPU_SET(kcr3, kcr3 | CR3_PCID_SAVE);
9876         PCPU_SET(ucr3, ucr3 | CR3_PCID_SAVE);
9877         if (cached)
9878                 counter_u64_add(pcid_save_cnt, 1);
9879
9880         pmap_activate_sw_pti_post(td, pmap);
9881 }
9882
9883 static void
9884 pmap_activate_sw_pcid_nopti(struct thread *td __unused, pmap_t pmap,
9885     u_int cpuid)
9886 {
9887         uint64_t cached, cr3;
9888
9889         KASSERT((read_rflags() & PSL_I) == 0,
9890             ("PCID needs interrupts disabled in pmap_activate_sw()"));
9891
9892         cached = pmap_pcid_alloc_checked(pmap, cpuid);
9893         cr3 = rcr3();
9894         if (!cached || (cr3 & ~CR3_PCID_MASK) != pmap->pm_cr3)
9895                 load_cr3(pmap->pm_cr3 | pmap->pm_pcids[cpuid].pm_pcid |
9896                     cached);
9897         PCPU_SET(curpmap, pmap);
9898         if (cached)
9899                 counter_u64_add(pcid_save_cnt, 1);
9900 }
9901
9902 static void
9903 pmap_activate_sw_nopcid_nopti(struct thread *td __unused, pmap_t pmap,
9904     u_int cpuid __unused)
9905 {
9906
9907         load_cr3(pmap->pm_cr3);
9908         PCPU_SET(curpmap, pmap);
9909 }
9910
9911 static void
9912 pmap_activate_sw_nopcid_pti(struct thread *td, pmap_t pmap,
9913     u_int cpuid __unused)
9914 {
9915
9916         pmap_activate_sw_nopcid_nopti(td, pmap, cpuid);
9917         PCPU_SET(kcr3, pmap->pm_cr3);
9918         PCPU_SET(ucr3, pmap->pm_ucr3);
9919         pmap_activate_sw_pti_post(td, pmap);
9920 }
9921
9922 DEFINE_IFUNC(static, void, pmap_activate_sw_mode, (struct thread *, pmap_t,
9923     u_int))
9924 {
9925
9926         if (pmap_pcid_enabled && pti)
9927                 return (pmap_activate_sw_pcid_pti);
9928         else if (pmap_pcid_enabled && !pti)
9929                 return (pmap_activate_sw_pcid_nopti);
9930         else if (!pmap_pcid_enabled && pti)
9931                 return (pmap_activate_sw_nopcid_pti);
9932         else /* if (!pmap_pcid_enabled && !pti) */
9933                 return (pmap_activate_sw_nopcid_nopti);
9934 }
9935
9936 void
9937 pmap_activate_sw(struct thread *td)
9938 {
9939         pmap_t oldpmap, pmap;
9940         u_int cpuid;
9941
9942         oldpmap = PCPU_GET(curpmap);
9943         pmap = vmspace_pmap(td->td_proc->p_vmspace);
9944         if (oldpmap == pmap) {
9945                 if (cpu_vendor_id != CPU_VENDOR_INTEL)
9946                         mfence();
9947                 return;
9948         }
9949         cpuid = PCPU_GET(cpuid);
9950 #ifdef SMP
9951         CPU_SET_ATOMIC(cpuid, &pmap->pm_active);
9952 #else
9953         CPU_SET(cpuid, &pmap->pm_active);
9954 #endif
9955         pmap_activate_sw_mode(td, pmap, cpuid);
9956 #ifdef SMP
9957         CPU_CLR_ATOMIC(cpuid, &oldpmap->pm_active);
9958 #else
9959         CPU_CLR(cpuid, &oldpmap->pm_active);
9960 #endif
9961 }
9962
9963 void
9964 pmap_activate(struct thread *td)
9965 {
9966         /*
9967          * invltlb_{invpcid,}_pcid_handler() is used to handle an
9968          * invalidate_all IPI, which checks for curpmap ==
9969          * smp_tlb_pmap.  The below sequence of operations has a
9970          * window where %CR3 is loaded with the new pmap's PML4
9971          * address, but the curpmap value has not yet been updated.
9972          * This causes the invltlb IPI handler, which is called
9973          * between the updates, to execute as a NOP, which leaves
9974          * stale TLB entries.
9975          *
9976          * Note that the most common use of pmap_activate_sw(), from
9977          * a context switch, is immune to this race, because
9978          * interrupts are disabled (while the thread lock is owned),
9979          * so the IPI is delayed until after curpmap is updated.  Protect
9980          * other callers in a similar way, by disabling interrupts
9981          * around the %cr3 register reload and curpmap assignment.
9982          */
9983         spinlock_enter();
9984         pmap_activate_sw(td);
9985         spinlock_exit();
9986 }
9987
9988 void
9989 pmap_activate_boot(pmap_t pmap)
9990 {
9991         uint64_t kcr3;
9992         u_int cpuid;
9993
9994         /*
9995          * kernel_pmap must be never deactivated, and we ensure that
9996          * by never activating it at all.
9997          */
9998         MPASS(pmap != kernel_pmap);
9999
10000         cpuid = PCPU_GET(cpuid);
10001 #ifdef SMP
10002         CPU_SET_ATOMIC(cpuid, &pmap->pm_active);
10003 #else
10004         CPU_SET(cpuid, &pmap->pm_active);
10005 #endif
10006         PCPU_SET(curpmap, pmap);
10007         if (pti) {
10008                 kcr3 = pmap->pm_cr3;
10009                 if (pmap_pcid_enabled)
10010                         kcr3 |= pmap->pm_pcids[cpuid].pm_pcid | CR3_PCID_SAVE;
10011         } else {
10012                 kcr3 = PMAP_NO_CR3;
10013         }
10014         PCPU_SET(kcr3, kcr3);
10015         PCPU_SET(ucr3, PMAP_NO_CR3);
10016 }
10017
10018 void
10019 pmap_sync_icache(pmap_t pm, vm_offset_t va, vm_size_t sz)
10020 {
10021 }
10022
10023 /*
10024  *      Increase the starting virtual address of the given mapping if a
10025  *      different alignment might result in more superpage mappings.
10026  */
10027 void
10028 pmap_align_superpage(vm_object_t object, vm_ooffset_t offset,
10029     vm_offset_t *addr, vm_size_t size)
10030 {
10031         vm_offset_t superpage_offset;
10032
10033         if (size < NBPDR)
10034                 return;
10035         if (object != NULL && (object->flags & OBJ_COLORED) != 0)
10036                 offset += ptoa(object->pg_color);
10037         superpage_offset = offset & PDRMASK;
10038         if (size - ((NBPDR - superpage_offset) & PDRMASK) < NBPDR ||
10039             (*addr & PDRMASK) == superpage_offset)
10040                 return;
10041         if ((*addr & PDRMASK) < superpage_offset)
10042                 *addr = (*addr & ~PDRMASK) + superpage_offset;
10043         else
10044                 *addr = ((*addr + PDRMASK) & ~PDRMASK) + superpage_offset;
10045 }
10046
10047 #ifdef INVARIANTS
10048 static unsigned long num_dirty_emulations;
10049 SYSCTL_ULONG(_vm_pmap, OID_AUTO, num_dirty_emulations, CTLFLAG_RW,
10050              &num_dirty_emulations, 0, NULL);
10051
10052 static unsigned long num_accessed_emulations;
10053 SYSCTL_ULONG(_vm_pmap, OID_AUTO, num_accessed_emulations, CTLFLAG_RW,
10054              &num_accessed_emulations, 0, NULL);
10055
10056 static unsigned long num_superpage_accessed_emulations;
10057 SYSCTL_ULONG(_vm_pmap, OID_AUTO, num_superpage_accessed_emulations, CTLFLAG_RW,
10058              &num_superpage_accessed_emulations, 0, NULL);
10059
10060 static unsigned long ad_emulation_superpage_promotions;
10061 SYSCTL_ULONG(_vm_pmap, OID_AUTO, ad_emulation_superpage_promotions, CTLFLAG_RW,
10062              &ad_emulation_superpage_promotions, 0, NULL);
10063 #endif  /* INVARIANTS */
10064
10065 int
10066 pmap_emulate_accessed_dirty(pmap_t pmap, vm_offset_t va, int ftype)
10067 {
10068         int rv;
10069         struct rwlock *lock;
10070 #if VM_NRESERVLEVEL > 0
10071         vm_page_t m, mpte;
10072 #endif
10073         pd_entry_t *pde;
10074         pt_entry_t *pte, PG_A, PG_M, PG_RW, PG_V;
10075
10076         KASSERT(ftype == VM_PROT_READ || ftype == VM_PROT_WRITE,
10077             ("pmap_emulate_accessed_dirty: invalid fault type %d", ftype));
10078
10079         if (!pmap_emulate_ad_bits(pmap))
10080                 return (-1);
10081
10082         PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
10083         PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
10084         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
10085         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
10086
10087         rv = -1;
10088         lock = NULL;
10089         PMAP_LOCK(pmap);
10090
10091         pde = pmap_pde(pmap, va);
10092         if (pde == NULL || (*pde & PG_V) == 0)
10093                 goto done;
10094
10095         if ((*pde & PG_PS) != 0) {
10096                 if (ftype == VM_PROT_READ) {
10097 #ifdef INVARIANTS
10098                         atomic_add_long(&num_superpage_accessed_emulations, 1);
10099 #endif
10100                         *pde |= PG_A;
10101                         rv = 0;
10102                 }
10103                 goto done;
10104         }
10105
10106         pte = pmap_pde_to_pte(pde, va);
10107         if ((*pte & PG_V) == 0)
10108                 goto done;
10109
10110         if (ftype == VM_PROT_WRITE) {
10111                 if ((*pte & PG_RW) == 0)
10112                         goto done;
10113                 /*
10114                  * Set the modified and accessed bits simultaneously.
10115                  *
10116                  * Intel EPT PTEs that do software emulation of A/D bits map
10117                  * PG_A and PG_M to EPT_PG_READ and EPT_PG_WRITE respectively.
10118                  * An EPT misconfiguration is triggered if the PTE is writable
10119                  * but not readable (WR=10). This is avoided by setting PG_A
10120                  * and PG_M simultaneously.
10121                  */
10122                 *pte |= PG_M | PG_A;
10123         } else {
10124                 *pte |= PG_A;
10125         }
10126
10127 #if VM_NRESERVLEVEL > 0
10128         /* try to promote the mapping */
10129         if (va < VM_MAXUSER_ADDRESS)
10130                 mpte = PHYS_TO_VM_PAGE(*pde & PG_FRAME);
10131         else
10132                 mpte = NULL;
10133
10134         m = PHYS_TO_VM_PAGE(*pte & PG_FRAME);
10135
10136         if ((mpte == NULL || mpte->ref_count == NPTEPG) &&
10137             pmap_ps_enabled(pmap) &&
10138             (m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0 &&
10139             vm_reserv_level_iffullpop(m) == 0) {
10140                 pmap_promote_pde(pmap, pde, va, &lock);
10141 #ifdef INVARIANTS
10142                 atomic_add_long(&ad_emulation_superpage_promotions, 1);
10143 #endif
10144         }
10145 #endif
10146
10147 #ifdef INVARIANTS
10148         if (ftype == VM_PROT_WRITE)
10149                 atomic_add_long(&num_dirty_emulations, 1);
10150         else
10151                 atomic_add_long(&num_accessed_emulations, 1);
10152 #endif
10153         rv = 0;         /* success */
10154 done:
10155         if (lock != NULL)
10156                 rw_wunlock(lock);
10157         PMAP_UNLOCK(pmap);
10158         return (rv);
10159 }
10160
10161 void
10162 pmap_get_mapping(pmap_t pmap, vm_offset_t va, uint64_t *ptr, int *num)
10163 {
10164         pml4_entry_t *pml4;
10165         pdp_entry_t *pdp;
10166         pd_entry_t *pde;
10167         pt_entry_t *pte, PG_V;
10168         int idx;
10169
10170         idx = 0;
10171         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
10172         PMAP_LOCK(pmap);
10173
10174         pml4 = pmap_pml4e(pmap, va);
10175         if (pml4 == NULL)
10176                 goto done;
10177         ptr[idx++] = *pml4;
10178         if ((*pml4 & PG_V) == 0)
10179                 goto done;
10180
10181         pdp = pmap_pml4e_to_pdpe(pml4, va);
10182         ptr[idx++] = *pdp;
10183         if ((*pdp & PG_V) == 0 || (*pdp & PG_PS) != 0)
10184                 goto done;
10185
10186         pde = pmap_pdpe_to_pde(pdp, va);
10187         ptr[idx++] = *pde;
10188         if ((*pde & PG_V) == 0 || (*pde & PG_PS) != 0)
10189                 goto done;
10190
10191         pte = pmap_pde_to_pte(pde, va);
10192         ptr[idx++] = *pte;
10193
10194 done:
10195         PMAP_UNLOCK(pmap);
10196         *num = idx;
10197 }
10198
10199 /**
10200  * Get the kernel virtual address of a set of physical pages. If there are
10201  * physical addresses not covered by the DMAP perform a transient mapping
10202  * that will be removed when calling pmap_unmap_io_transient.
10203  *
10204  * \param page        The pages the caller wishes to obtain the virtual
10205  *                    address on the kernel memory map.
10206  * \param vaddr       On return contains the kernel virtual memory address
10207  *                    of the pages passed in the page parameter.
10208  * \param count       Number of pages passed in.
10209  * \param can_fault   TRUE if the thread using the mapped pages can take
10210  *                    page faults, FALSE otherwise.
10211  *
10212  * \returns TRUE if the caller must call pmap_unmap_io_transient when
10213  *          finished or FALSE otherwise.
10214  *
10215  */
10216 boolean_t
10217 pmap_map_io_transient(vm_page_t page[], vm_offset_t vaddr[], int count,
10218     boolean_t can_fault)
10219 {
10220         vm_paddr_t paddr;
10221         boolean_t needs_mapping;
10222         pt_entry_t *pte;
10223         int cache_bits, error __unused, i;
10224
10225         /*
10226          * Allocate any KVA space that we need, this is done in a separate
10227          * loop to prevent calling vmem_alloc while pinned.
10228          */
10229         needs_mapping = FALSE;
10230         for (i = 0; i < count; i++) {
10231                 paddr = VM_PAGE_TO_PHYS(page[i]);
10232                 if (__predict_false(paddr >= dmaplimit)) {
10233                         error = vmem_alloc(kernel_arena, PAGE_SIZE,
10234                             M_BESTFIT | M_WAITOK, &vaddr[i]);
10235                         KASSERT(error == 0, ("vmem_alloc failed: %d", error));
10236                         needs_mapping = TRUE;
10237                 } else {
10238                         vaddr[i] = PHYS_TO_DMAP(paddr);
10239                 }
10240         }
10241
10242         /* Exit early if everything is covered by the DMAP */
10243         if (!needs_mapping)
10244                 return (FALSE);
10245
10246         /*
10247          * NB:  The sequence of updating a page table followed by accesses
10248          * to the corresponding pages used in the !DMAP case is subject to
10249          * the situation described in the "AMD64 Architecture Programmer's
10250          * Manual Volume 2: System Programming" rev. 3.23, "7.3.1 Special
10251          * Coherency Considerations".  Therefore, issuing the INVLPG right
10252          * after modifying the PTE bits is crucial.
10253          */
10254         if (!can_fault)
10255                 sched_pin();
10256         for (i = 0; i < count; i++) {
10257                 paddr = VM_PAGE_TO_PHYS(page[i]);
10258                 if (paddr >= dmaplimit) {
10259                         if (can_fault) {
10260                                 /*
10261                                  * Slow path, since we can get page faults
10262                                  * while mappings are active don't pin the
10263                                  * thread to the CPU and instead add a global
10264                                  * mapping visible to all CPUs.
10265                                  */
10266                                 pmap_qenter(vaddr[i], &page[i], 1);
10267                         } else {
10268                                 pte = vtopte(vaddr[i]);
10269                                 cache_bits = pmap_cache_bits(kernel_pmap,
10270                                     page[i]->md.pat_mode, 0);
10271                                 pte_store(pte, paddr | X86_PG_RW | X86_PG_V |
10272                                     cache_bits);
10273                                 invlpg(vaddr[i]);
10274                         }
10275                 }
10276         }
10277
10278         return (needs_mapping);
10279 }
10280
10281 void
10282 pmap_unmap_io_transient(vm_page_t page[], vm_offset_t vaddr[], int count,
10283     boolean_t can_fault)
10284 {
10285         vm_paddr_t paddr;
10286         int i;
10287
10288         if (!can_fault)
10289                 sched_unpin();
10290         for (i = 0; i < count; i++) {
10291                 paddr = VM_PAGE_TO_PHYS(page[i]);
10292                 if (paddr >= dmaplimit) {
10293                         if (can_fault)
10294                                 pmap_qremove(vaddr[i], 1);
10295                         vmem_free(kernel_arena, vaddr[i], PAGE_SIZE);
10296                 }
10297         }
10298 }
10299
10300 vm_offset_t
10301 pmap_quick_enter_page(vm_page_t m)
10302 {
10303         vm_paddr_t paddr;
10304
10305         paddr = VM_PAGE_TO_PHYS(m);
10306         if (paddr < dmaplimit)
10307                 return (PHYS_TO_DMAP(paddr));
10308         mtx_lock_spin(&qframe_mtx);
10309         KASSERT(*vtopte(qframe) == 0, ("qframe busy"));
10310         pte_store(vtopte(qframe), paddr | X86_PG_RW | X86_PG_V | X86_PG_A |
10311             X86_PG_M | pmap_cache_bits(kernel_pmap, m->md.pat_mode, 0));
10312         return (qframe);
10313 }
10314
10315 void
10316 pmap_quick_remove_page(vm_offset_t addr)
10317 {
10318
10319         if (addr != qframe)
10320                 return;
10321         pte_store(vtopte(qframe), 0);
10322         invlpg(qframe);
10323         mtx_unlock_spin(&qframe_mtx);
10324 }
10325
10326 /*
10327  * Pdp pages from the large map are managed differently from either
10328  * kernel or user page table pages.  They are permanently allocated at
10329  * initialization time, and their reference count is permanently set to
10330  * zero.  The pml4 entries pointing to those pages are copied into
10331  * each allocated pmap.
10332  *
10333  * In contrast, pd and pt pages are managed like user page table
10334  * pages.  They are dynamically allocated, and their reference count
10335  * represents the number of valid entries within the page.
10336  */
10337 static vm_page_t
10338 pmap_large_map_getptp_unlocked(void)
10339 {
10340         return (pmap_alloc_pt_page(kernel_pmap, 0,
10341             VM_ALLOC_NORMAL | VM_ALLOC_ZERO));
10342 }
10343
10344 static vm_page_t
10345 pmap_large_map_getptp(void)
10346 {
10347         vm_page_t m;
10348
10349         PMAP_LOCK_ASSERT(kernel_pmap, MA_OWNED);
10350         m = pmap_large_map_getptp_unlocked();
10351         if (m == NULL) {
10352                 PMAP_UNLOCK(kernel_pmap);
10353                 vm_wait(NULL);
10354                 PMAP_LOCK(kernel_pmap);
10355                 /* Callers retry. */
10356         }
10357         return (m);
10358 }
10359
10360 static pdp_entry_t *
10361 pmap_large_map_pdpe(vm_offset_t va)
10362 {
10363         vm_pindex_t pml4_idx;
10364         vm_paddr_t mphys;
10365
10366         pml4_idx = pmap_pml4e_index(va);
10367         KASSERT(LMSPML4I <= pml4_idx && pml4_idx < LMSPML4I + lm_ents,
10368             ("pmap_large_map_pdpe: va %#jx out of range idx %#jx LMSPML4I "
10369             "%#jx lm_ents %d",
10370             (uintmax_t)va, (uintmax_t)pml4_idx, LMSPML4I, lm_ents));
10371         KASSERT((kernel_pml4[pml4_idx] & X86_PG_V) != 0,
10372             ("pmap_large_map_pdpe: invalid pml4 for va %#jx idx %#jx "
10373             "LMSPML4I %#jx lm_ents %d",
10374             (uintmax_t)va, (uintmax_t)pml4_idx, LMSPML4I, lm_ents));
10375         mphys = kernel_pml4[pml4_idx] & PG_FRAME;
10376         return ((pdp_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(mphys) + pmap_pdpe_index(va));
10377 }
10378
10379 static pd_entry_t *
10380 pmap_large_map_pde(vm_offset_t va)
10381 {
10382         pdp_entry_t *pdpe;
10383         vm_page_t m;
10384         vm_paddr_t mphys;
10385
10386 retry:
10387         pdpe = pmap_large_map_pdpe(va);
10388         if (*pdpe == 0) {
10389                 m = pmap_large_map_getptp();
10390                 if (m == NULL)
10391                         goto retry;
10392                 mphys = VM_PAGE_TO_PHYS(m);
10393                 *pdpe = mphys | X86_PG_A | X86_PG_RW | X86_PG_V | pg_nx;
10394         } else {
10395                 MPASS((*pdpe & X86_PG_PS) == 0);
10396                 mphys = *pdpe & PG_FRAME;
10397         }
10398         return ((pd_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(mphys) + pmap_pde_index(va));
10399 }
10400
10401 static pt_entry_t *
10402 pmap_large_map_pte(vm_offset_t va)
10403 {
10404         pd_entry_t *pde;
10405         vm_page_t m;
10406         vm_paddr_t mphys;
10407
10408 retry:
10409         pde = pmap_large_map_pde(va);
10410         if (*pde == 0) {
10411                 m = pmap_large_map_getptp();
10412                 if (m == NULL)
10413                         goto retry;
10414                 mphys = VM_PAGE_TO_PHYS(m);
10415                 *pde = mphys | X86_PG_A | X86_PG_RW | X86_PG_V | pg_nx;
10416                 PHYS_TO_VM_PAGE(DMAP_TO_PHYS((uintptr_t)pde))->ref_count++;
10417         } else {
10418                 MPASS((*pde & X86_PG_PS) == 0);
10419                 mphys = *pde & PG_FRAME;
10420         }
10421         return ((pt_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(mphys) + pmap_pte_index(va));
10422 }
10423
10424 static vm_paddr_t
10425 pmap_large_map_kextract(vm_offset_t va)
10426 {
10427         pdp_entry_t *pdpe, pdp;
10428         pd_entry_t *pde, pd;
10429         pt_entry_t *pte, pt;
10430
10431         KASSERT(PMAP_ADDRESS_IN_LARGEMAP(va),
10432             ("not largemap range %#lx", (u_long)va));
10433         pdpe = pmap_large_map_pdpe(va);
10434         pdp = *pdpe;
10435         KASSERT((pdp & X86_PG_V) != 0,
10436             ("invalid pdp va %#lx pdpe %#lx pdp %#lx", va,
10437             (u_long)pdpe, pdp));
10438         if ((pdp & X86_PG_PS) != 0) {
10439                 KASSERT((amd_feature & AMDID_PAGE1GB) != 0,
10440                     ("no 1G pages, va %#lx pdpe %#lx pdp %#lx", va,
10441                     (u_long)pdpe, pdp));
10442                 return ((pdp & PG_PS_PDP_FRAME) | (va & PDPMASK));
10443         }
10444         pde = pmap_pdpe_to_pde(pdpe, va);
10445         pd = *pde;
10446         KASSERT((pd & X86_PG_V) != 0,
10447             ("invalid pd va %#lx pde %#lx pd %#lx", va, (u_long)pde, pd));
10448         if ((pd & X86_PG_PS) != 0)
10449                 return ((pd & PG_PS_FRAME) | (va & PDRMASK));
10450         pte = pmap_pde_to_pte(pde, va);
10451         pt = *pte;
10452         KASSERT((pt & X86_PG_V) != 0,
10453             ("invalid pte va %#lx pte %#lx pt %#lx", va, (u_long)pte, pt));
10454         return ((pt & PG_FRAME) | (va & PAGE_MASK));
10455 }
10456
10457 static int
10458 pmap_large_map_getva(vm_size_t len, vm_offset_t align, vm_offset_t phase,
10459     vmem_addr_t *vmem_res)
10460 {
10461
10462         /*
10463          * Large mappings are all but static.  Consequently, there
10464          * is no point in waiting for an earlier allocation to be
10465          * freed.
10466          */
10467         return (vmem_xalloc(large_vmem, len, align, phase, 0, VMEM_ADDR_MIN,
10468             VMEM_ADDR_MAX, M_NOWAIT | M_BESTFIT, vmem_res));
10469 }
10470
10471 int
10472 pmap_large_map(vm_paddr_t spa, vm_size_t len, void **addr,
10473     vm_memattr_t mattr)
10474 {
10475         pdp_entry_t *pdpe;
10476         pd_entry_t *pde;
10477         pt_entry_t *pte;
10478         vm_offset_t va, inc;
10479         vmem_addr_t vmem_res;
10480         vm_paddr_t pa;
10481         int error;
10482
10483         if (len == 0 || spa + len < spa)
10484                 return (EINVAL);
10485
10486         /* See if DMAP can serve. */
10487         if (spa + len <= dmaplimit) {
10488                 va = PHYS_TO_DMAP(spa);
10489                 *addr = (void *)va;
10490                 return (pmap_change_attr(va, len, mattr));
10491         }
10492
10493         /*
10494          * No, allocate KVA.  Fit the address with best possible
10495          * alignment for superpages.  Fall back to worse align if
10496          * failed.
10497          */
10498         error = ENOMEM;
10499         if ((amd_feature & AMDID_PAGE1GB) != 0 && rounddown2(spa + len,
10500             NBPDP) >= roundup2(spa, NBPDP) + NBPDP)
10501                 error = pmap_large_map_getva(len, NBPDP, spa & PDPMASK,
10502                     &vmem_res);
10503         if (error != 0 && rounddown2(spa + len, NBPDR) >= roundup2(spa,
10504             NBPDR) + NBPDR)
10505                 error = pmap_large_map_getva(len, NBPDR, spa & PDRMASK,
10506                     &vmem_res);
10507         if (error != 0)
10508                 error = pmap_large_map_getva(len, PAGE_SIZE, 0, &vmem_res);
10509         if (error != 0)
10510                 return (error);
10511
10512         /*
10513          * Fill pagetable.  PG_M is not pre-set, we scan modified bits
10514          * in the pagetable to minimize flushing.  No need to
10515          * invalidate TLB, since we only update invalid entries.
10516          */
10517         PMAP_LOCK(kernel_pmap);
10518         for (pa = spa, va = vmem_res; len > 0; pa += inc, va += inc,
10519             len -= inc) {
10520                 if ((amd_feature & AMDID_PAGE1GB) != 0 && len >= NBPDP &&
10521                     (pa & PDPMASK) == 0 && (va & PDPMASK) == 0) {
10522                         pdpe = pmap_large_map_pdpe(va);
10523                         MPASS(*pdpe == 0);
10524                         *pdpe = pa | pg_g | X86_PG_PS | X86_PG_RW |
10525                             X86_PG_V | X86_PG_A | pg_nx |
10526                             pmap_cache_bits(kernel_pmap, mattr, TRUE);
10527                         inc = NBPDP;
10528                 } else if (len >= NBPDR && (pa & PDRMASK) == 0 &&
10529                     (va & PDRMASK) == 0) {
10530                         pde = pmap_large_map_pde(va);
10531                         MPASS(*pde == 0);
10532                         *pde = pa | pg_g | X86_PG_PS | X86_PG_RW |
10533                             X86_PG_V | X86_PG_A | pg_nx |
10534                             pmap_cache_bits(kernel_pmap, mattr, TRUE);
10535                         PHYS_TO_VM_PAGE(DMAP_TO_PHYS((uintptr_t)pde))->
10536                             ref_count++;
10537                         inc = NBPDR;
10538                 } else {
10539                         pte = pmap_large_map_pte(va);
10540                         MPASS(*pte == 0);
10541                         *pte = pa | pg_g | X86_PG_RW | X86_PG_V |
10542                             X86_PG_A | pg_nx | pmap_cache_bits(kernel_pmap,
10543                             mattr, FALSE);
10544                         PHYS_TO_VM_PAGE(DMAP_TO_PHYS((uintptr_t)pte))->
10545                             ref_count++;
10546                         inc = PAGE_SIZE;
10547                 }
10548         }
10549         PMAP_UNLOCK(kernel_pmap);
10550         MPASS(len == 0);
10551
10552         *addr = (void *)vmem_res;
10553         return (0);
10554 }
10555
10556 void
10557 pmap_large_unmap(void *svaa, vm_size_t len)
10558 {
10559         vm_offset_t sva, va;
10560         vm_size_t inc;
10561         pdp_entry_t *pdpe, pdp;
10562         pd_entry_t *pde, pd;
10563         pt_entry_t *pte;
10564         vm_page_t m;
10565         struct spglist spgf;
10566
10567         sva = (vm_offset_t)svaa;
10568         if (len == 0 || sva + len < sva || (sva >= DMAP_MIN_ADDRESS &&
10569             sva + len <= DMAP_MIN_ADDRESS + dmaplimit))
10570                 return;
10571
10572         SLIST_INIT(&spgf);
10573         KASSERT(PMAP_ADDRESS_IN_LARGEMAP(sva) &&
10574             PMAP_ADDRESS_IN_LARGEMAP(sva + len - 1),
10575             ("not largemap range %#lx %#lx", (u_long)svaa, (u_long)svaa + len));
10576         PMAP_LOCK(kernel_pmap);
10577         for (va = sva; va < sva + len; va += inc) {
10578                 pdpe = pmap_large_map_pdpe(va);
10579                 pdp = *pdpe;
10580                 KASSERT((pdp & X86_PG_V) != 0,
10581                     ("invalid pdp va %#lx pdpe %#lx pdp %#lx", va,
10582                     (u_long)pdpe, pdp));
10583                 if ((pdp & X86_PG_PS) != 0) {
10584                         KASSERT((amd_feature & AMDID_PAGE1GB) != 0,
10585                             ("no 1G pages, va %#lx pdpe %#lx pdp %#lx", va,
10586                             (u_long)pdpe, pdp));
10587                         KASSERT((va & PDPMASK) == 0,
10588                             ("PDPMASK bit set, va %#lx pdpe %#lx pdp %#lx", va,
10589                             (u_long)pdpe, pdp));
10590                         KASSERT(va + NBPDP <= sva + len,
10591                             ("unmap covers partial 1GB page, sva %#lx va %#lx "
10592                             "pdpe %#lx pdp %#lx len %#lx", sva, va,
10593                             (u_long)pdpe, pdp, len));
10594                         *pdpe = 0;
10595                         inc = NBPDP;
10596                         continue;
10597                 }
10598                 pde = pmap_pdpe_to_pde(pdpe, va);
10599                 pd = *pde;
10600                 KASSERT((pd & X86_PG_V) != 0,
10601                     ("invalid pd va %#lx pde %#lx pd %#lx", va,
10602                     (u_long)pde, pd));
10603                 if ((pd & X86_PG_PS) != 0) {
10604                         KASSERT((va & PDRMASK) == 0,
10605                             ("PDRMASK bit set, va %#lx pde %#lx pd %#lx", va,
10606                             (u_long)pde, pd));
10607                         KASSERT(va + NBPDR <= sva + len,
10608                             ("unmap covers partial 2MB page, sva %#lx va %#lx "
10609                             "pde %#lx pd %#lx len %#lx", sva, va, (u_long)pde,
10610                             pd, len));
10611                         pde_store(pde, 0);
10612                         inc = NBPDR;
10613                         m = PHYS_TO_VM_PAGE(DMAP_TO_PHYS((vm_offset_t)pde));
10614                         m->ref_count--;
10615                         if (m->ref_count == 0) {
10616                                 *pdpe = 0;
10617                                 SLIST_INSERT_HEAD(&spgf, m, plinks.s.ss);
10618                         }
10619                         continue;
10620                 }
10621                 pte = pmap_pde_to_pte(pde, va);
10622                 KASSERT((*pte & X86_PG_V) != 0,
10623                     ("invalid pte va %#lx pte %#lx pt %#lx", va,
10624                     (u_long)pte, *pte));
10625                 pte_clear(pte);
10626                 inc = PAGE_SIZE;
10627                 m = PHYS_TO_VM_PAGE(DMAP_TO_PHYS((vm_offset_t)pte));
10628                 m->ref_count--;
10629                 if (m->ref_count == 0) {
10630                         *pde = 0;
10631                         SLIST_INSERT_HEAD(&spgf, m, plinks.s.ss);
10632                         m = PHYS_TO_VM_PAGE(DMAP_TO_PHYS((vm_offset_t)pde));
10633                         m->ref_count--;
10634                         if (m->ref_count == 0) {
10635                                 *pdpe = 0;
10636                                 SLIST_INSERT_HEAD(&spgf, m, plinks.s.ss);
10637                         }
10638                 }
10639         }
10640         pmap_invalidate_range(kernel_pmap, sva, sva + len);
10641         PMAP_UNLOCK(kernel_pmap);
10642         vm_page_free_pages_toq(&spgf, false);
10643         vmem_free(large_vmem, sva, len);
10644 }
10645
10646 static void
10647 pmap_large_map_wb_fence_mfence(void)
10648 {
10649
10650         mfence();
10651 }
10652
10653 static void
10654 pmap_large_map_wb_fence_atomic(void)
10655 {
10656
10657         atomic_thread_fence_seq_cst();
10658 }
10659
10660 static void
10661 pmap_large_map_wb_fence_nop(void)
10662 {
10663 }
10664
10665 DEFINE_IFUNC(static, void, pmap_large_map_wb_fence, (void))
10666 {
10667
10668         if (cpu_vendor_id != CPU_VENDOR_INTEL)
10669                 return (pmap_large_map_wb_fence_mfence);
10670         else if ((cpu_stdext_feature & (CPUID_STDEXT_CLWB |
10671             CPUID_STDEXT_CLFLUSHOPT)) == 0)
10672                 return (pmap_large_map_wb_fence_atomic);
10673         else
10674                 /* clflush is strongly enough ordered */
10675                 return (pmap_large_map_wb_fence_nop);
10676 }
10677
10678 static void
10679 pmap_large_map_flush_range_clwb(vm_offset_t va, vm_size_t len)
10680 {
10681
10682         for (; len > 0; len -= cpu_clflush_line_size,
10683             va += cpu_clflush_line_size)
10684                 clwb(va);
10685 }
10686
10687 static void
10688 pmap_large_map_flush_range_clflushopt(vm_offset_t va, vm_size_t len)
10689 {
10690
10691         for (; len > 0; len -= cpu_clflush_line_size,
10692             va += cpu_clflush_line_size)
10693                 clflushopt(va);
10694 }
10695
10696 static void
10697 pmap_large_map_flush_range_clflush(vm_offset_t va, vm_size_t len)
10698 {
10699
10700         for (; len > 0; len -= cpu_clflush_line_size,
10701             va += cpu_clflush_line_size)
10702                 clflush(va);
10703 }
10704
10705 static void
10706 pmap_large_map_flush_range_nop(vm_offset_t sva __unused, vm_size_t len __unused)
10707 {
10708 }
10709
10710 DEFINE_IFUNC(static, void, pmap_large_map_flush_range, (vm_offset_t, vm_size_t))
10711 {
10712
10713         if ((cpu_stdext_feature & CPUID_STDEXT_CLWB) != 0)
10714                 return (pmap_large_map_flush_range_clwb);
10715         else if ((cpu_stdext_feature & CPUID_STDEXT_CLFLUSHOPT) != 0)
10716                 return (pmap_large_map_flush_range_clflushopt);
10717         else if ((cpu_feature & CPUID_CLFSH) != 0)
10718                 return (pmap_large_map_flush_range_clflush);
10719         else
10720                 return (pmap_large_map_flush_range_nop);
10721 }
10722
10723 static void
10724 pmap_large_map_wb_large(vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
10725 {
10726         volatile u_long *pe;
10727         u_long p;
10728         vm_offset_t va;
10729         vm_size_t inc;
10730         bool seen_other;
10731
10732         for (va = sva; va < eva; va += inc) {
10733                 inc = 0;
10734                 if ((amd_feature & AMDID_PAGE1GB) != 0) {
10735                         pe = (volatile u_long *)pmap_large_map_pdpe(va);
10736                         p = *pe;
10737                         if ((p & X86_PG_PS) != 0)
10738                                 inc = NBPDP;
10739                 }
10740                 if (inc == 0) {
10741                         pe = (volatile u_long *)pmap_large_map_pde(va);
10742                         p = *pe;
10743                         if ((p & X86_PG_PS) != 0)
10744                                 inc = NBPDR;
10745                 }
10746                 if (inc == 0) {
10747                         pe = (volatile u_long *)pmap_large_map_pte(va);
10748                         p = *pe;
10749                         inc = PAGE_SIZE;
10750                 }
10751                 seen_other = false;
10752                 for (;;) {
10753                         if ((p & X86_PG_AVAIL1) != 0) {
10754                                 /*
10755                                  * Spin-wait for the end of a parallel
10756                                  * write-back.
10757                                  */
10758                                 cpu_spinwait();
10759                                 p = *pe;
10760
10761                                 /*
10762                                  * If we saw other write-back
10763                                  * occuring, we cannot rely on PG_M to
10764                                  * indicate state of the cache.  The
10765                                  * PG_M bit is cleared before the
10766                                  * flush to avoid ignoring new writes,
10767                                  * and writes which are relevant for
10768                                  * us might happen after.
10769                                  */
10770                                 seen_other = true;
10771                                 continue;
10772                         }
10773
10774                         if ((p & X86_PG_M) != 0 || seen_other) {
10775                                 if (!atomic_fcmpset_long(pe, &p,
10776                                     (p & ~X86_PG_M) | X86_PG_AVAIL1))
10777                                         /*
10778                                          * If we saw PG_M without
10779                                          * PG_AVAIL1, and then on the
10780                                          * next attempt we do not
10781                                          * observe either PG_M or
10782                                          * PG_AVAIL1, the other
10783                                          * write-back started after us
10784                                          * and finished before us.  We
10785                                          * can rely on it doing our
10786                                          * work.
10787                                          */
10788                                         continue;
10789                                 pmap_large_map_flush_range(va, inc);
10790                                 atomic_clear_long(pe, X86_PG_AVAIL1);
10791                         }
10792                         break;
10793                 }
10794                 maybe_yield();
10795         }
10796 }
10797
10798 /*
10799  * Write-back cache lines for the given address range.
10800  *
10801  * Must be called only on the range or sub-range returned from
10802  * pmap_large_map().  Must not be called on the coalesced ranges.
10803  *
10804  * Does nothing on CPUs without CLWB, CLFLUSHOPT, or CLFLUSH
10805  * instructions support.
10806  */
10807 void
10808 pmap_large_map_wb(void *svap, vm_size_t len)
10809 {
10810         vm_offset_t eva, sva;
10811
10812         sva = (vm_offset_t)svap;
10813         eva = sva + len;
10814         pmap_large_map_wb_fence();
10815         if (sva >= DMAP_MIN_ADDRESS && eva <= DMAP_MIN_ADDRESS + dmaplimit) {
10816                 pmap_large_map_flush_range(sva, len);
10817         } else {
10818                 KASSERT(sva >= LARGEMAP_MIN_ADDRESS &&
10819                     eva <= LARGEMAP_MIN_ADDRESS + lm_ents * NBPML4,
10820                     ("pmap_large_map_wb: not largemap %#lx %#lx", sva, len));
10821                 pmap_large_map_wb_large(sva, eva);
10822         }
10823         pmap_large_map_wb_fence();
10824 }
10825
10826 static vm_page_t
10827 pmap_pti_alloc_page(void)
10828 {
10829         vm_page_t m;
10830
10831         VM_OBJECT_ASSERT_WLOCKED(pti_obj);
10832         m = vm_page_grab(pti_obj, pti_pg_idx++, VM_ALLOC_NOBUSY |
10833             VM_ALLOC_WIRED | VM_ALLOC_ZERO);
10834         return (m);
10835 }
10836
10837 static bool
10838 pmap_pti_free_page(vm_page_t m)
10839 {
10840
10841         KASSERT(m->ref_count > 0, ("page %p not referenced", m));
10842         if (!vm_page_unwire_noq(m))
10843                 return (false);
10844         vm_page_free_zero(m);
10845         return (true);
10846 }
10847
10848 static void
10849 pmap_pti_init(void)
10850 {
10851         vm_page_t pml4_pg;
10852         pdp_entry_t *pdpe;
10853         vm_offset_t va;
10854         int i;
10855
10856         if (!pti)
10857                 return;
10858         pti_obj = vm_pager_allocate(OBJT_PHYS, NULL, 0, VM_PROT_ALL, 0, NULL);
10859         VM_OBJECT_WLOCK(pti_obj);
10860         pml4_pg = pmap_pti_alloc_page();
10861         pti_pml4 = (pml4_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(pml4_pg));
10862         for (va = VM_MIN_KERNEL_ADDRESS; va <= VM_MAX_KERNEL_ADDRESS &&
10863             va >= VM_MIN_KERNEL_ADDRESS && va > NBPML4; va += NBPML4) {
10864                 pdpe = pmap_pti_pdpe(va);
10865                 pmap_pti_wire_pte(pdpe);
10866         }
10867         pmap_pti_add_kva_locked((vm_offset_t)&__pcpu[0],
10868             (vm_offset_t)&__pcpu[0] + sizeof(__pcpu[0]) * MAXCPU, false);
10869         pmap_pti_add_kva_locked((vm_offset_t)idt, (vm_offset_t)idt +
10870             sizeof(struct gate_descriptor) * NIDT, false);
10871         CPU_FOREACH(i) {
10872                 /* Doublefault stack IST 1 */
10873                 va = __pcpu[i].pc_common_tss.tss_ist1 + sizeof(struct nmi_pcpu);
10874                 pmap_pti_add_kva_locked(va - DBLFAULT_STACK_SIZE, va, false);
10875                 /* NMI stack IST 2 */
10876                 va = __pcpu[i].pc_common_tss.tss_ist2 + sizeof(struct nmi_pcpu);
10877                 pmap_pti_add_kva_locked(va - NMI_STACK_SIZE, va, false);
10878                 /* MC# stack IST 3 */
10879                 va = __pcpu[i].pc_common_tss.tss_ist3 +
10880                     sizeof(struct nmi_pcpu);
10881                 pmap_pti_add_kva_locked(va - MCE_STACK_SIZE, va, false);
10882                 /* DB# stack IST 4 */
10883                 va = __pcpu[i].pc_common_tss.tss_ist4 + sizeof(struct nmi_pcpu);
10884                 pmap_pti_add_kva_locked(va - DBG_STACK_SIZE, va, false);
10885         }
10886         pmap_pti_add_kva_locked((vm_offset_t)KERNSTART, (vm_offset_t)etext,
10887             true);
10888         pti_finalized = true;
10889         VM_OBJECT_WUNLOCK(pti_obj);
10890 }
10891 SYSINIT(pmap_pti, SI_SUB_CPU + 1, SI_ORDER_ANY, pmap_pti_init, NULL);
10892
10893 static pdp_entry_t *
10894 pmap_pti_pdpe(vm_offset_t va)
10895 {
10896         pml4_entry_t *pml4e;
10897         pdp_entry_t *pdpe;
10898         vm_page_t m;
10899         vm_pindex_t pml4_idx;
10900         vm_paddr_t mphys;
10901
10902         VM_OBJECT_ASSERT_WLOCKED(pti_obj);
10903
10904         pml4_idx = pmap_pml4e_index(va);
10905         pml4e = &pti_pml4[pml4_idx];
10906         m = NULL;
10907         if (*pml4e == 0) {
10908                 if (pti_finalized)
10909                         panic("pml4 alloc after finalization\n");
10910                 m = pmap_pti_alloc_page();
10911                 if (*pml4e != 0) {
10912                         pmap_pti_free_page(m);
10913                         mphys = *pml4e & ~PAGE_MASK;
10914                 } else {
10915                         mphys = VM_PAGE_TO_PHYS(m);
10916                         *pml4e = mphys | X86_PG_RW | X86_PG_V;
10917                 }
10918         } else {
10919                 mphys = *pml4e & ~PAGE_MASK;
10920         }
10921         pdpe = (pdp_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(mphys) + pmap_pdpe_index(va);
10922         return (pdpe);
10923 }
10924
10925 static void
10926 pmap_pti_wire_pte(void *pte)
10927 {
10928         vm_page_t m;
10929
10930         VM_OBJECT_ASSERT_WLOCKED(pti_obj);
10931         m = PHYS_TO_VM_PAGE(DMAP_TO_PHYS((uintptr_t)pte));
10932         m->ref_count++;
10933 }
10934
10935 static void
10936 pmap_pti_unwire_pde(void *pde, bool only_ref)
10937 {
10938         vm_page_t m;
10939
10940         VM_OBJECT_ASSERT_WLOCKED(pti_obj);
10941         m = PHYS_TO_VM_PAGE(DMAP_TO_PHYS((uintptr_t)pde));
10942         MPASS(m->ref_count > 0);
10943         MPASS(only_ref || m->ref_count > 1);
10944         pmap_pti_free_page(m);
10945 }
10946
10947 static void
10948 pmap_pti_unwire_pte(void *pte, vm_offset_t va)
10949 {
10950         vm_page_t m;
10951         pd_entry_t *pde;
10952
10953         VM_OBJECT_ASSERT_WLOCKED(pti_obj);
10954         m = PHYS_TO_VM_PAGE(DMAP_TO_PHYS((uintptr_t)pte));
10955         MPASS(m->ref_count > 0);
10956         if (pmap_pti_free_page(m)) {
10957                 pde = pmap_pti_pde(va);
10958                 MPASS((*pde & (X86_PG_PS | X86_PG_V)) == X86_PG_V);
10959                 *pde = 0;
10960                 pmap_pti_unwire_pde(pde, false);
10961         }
10962 }
10963
10964 static pd_entry_t *
10965 pmap_pti_pde(vm_offset_t va)
10966 {
10967         pdp_entry_t *pdpe;
10968         pd_entry_t *pde;
10969         vm_page_t m;
10970         vm_pindex_t pd_idx;
10971         vm_paddr_t mphys;
10972
10973         VM_OBJECT_ASSERT_WLOCKED(pti_obj);
10974
10975         pdpe = pmap_pti_pdpe(va);
10976         if (*pdpe == 0) {
10977                 m = pmap_pti_alloc_page();
10978                 if (*pdpe != 0) {
10979                         pmap_pti_free_page(m);
10980                         MPASS((*pdpe & X86_PG_PS) == 0);
10981                         mphys = *pdpe & ~PAGE_MASK;
10982                 } else {
10983                         mphys =  VM_PAGE_TO_PHYS(m);
10984                         *pdpe = mphys | X86_PG_RW | X86_PG_V;
10985                 }
10986         } else {
10987                 MPASS((*pdpe & X86_PG_PS) == 0);
10988                 mphys = *pdpe & ~PAGE_MASK;
10989         }
10990
10991         pde = (pd_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(mphys);
10992         pd_idx = pmap_pde_index(va);
10993         pde += pd_idx;
10994         return (pde);
10995 }
10996
10997 static pt_entry_t *
10998 pmap_pti_pte(vm_offset_t va, bool *unwire_pde)
10999 {
11000         pd_entry_t *pde;
11001         pt_entry_t *pte;
11002         vm_page_t m;
11003         vm_paddr_t mphys;
11004
11005         VM_OBJECT_ASSERT_WLOCKED(pti_obj);
11006
11007         pde = pmap_pti_pde(va);
11008         if (unwire_pde != NULL) {
11009                 *unwire_pde = true;
11010                 pmap_pti_wire_pte(pde);
11011         }
11012         if (*pde == 0) {
11013                 m = pmap_pti_alloc_page();
11014                 if (*pde != 0) {
11015                         pmap_pti_free_page(m);
11016                         MPASS((*pde & X86_PG_PS) == 0);
11017                         mphys = *pde & ~(PAGE_MASK | pg_nx);
11018                 } else {
11019                         mphys = VM_PAGE_TO_PHYS(m);
11020                         *pde = mphys | X86_PG_RW | X86_PG_V;
11021                         if (unwire_pde != NULL)
11022                                 *unwire_pde = false;
11023                 }
11024         } else {
11025                 MPASS((*pde & X86_PG_PS) == 0);
11026                 mphys = *pde & ~(PAGE_MASK | pg_nx);
11027         }
11028
11029         pte = (pt_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(mphys);
11030         pte += pmap_pte_index(va);
11031
11032         return (pte);
11033 }
11034
11035 static void
11036 pmap_pti_add_kva_locked(vm_offset_t sva, vm_offset_t eva, bool exec)
11037 {
11038         vm_paddr_t pa;
11039         pd_entry_t *pde;
11040         pt_entry_t *pte, ptev;
11041         bool unwire_pde;
11042
11043         VM_OBJECT_ASSERT_WLOCKED(pti_obj);
11044
11045         sva = trunc_page(sva);
11046         MPASS(sva > VM_MAXUSER_ADDRESS);
11047         eva = round_page(eva);
11048         MPASS(sva < eva);
11049         for (; sva < eva; sva += PAGE_SIZE) {
11050                 pte = pmap_pti_pte(sva, &unwire_pde);
11051                 pa = pmap_kextract(sva);
11052                 ptev = pa | X86_PG_RW | X86_PG_V | X86_PG_A | X86_PG_G |
11053                     (exec ? 0 : pg_nx) | pmap_cache_bits(kernel_pmap,
11054                     VM_MEMATTR_DEFAULT, FALSE);
11055                 if (*pte == 0) {
11056                         pte_store(pte, ptev);
11057                         pmap_pti_wire_pte(pte);
11058                 } else {
11059                         KASSERT(!pti_finalized,
11060                             ("pti overlap after fin %#lx %#lx %#lx",
11061                             sva, *pte, ptev));
11062                         KASSERT(*pte == ptev,
11063                             ("pti non-identical pte after fin %#lx %#lx %#lx",
11064                             sva, *pte, ptev));
11065                 }
11066                 if (unwire_pde) {
11067                         pde = pmap_pti_pde(sva);
11068                         pmap_pti_unwire_pde(pde, true);
11069                 }
11070         }
11071 }
11072
11073 void
11074 pmap_pti_add_kva(vm_offset_t sva, vm_offset_t eva, bool exec)
11075 {
11076
11077         if (!pti)
11078                 return;
11079         VM_OBJECT_WLOCK(pti_obj);
11080         pmap_pti_add_kva_locked(sva, eva, exec);
11081         VM_OBJECT_WUNLOCK(pti_obj);
11082 }
11083
11084 void
11085 pmap_pti_remove_kva(vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
11086 {
11087         pt_entry_t *pte;
11088         vm_offset_t va;
11089
11090         if (!pti)
11091                 return;
11092         sva = rounddown2(sva, PAGE_SIZE);
11093         MPASS(sva > VM_MAXUSER_ADDRESS);
11094         eva = roundup2(eva, PAGE_SIZE);
11095         MPASS(sva < eva);
11096         VM_OBJECT_WLOCK(pti_obj);
11097         for (va = sva; va < eva; va += PAGE_SIZE) {
11098                 pte = pmap_pti_pte(va, NULL);
11099                 KASSERT((*pte & X86_PG_V) != 0,
11100                     ("invalid pte va %#lx pte %#lx pt %#lx", va,
11101                     (u_long)pte, *pte));
11102                 pte_clear(pte);
11103                 pmap_pti_unwire_pte(pte, va);
11104         }
11105         pmap_invalidate_range(kernel_pmap, sva, eva);
11106         VM_OBJECT_WUNLOCK(pti_obj);
11107 }
11108
11109 static void *
11110 pkru_dup_range(void *ctx __unused, void *data)
11111 {
11112         struct pmap_pkru_range *node, *new_node;
11113
11114         new_node = uma_zalloc(pmap_pkru_ranges_zone, M_NOWAIT);
11115         if (new_node == NULL)
11116                 return (NULL);
11117         node = data;
11118         memcpy(new_node, node, sizeof(*node));
11119         return (new_node);
11120 }
11121
11122 static void
11123 pkru_free_range(void *ctx __unused, void *node)
11124 {
11125
11126         uma_zfree(pmap_pkru_ranges_zone, node);
11127 }
11128
11129 static int
11130 pmap_pkru_assign(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva, u_int keyidx,
11131     int flags)
11132 {
11133         struct pmap_pkru_range *ppr;
11134         int error;
11135
11136         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
11137         MPASS(pmap->pm_type == PT_X86);
11138         MPASS((cpu_stdext_feature2 & CPUID_STDEXT2_PKU) != 0);
11139         if ((flags & AMD64_PKRU_EXCL) != 0 &&
11140             !rangeset_check_empty(&pmap->pm_pkru, sva, eva))
11141                 return (EBUSY);
11142         ppr = uma_zalloc(pmap_pkru_ranges_zone, M_NOWAIT);
11143         if (ppr == NULL)
11144                 return (ENOMEM);
11145         ppr->pkru_keyidx = keyidx;
11146         ppr->pkru_flags = flags & AMD64_PKRU_PERSIST;
11147         error = rangeset_insert(&pmap->pm_pkru, sva, eva, ppr);
11148         if (error != 0)
11149                 uma_zfree(pmap_pkru_ranges_zone, ppr);
11150         return (error);
11151 }
11152
11153 static int
11154 pmap_pkru_deassign(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
11155 {
11156
11157         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
11158         MPASS(pmap->pm_type == PT_X86);
11159         MPASS((cpu_stdext_feature2 & CPUID_STDEXT2_PKU) != 0);
11160         return (rangeset_remove(&pmap->pm_pkru, sva, eva));
11161 }
11162
11163 static void
11164 pmap_pkru_deassign_all(pmap_t pmap)
11165 {
11166
11167         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
11168         if (pmap->pm_type == PT_X86 &&
11169             (cpu_stdext_feature2 & CPUID_STDEXT2_PKU) != 0)
11170                 rangeset_remove_all(&pmap->pm_pkru);
11171 }
11172
11173 static bool
11174 pmap_pkru_same(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
11175 {
11176         struct pmap_pkru_range *ppr, *prev_ppr;
11177         vm_offset_t va;
11178
11179         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
11180         if (pmap->pm_type != PT_X86 ||
11181             (cpu_stdext_feature2 & CPUID_STDEXT2_PKU) == 0 ||
11182             sva >= VM_MAXUSER_ADDRESS)
11183                 return (true);
11184         MPASS(eva <= VM_MAXUSER_ADDRESS);
11185         for (va = sva; va < eva; prev_ppr = ppr) {
11186                 ppr = rangeset_lookup(&pmap->pm_pkru, va);
11187                 if (va == sva)
11188                         prev_ppr = ppr;
11189                 else if ((ppr == NULL) ^ (prev_ppr == NULL))
11190                         return (false);
11191                 if (ppr == NULL) {
11192                         va += PAGE_SIZE;
11193                         continue;
11194                 }
11195                 if (prev_ppr->pkru_keyidx != ppr->pkru_keyidx)
11196                         return (false);
11197                 va = ppr->pkru_rs_el.re_end;
11198         }
11199         return (true);
11200 }
11201
11202 static pt_entry_t
11203 pmap_pkru_get(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
11204 {
11205         struct pmap_pkru_range *ppr;
11206
11207         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
11208         if (pmap->pm_type != PT_X86 ||
11209             (cpu_stdext_feature2 & CPUID_STDEXT2_PKU) == 0 ||
11210             va >= VM_MAXUSER_ADDRESS)
11211                 return (0);
11212         ppr = rangeset_lookup(&pmap->pm_pkru, va);
11213         if (ppr != NULL)
11214                 return (X86_PG_PKU(ppr->pkru_keyidx));
11215         return (0);
11216 }
11217
11218 static bool
11219 pred_pkru_on_remove(void *ctx __unused, void *r)
11220 {
11221         struct pmap_pkru_range *ppr;
11222
11223         ppr = r;
11224         return ((ppr->pkru_flags & AMD64_PKRU_PERSIST) == 0);
11225 }
11226
11227 static void
11228 pmap_pkru_on_remove(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
11229 {
11230
11231         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
11232         if (pmap->pm_type == PT_X86 &&
11233             (cpu_stdext_feature2 & CPUID_STDEXT2_PKU) != 0) {
11234                 rangeset_remove_pred(&pmap->pm_pkru, sva, eva,
11235                     pred_pkru_on_remove);
11236         }
11237 }
11238
11239 static int
11240 pmap_pkru_copy(pmap_t dst_pmap, pmap_t src_pmap)
11241 {
11242
11243         PMAP_LOCK_ASSERT(dst_pmap, MA_OWNED);
11244         PMAP_LOCK_ASSERT(src_pmap, MA_OWNED);
11245         MPASS(dst_pmap->pm_type == PT_X86);
11246         MPASS(src_pmap->pm_type == PT_X86);
11247         MPASS((cpu_stdext_feature2 & CPUID_STDEXT2_PKU) != 0);
11248         if (src_pmap->pm_pkru.rs_data_ctx == NULL)
11249                 return (0);
11250         return (rangeset_copy(&dst_pmap->pm_pkru, &src_pmap->pm_pkru));
11251 }
11252
11253 static void
11254 pmap_pkru_update_range(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva,
11255     u_int keyidx)
11256 {
11257         pml4_entry_t *pml4e;
11258         pdp_entry_t *pdpe;
11259         pd_entry_t newpde, ptpaddr, *pde;
11260         pt_entry_t newpte, *ptep, pte;
11261         vm_offset_t va, va_next;
11262         bool changed;
11263
11264         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
11265         MPASS(pmap->pm_type == PT_X86);
11266         MPASS(keyidx <= PMAP_MAX_PKRU_IDX);
11267
11268         for (changed = false, va = sva; va < eva; va = va_next) {
11269                 pml4e = pmap_pml4e(pmap, va);
11270                 if (pml4e == NULL || (*pml4e & X86_PG_V) == 0) {
11271                         va_next = (va + NBPML4) & ~PML4MASK;
11272                         if (va_next < va)
11273                                 va_next = eva;
11274                         continue;
11275                 }
11276
11277                 pdpe = pmap_pml4e_to_pdpe(pml4e, va);
11278                 if ((*pdpe & X86_PG_V) == 0) {
11279                         va_next = (va + NBPDP) & ~PDPMASK;
11280                         if (va_next < va)
11281                                 va_next = eva;
11282                         continue;
11283                 }
11284
11285                 va_next = (va + NBPDR) & ~PDRMASK;
11286                 if (va_next < va)
11287                         va_next = eva;
11288
11289                 pde = pmap_pdpe_to_pde(pdpe, va);
11290                 ptpaddr = *pde;
11291                 if (ptpaddr == 0)
11292                         continue;
11293
11294                 MPASS((ptpaddr & X86_PG_V) != 0);
11295                 if ((ptpaddr & PG_PS) != 0) {
11296                         if (va + NBPDR == va_next && eva >= va_next) {
11297                                 newpde = (ptpaddr & ~X86_PG_PKU_MASK) |
11298                                     X86_PG_PKU(keyidx);
11299                                 if (newpde != ptpaddr) {
11300                                         *pde = newpde;
11301                                         changed = true;
11302                                 }
11303                                 continue;
11304                         } else if (!pmap_demote_pde(pmap, pde, va)) {
11305                                 continue;
11306                         }
11307                 }
11308
11309                 if (va_next > eva)
11310                         va_next = eva;
11311
11312                 for (ptep = pmap_pde_to_pte(pde, va); va != va_next;
11313                     ptep++, va += PAGE_SIZE) {
11314                         pte = *ptep;
11315                         if ((pte & X86_PG_V) == 0)
11316                                 continue;
11317                         newpte = (pte & ~X86_PG_PKU_MASK) | X86_PG_PKU(keyidx);
11318                         if (newpte != pte) {
11319                                 *ptep = newpte;
11320                                 changed = true;
11321                         }
11322                 }
11323         }
11324         if (changed)
11325                 pmap_invalidate_range(pmap, sva, eva);
11326 }
11327
11328 static int
11329 pmap_pkru_check_uargs(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva,
11330     u_int keyidx, int flags)
11331 {
11332
11333         if (pmap->pm_type != PT_X86 || keyidx > PMAP_MAX_PKRU_IDX ||
11334             (flags & ~(AMD64_PKRU_PERSIST | AMD64_PKRU_EXCL)) != 0)
11335                 return (EINVAL);
11336         if (eva <= sva || eva > VM_MAXUSER_ADDRESS)
11337                 return (EFAULT);
11338         if ((cpu_stdext_feature2 & CPUID_STDEXT2_PKU) == 0)
11339                 return (ENOTSUP);
11340         return (0);
11341 }
11342
11343 int
11344 pmap_pkru_set(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva, u_int keyidx,
11345     int flags)
11346 {
11347         int error;
11348
11349         sva = trunc_page(sva);
11350         eva = round_page(eva);
11351         error = pmap_pkru_check_uargs(pmap, sva, eva, keyidx, flags);
11352         if (error != 0)
11353                 return (error);
11354         for (;;) {
11355                 PMAP_LOCK(pmap);
11356                 error = pmap_pkru_assign(pmap, sva, eva, keyidx, flags);
11357                 if (error == 0)
11358                         pmap_pkru_update_range(pmap, sva, eva, keyidx);
11359                 PMAP_UNLOCK(pmap);
11360                 if (error != ENOMEM)
11361                         break;
11362                 vm_wait(NULL);
11363         }
11364         return (error);
11365 }
11366
11367 int
11368 pmap_pkru_clear(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
11369 {
11370         int error;
11371
11372         sva = trunc_page(sva);
11373         eva = round_page(eva);
11374         error = pmap_pkru_check_uargs(pmap, sva, eva, 0, 0);
11375         if (error != 0)
11376                 return (error);
11377         for (;;) {
11378                 PMAP_LOCK(pmap);
11379                 error = pmap_pkru_deassign(pmap, sva, eva);
11380                 if (error == 0)
11381                         pmap_pkru_update_range(pmap, sva, eva, 0);
11382                 PMAP_UNLOCK(pmap);
11383                 if (error != ENOMEM)
11384                         break;
11385                 vm_wait(NULL);
11386         }
11387         return (error);
11388 }
11389
11390 #ifdef KASAN
11391 static vm_page_t
11392 pmap_kasan_enter_alloc_4k(void)
11393 {
11394         vm_page_t m;
11395
11396         m = vm_page_alloc(NULL, 0, VM_ALLOC_INTERRUPT | VM_ALLOC_NOOBJ |
11397             VM_ALLOC_WIRED | VM_ALLOC_ZERO);
11398         if (m == NULL)
11399                 panic("%s: no memory to grow shadow map", __func__);
11400         if ((m->flags & PG_ZERO) == 0)
11401                 pmap_zero_page(m);
11402         return (m);
11403 }
11404
11405 static vm_page_t
11406 pmap_kasan_enter_alloc_2m(void)
11407 {
11408         vm_page_t m;
11409
11410         m = vm_page_alloc_contig(NULL, 0, VM_ALLOC_NORMAL | VM_ALLOC_NOOBJ |
11411             VM_ALLOC_WIRED, NPTEPG, 0, ~0ul, NBPDR, 0, VM_MEMATTR_DEFAULT);
11412         if (m != NULL)
11413                 memset((void *)PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(m)), 0, NBPDR);
11414         return (m);
11415 }
11416
11417 /*
11418  * Grow the shadow map by at least one 4KB page at the specified address.  Use
11419  * 2MB pages when possible.
11420  */
11421 void
11422 pmap_kasan_enter(vm_offset_t va)
11423 {
11424         pdp_entry_t *pdpe;
11425         pd_entry_t *pde;
11426         pt_entry_t *pte;
11427         vm_page_t m;
11428
11429         mtx_assert(&kernel_map->system_mtx, MA_OWNED);
11430
11431         pdpe = pmap_pdpe(kernel_pmap, va);
11432         if ((*pdpe & X86_PG_V) == 0) {
11433                 m = pmap_kasan_enter_alloc_4k();
11434                 *pdpe = (pdp_entry_t)(VM_PAGE_TO_PHYS(m) | X86_PG_RW |
11435                     X86_PG_V | pg_nx);
11436         }
11437         pde = pmap_pdpe_to_pde(pdpe, va);
11438         if ((*pde & X86_PG_V) == 0) {
11439                 m = pmap_kasan_enter_alloc_2m();
11440                 if (m != NULL) {
11441                         *pde = (pd_entry_t)(VM_PAGE_TO_PHYS(m) | X86_PG_RW |
11442                             X86_PG_PS | X86_PG_V | X86_PG_A | X86_PG_M | pg_nx);
11443                 } else {
11444                         m = pmap_kasan_enter_alloc_4k();
11445                         *pde = (pd_entry_t)(VM_PAGE_TO_PHYS(m) | X86_PG_RW |
11446                             X86_PG_V | pg_nx);
11447                 }
11448         }
11449         if ((*pde & X86_PG_PS) != 0)
11450                 return;
11451         pte = pmap_pde_to_pte(pde, va);
11452         if ((*pte & X86_PG_V) != 0)
11453                 return;
11454         m = pmap_kasan_enter_alloc_4k();
11455         *pte = (pt_entry_t)(VM_PAGE_TO_PHYS(m) | X86_PG_RW | X86_PG_V |
11456             X86_PG_M | X86_PG_A | pg_nx);
11457 }
11458 #endif
11459
11460 #ifdef KMSAN
11461 static vm_page_t
11462 pmap_kmsan_enter_alloc_4k(void)
11463 {
11464         vm_page_t m;
11465
11466         m = vm_page_alloc(NULL, 0, VM_ALLOC_INTERRUPT | VM_ALLOC_NOOBJ |
11467             VM_ALLOC_WIRED | VM_ALLOC_ZERO);
11468         if (m == NULL)
11469                 panic("%s: no memory to grow shadow map", __func__);
11470         if ((m->flags & PG_ZERO) == 0)
11471                 pmap_zero_page(m);
11472         return (m);
11473 }
11474
11475 static vm_page_t
11476 pmap_kmsan_enter_alloc_2m(void)
11477 {
11478         vm_page_t m;
11479
11480         m = vm_page_alloc_contig(NULL, 0, VM_ALLOC_NORMAL | VM_ALLOC_NOOBJ |
11481             VM_ALLOC_WIRED, NPTEPG, 0, ~0ul, NBPDR, 0, VM_MEMATTR_DEFAULT);
11482         if (m != NULL)
11483                 memset((void *)PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(m)), 0, NBPDR);
11484         return (m);
11485 }
11486
11487 /*
11488  * Grow the shadow or origin maps by at least one 4KB page at the specified
11489  * address.  Use 2MB pages when possible.
11490  */
11491 void
11492 pmap_kmsan_enter(vm_offset_t va)
11493 {
11494         pdp_entry_t *pdpe;
11495         pd_entry_t *pde;
11496         pt_entry_t *pte;
11497         vm_page_t m;
11498
11499         mtx_assert(&kernel_map->system_mtx, MA_OWNED);
11500
11501         pdpe = pmap_pdpe(kernel_pmap, va);
11502         if ((*pdpe & X86_PG_V) == 0) {
11503                 m = pmap_kmsan_enter_alloc_4k();
11504                 *pdpe = (pdp_entry_t)(VM_PAGE_TO_PHYS(m) | X86_PG_RW |
11505                     X86_PG_V | pg_nx);
11506         }
11507         pde = pmap_pdpe_to_pde(pdpe, va);
11508         if ((*pde & X86_PG_V) == 0) {
11509                 m = pmap_kmsan_enter_alloc_2m();
11510                 if (m != NULL) {
11511                         *pde = (pd_entry_t)(VM_PAGE_TO_PHYS(m) | X86_PG_RW |
11512                             X86_PG_PS | X86_PG_V | X86_PG_A | X86_PG_M | pg_nx);
11513                 } else {
11514                         m = pmap_kmsan_enter_alloc_4k();
11515                         *pde = (pd_entry_t)(VM_PAGE_TO_PHYS(m) | X86_PG_RW |
11516                             X86_PG_V | pg_nx);
11517                 }
11518         }
11519         if ((*pde & X86_PG_PS) != 0)
11520                 return;
11521         pte = pmap_pde_to_pte(pde, va);
11522         if ((*pte & X86_PG_V) != 0)
11523                 return;
11524         m = pmap_kmsan_enter_alloc_4k();
11525         *pte = (pt_entry_t)(VM_PAGE_TO_PHYS(m) | X86_PG_RW | X86_PG_V |
11526             X86_PG_M | X86_PG_A | pg_nx);
11527 }
11528 #endif
11529
11530 /*
11531  * Track a range of the kernel's virtual address space that is contiguous
11532  * in various mapping attributes.
11533  */
11534 struct pmap_kernel_map_range {
11535         vm_offset_t sva;
11536         pt_entry_t attrs;
11537         int ptes;
11538         int pdes;
11539         int pdpes;
11540 };
11541
11542 static void
11543 sysctl_kmaps_dump(struct sbuf *sb, struct pmap_kernel_map_range *range,
11544     vm_offset_t eva)
11545 {
11546         const char *mode;
11547         int i, pat_idx;
11548
11549         if (eva <= range->sva)
11550                 return;
11551
11552         pat_idx = pmap_pat_index(kernel_pmap, range->attrs, true);
11553         for (i = 0; i < PAT_INDEX_SIZE; i++)
11554                 if (pat_index[i] == pat_idx)
11555                         break;
11556
11557         switch (i) {
11558         case PAT_WRITE_BACK:
11559                 mode = "WB";
11560                 break;
11561         case PAT_WRITE_THROUGH:
11562                 mode = "WT";
11563                 break;
11564         case PAT_UNCACHEABLE:
11565                 mode = "UC";
11566                 break;
11567         case PAT_UNCACHED:
11568                 mode = "U-";
11569                 break;
11570         case PAT_WRITE_PROTECTED:
11571                 mode = "WP";
11572                 break;
11573         case PAT_WRITE_COMBINING:
11574                 mode = "WC";
11575                 break;
11576         default:
11577                 printf("%s: unknown PAT mode %#x for range 0x%016lx-0x%016lx\n",
11578                     __func__, pat_idx, range->sva, eva);
11579                 mode = "??";
11580                 break;
11581         }
11582
11583         sbuf_printf(sb, "0x%016lx-0x%016lx r%c%c%c%c %s %d %d %d\n",
11584             range->sva, eva,
11585             (range->attrs & X86_PG_RW) != 0 ? 'w' : '-',
11586             (range->attrs & pg_nx) != 0 ? '-' : 'x',
11587             (range->attrs & X86_PG_U) != 0 ? 'u' : 's',
11588             (range->attrs & X86_PG_G) != 0 ? 'g' : '-',
11589             mode, range->pdpes, range->pdes, range->ptes);
11590
11591         /* Reset to sentinel value. */
11592         range->sva = la57 ? KV5ADDR(NPML5EPG - 1, NPML4EPG - 1, NPDPEPG - 1,
11593             NPDEPG - 1, NPTEPG - 1) : KV4ADDR(NPML4EPG - 1, NPDPEPG - 1,
11594             NPDEPG - 1, NPTEPG - 1);
11595 }
11596
11597 /*
11598  * Determine whether the attributes specified by a page table entry match those
11599  * being tracked by the current range.  This is not quite as simple as a direct
11600  * flag comparison since some PAT modes have multiple representations.
11601  */
11602 static bool
11603 sysctl_kmaps_match(struct pmap_kernel_map_range *range, pt_entry_t attrs)
11604 {
11605         pt_entry_t diff, mask;
11606
11607         mask = X86_PG_G | X86_PG_RW | X86_PG_U | X86_PG_PDE_CACHE | pg_nx;
11608         diff = (range->attrs ^ attrs) & mask;
11609         if (diff == 0)
11610                 return (true);
11611         if ((diff & ~X86_PG_PDE_PAT) == 0 &&
11612             pmap_pat_index(kernel_pmap, range->attrs, true) ==
11613             pmap_pat_index(kernel_pmap, attrs, true))
11614                 return (true);
11615         return (false);
11616 }
11617
11618 static void
11619 sysctl_kmaps_reinit(struct pmap_kernel_map_range *range, vm_offset_t va,
11620     pt_entry_t attrs)
11621 {
11622
11623         memset(range, 0, sizeof(*range));
11624         range->sva = va;
11625         range->attrs = attrs;
11626 }
11627
11628 /*
11629  * Given a leaf PTE, derive the mapping's attributes.  If they do not match
11630  * those of the current run, dump the address range and its attributes, and
11631  * begin a new run.
11632  */
11633 static void
11634 sysctl_kmaps_check(struct sbuf *sb, struct pmap_kernel_map_range *range,
11635     vm_offset_t va, pml4_entry_t pml4e, pdp_entry_t pdpe, pd_entry_t pde,
11636     pt_entry_t pte)
11637 {
11638         pt_entry_t attrs;
11639
11640         attrs = pml4e & (X86_PG_RW | X86_PG_U | pg_nx);
11641
11642         attrs |= pdpe & pg_nx;
11643         attrs &= pg_nx | (pdpe & (X86_PG_RW | X86_PG_U));
11644         if ((pdpe & PG_PS) != 0) {
11645                 attrs |= pdpe & (X86_PG_G | X86_PG_PDE_CACHE);
11646         } else if (pde != 0) {
11647                 attrs |= pde & pg_nx;
11648                 attrs &= pg_nx | (pde & (X86_PG_RW | X86_PG_U));
11649         }
11650         if ((pde & PG_PS) != 0) {
11651                 attrs |= pde & (X86_PG_G | X86_PG_PDE_CACHE);
11652         } else if (pte != 0) {
11653                 attrs |= pte & pg_nx;
11654                 attrs &= pg_nx | (pte & (X86_PG_RW | X86_PG_U));
11655                 attrs |= pte & (X86_PG_G | X86_PG_PTE_CACHE);
11656
11657                 /* Canonicalize by always using the PDE PAT bit. */
11658                 if ((attrs & X86_PG_PTE_PAT) != 0)
11659                         attrs ^= X86_PG_PDE_PAT | X86_PG_PTE_PAT;
11660         }
11661
11662         if (range->sva > va || !sysctl_kmaps_match(range, attrs)) {
11663                 sysctl_kmaps_dump(sb, range, va);
11664                 sysctl_kmaps_reinit(range, va, attrs);
11665         }
11666 }
11667
11668 static int
11669 sysctl_kmaps(SYSCTL_HANDLER_ARGS)
11670 {
11671         struct pmap_kernel_map_range range;
11672         struct sbuf sbuf, *sb;
11673         pml4_entry_t pml4e;
11674         pdp_entry_t *pdp, pdpe;
11675         pd_entry_t *pd, pde;
11676         pt_entry_t *pt, pte;
11677         vm_offset_t sva;
11678         vm_paddr_t pa;
11679         int error, i, j, k, l;
11680
11681         error = sysctl_wire_old_buffer(req, 0);
11682         if (error != 0)
11683                 return (error);
11684         sb = &sbuf;
11685         sbuf_new_for_sysctl(sb, NULL, PAGE_SIZE, req);
11686
11687         /* Sentinel value. */
11688         range.sva = la57 ? KV5ADDR(NPML5EPG - 1, NPML4EPG - 1, NPDPEPG - 1,
11689             NPDEPG - 1, NPTEPG - 1) : KV4ADDR(NPML4EPG - 1, NPDPEPG - 1,
11690             NPDEPG - 1, NPTEPG - 1);
11691
11692         /*
11693          * Iterate over the kernel page tables without holding the kernel pmap
11694          * lock.  Outside of the large map, kernel page table pages are never
11695          * freed, so at worst we will observe inconsistencies in the output.
11696          * Within the large map, ensure that PDP and PD page addresses are
11697          * valid before descending.
11698          */
11699         for (sva = 0, i = pmap_pml4e_index(sva); i < NPML4EPG; i++) {
11700                 switch (i) {
11701                 case PML4PML4I:
11702                         sbuf_printf(sb, "\nRecursive map:\n");
11703                         break;
11704                 case DMPML4I:
11705                         sbuf_printf(sb, "\nDirect map:\n");
11706                         break;
11707 #ifdef KASAN
11708                 case KASANPML4I:
11709                         sbuf_printf(sb, "\nKASAN shadow map:\n");
11710                         break;
11711 #endif
11712 #ifdef KMSAN
11713                 case KMSANSHADPML4I:
11714                         sbuf_printf(sb, "\nKMSAN shadow map:\n");
11715                         break;
11716                 case KMSANORIGPML4I:
11717                         sbuf_printf(sb, "\nKMSAN origin map:\n");
11718                         break;
11719 #endif
11720                 case KPML4BASE:
11721                         sbuf_printf(sb, "\nKernel map:\n");
11722                         break;
11723                 case LMSPML4I:
11724                         sbuf_printf(sb, "\nLarge map:\n");
11725                         break;
11726                 }
11727
11728                 /* Convert to canonical form. */
11729                 if (sva == 1ul << 47)
11730                         sva |= -1ul << 48;
11731
11732 restart:
11733                 pml4e = kernel_pml4[i];
11734                 if ((pml4e & X86_PG_V) == 0) {
11735                         sva = rounddown2(sva, NBPML4);
11736                         sysctl_kmaps_dump(sb, &range, sva);
11737                         sva += NBPML4;
11738                         continue;
11739                 }
11740                 pa = pml4e & PG_FRAME;
11741                 pdp = (pdp_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(pa);
11742
11743                 for (j = pmap_pdpe_index(sva); j < NPDPEPG; j++) {
11744                         pdpe = pdp[j];
11745                         if ((pdpe & X86_PG_V) == 0) {
11746                                 sva = rounddown2(sva, NBPDP);
11747                                 sysctl_kmaps_dump(sb, &range, sva);
11748                                 sva += NBPDP;
11749                                 continue;
11750                         }
11751                         pa = pdpe & PG_FRAME;
11752                         if ((pdpe & PG_PS) != 0) {
11753                                 sva = rounddown2(sva, NBPDP);
11754                                 sysctl_kmaps_check(sb, &range, sva, pml4e, pdpe,
11755                                     0, 0);
11756                                 range.pdpes++;
11757                                 sva += NBPDP;
11758                                 continue;
11759                         }
11760                         if (PMAP_ADDRESS_IN_LARGEMAP(sva) &&
11761                             vm_phys_paddr_to_vm_page(pa) == NULL) {
11762                                 /*
11763                                  * Page table pages for the large map may be
11764                                  * freed.  Validate the next-level address
11765                                  * before descending.
11766                                  */
11767                                 goto restart;
11768                         }
11769                         pd = (pd_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(pa);
11770
11771                         for (k = pmap_pde_index(sva); k < NPDEPG; k++) {
11772                                 pde = pd[k];
11773                                 if ((pde & X86_PG_V) == 0) {
11774                                         sva = rounddown2(sva, NBPDR);
11775                                         sysctl_kmaps_dump(sb, &range, sva);
11776                                         sva += NBPDR;
11777                                         continue;
11778                                 }
11779                                 pa = pde & PG_FRAME;
11780                                 if ((pde & PG_PS) != 0) {
11781                                         sva = rounddown2(sva, NBPDR);
11782                                         sysctl_kmaps_check(sb, &range, sva,
11783                                             pml4e, pdpe, pde, 0);
11784                                         range.pdes++;
11785                                         sva += NBPDR;
11786                                         continue;
11787                                 }
11788                                 if (PMAP_ADDRESS_IN_LARGEMAP(sva) &&
11789                                     vm_phys_paddr_to_vm_page(pa) == NULL) {
11790                                         /*
11791                                          * Page table pages for the large map
11792                                          * may be freed.  Validate the
11793                                          * next-level address before descending.
11794                                          */
11795                                         goto restart;
11796                                 }
11797                                 pt = (pt_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(pa);
11798
11799                                 for (l = pmap_pte_index(sva); l < NPTEPG; l++,
11800                                     sva += PAGE_SIZE) {
11801                                         pte = pt[l];
11802                                         if ((pte & X86_PG_V) == 0) {
11803                                                 sysctl_kmaps_dump(sb, &range,
11804                                                     sva);
11805                                                 continue;
11806                                         }
11807                                         sysctl_kmaps_check(sb, &range, sva,
11808                                             pml4e, pdpe, pde, pte);
11809                                         range.ptes++;
11810                                 }
11811                         }
11812                 }
11813         }
11814
11815         error = sbuf_finish(sb);
11816         sbuf_delete(sb);
11817         return (error);
11818 }
11819 SYSCTL_OID(_vm_pmap, OID_AUTO, kernel_maps,
11820     CTLTYPE_STRING | CTLFLAG_RD | CTLFLAG_MPSAFE | CTLFLAG_SKIP,
11821     NULL, 0, sysctl_kmaps, "A",
11822     "Dump kernel address layout");
11823
11824 #ifdef DDB
11825 DB_SHOW_COMMAND(pte, pmap_print_pte)
11826 {
11827         pmap_t pmap;
11828         pml5_entry_t *pml5;
11829         pml4_entry_t *pml4;
11830         pdp_entry_t *pdp;
11831         pd_entry_t *pde;
11832         pt_entry_t *pte, PG_V;
11833         vm_offset_t va;
11834
11835         if (!have_addr) {
11836                 db_printf("show pte addr\n");
11837                 return;
11838         }
11839         va = (vm_offset_t)addr;
11840
11841         if (kdb_thread != NULL)
11842                 pmap = vmspace_pmap(kdb_thread->td_proc->p_vmspace);
11843         else
11844                 pmap = PCPU_GET(curpmap);
11845
11846         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
11847         db_printf("VA 0x%016lx", va);
11848
11849         if (pmap_is_la57(pmap)) {
11850                 pml5 = pmap_pml5e(pmap, va);
11851                 db_printf(" pml5e 0x%016lx", *pml5);
11852                 if ((*pml5 & PG_V) == 0) {
11853                         db_printf("\n");
11854                         return;
11855                 }
11856                 pml4 = pmap_pml5e_to_pml4e(pml5, va);
11857         } else {
11858                 pml4 = pmap_pml4e(pmap, va);
11859         }
11860         db_printf(" pml4e 0x%016lx", *pml4);
11861         if ((*pml4 & PG_V) == 0) {
11862                 db_printf("\n");
11863                 return;
11864         }
11865         pdp = pmap_pml4e_to_pdpe(pml4, va);
11866         db_printf(" pdpe 0x%016lx", *pdp);
11867         if ((*pdp & PG_V) == 0 || (*pdp & PG_PS) != 0) {
11868                 db_printf("\n");
11869                 return;
11870         }
11871         pde = pmap_pdpe_to_pde(pdp, va);
11872         db_printf(" pde 0x%016lx", *pde);
11873         if ((*pde & PG_V) == 0 || (*pde & PG_PS) != 0) {
11874                 db_printf("\n");
11875                 return;
11876         }
11877         pte = pmap_pde_to_pte(pde, va);
11878         db_printf(" pte 0x%016lx\n", *pte);
11879 }
11880
11881 DB_SHOW_COMMAND(phys2dmap, pmap_phys2dmap)
11882 {
11883         vm_paddr_t a;
11884
11885         if (have_addr) {
11886                 a = (vm_paddr_t)addr;
11887                 db_printf("0x%jx\n", (uintmax_t)PHYS_TO_DMAP(a));
11888         } else {
11889                 db_printf("show phys2dmap addr\n");
11890         }
11891 }
11892
11893 static void
11894 ptpages_show_page(int level, int idx, vm_page_t pg)
11895 {
11896         db_printf("l %d i %d pg %p phys %#lx ref %x\n",
11897             level, idx, pg, VM_PAGE_TO_PHYS(pg), pg->ref_count);
11898 }
11899
11900 static void
11901 ptpages_show_complain(int level, int idx, uint64_t pte)
11902 {
11903         db_printf("l %d i %d pte %#lx\n", level, idx, pte);
11904 }
11905
11906 static void
11907 ptpages_show_pml4(vm_page_t pg4, int num_entries, uint64_t PG_V)
11908 {
11909         vm_page_t pg3, pg2, pg1;
11910         pml4_entry_t *pml4;
11911         pdp_entry_t *pdp;
11912         pd_entry_t *pd;
11913         int i4, i3, i2;
11914
11915         pml4 = (pml4_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(pg4));
11916         for (i4 = 0; i4 < num_entries; i4++) {
11917                 if ((pml4[i4] & PG_V) == 0)
11918                         continue;
11919                 pg3 = PHYS_TO_VM_PAGE(pml4[i4] & PG_FRAME);
11920                 if (pg3 == NULL) {
11921                         ptpages_show_complain(3, i4, pml4[i4]);
11922                         continue;
11923                 }
11924                 ptpages_show_page(3, i4, pg3);
11925                 pdp = (pdp_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(pg3));
11926                 for (i3 = 0; i3 < NPDPEPG; i3++) {
11927                         if ((pdp[i3] & PG_V) == 0)
11928                                 continue;
11929                         pg2 = PHYS_TO_VM_PAGE(pdp[i3] & PG_FRAME);
11930                         if (pg3 == NULL) {
11931                                 ptpages_show_complain(2, i3, pdp[i3]);
11932                                 continue;
11933                         }
11934                         ptpages_show_page(2, i3, pg2);
11935                         pd = (pd_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(pg2));
11936                         for (i2 = 0; i2 < NPDEPG; i2++) {
11937                                 if ((pd[i2] & PG_V) == 0)
11938                                         continue;
11939                                 pg1 = PHYS_TO_VM_PAGE(pd[i2] & PG_FRAME);
11940                                 if (pg1 == NULL) {
11941                                         ptpages_show_complain(1, i2, pd[i2]);
11942                                         continue;
11943                                 }
11944                                 ptpages_show_page(1, i2, pg1);
11945                         }
11946                 }
11947         }
11948 }
11949
11950 DB_SHOW_COMMAND(ptpages, pmap_ptpages)
11951 {
11952         pmap_t pmap;
11953         vm_page_t pg;
11954         pml5_entry_t *pml5;
11955         uint64_t PG_V;
11956         int i5;
11957
11958         if (have_addr)
11959                 pmap = (pmap_t)addr;
11960         else
11961                 pmap = PCPU_GET(curpmap);
11962
11963         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
11964
11965         if (pmap_is_la57(pmap)) {
11966                 pml5 = pmap->pm_pmltop;
11967                 for (i5 = 0; i5 < NUPML5E; i5++) {
11968                         if ((pml5[i5] & PG_V) == 0)
11969                                 continue;
11970                         pg = PHYS_TO_VM_PAGE(pml5[i5] & PG_FRAME);
11971                         if (pg == NULL) {
11972                                 ptpages_show_complain(4, i5, pml5[i5]);
11973                                 continue;
11974                         }
11975                         ptpages_show_page(4, i5, pg);
11976                         ptpages_show_pml4(pg, NPML4EPG, PG_V);
11977                 }
11978         } else {
11979                 ptpages_show_pml4(PHYS_TO_VM_PAGE(DMAP_TO_PHYS(
11980                     (vm_offset_t)pmap->pm_pmltop)), NUP4ML4E, PG_V);
11981         }
11982 }
11983 #endif