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