]> CyberLeo.Net >> Repos - FreeBSD/FreeBSD.git/blob - sys/amd64/amd64/pmap.c
Update to ELF Tool Chain r3475
[FreeBSD/FreeBSD.git] / sys / amd64 / amd64 / pmap.c
1 /*-
2  * Copyright (c) 1991 Regents of the University of California.
3  * All rights reserved.
4  * Copyright (c) 1994 John S. Dyson
5  * All rights reserved.
6  * Copyright (c) 1994 David Greenman
7  * All rights reserved.
8  * Copyright (c) 2003 Peter Wemm
9  * All rights reserved.
10  * Copyright (c) 2005-2010 Alan L. Cox <alc@cs.rice.edu>
11  * All rights reserved.
12  *
13  * This code is derived from software contributed to Berkeley by
14  * the Systems Programming Group of the University of Utah Computer
15  * Science Department and William Jolitz of UUNET Technologies Inc.
16  *
17  * Redistribution and use in source and binary forms, with or without
18  * modification, are permitted provided that the following conditions
19  * are met:
20  * 1. Redistributions of source code must retain the above copyright
21  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer.
22  * 2. Redistributions in binary form must reproduce the above copyright
23  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer in the
24  *    documentation and/or other materials provided with the distribution.
25  * 3. All advertising materials mentioning features or use of this software
26  *    must display the following acknowledgement:
27  *      This product includes software developed by the University of
28  *      California, Berkeley and its contributors.
29  * 4. Neither the name of the University nor the names of its contributors
30  *    may be used to endorse or promote products derived from this software
31  *    without specific prior written permission.
32  *
33  * THIS SOFTWARE IS PROVIDED BY THE REGENTS AND CONTRIBUTORS ``AS IS'' AND
34  * ANY EXPRESS OR IMPLIED WARRANTIES, INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, THE
35  * IMPLIED WARRANTIES OF MERCHANTABILITY AND FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE
36  * ARE DISCLAIMED.  IN NO EVENT SHALL THE REGENTS OR CONTRIBUTORS BE LIABLE
37  * FOR ANY DIRECT, INDIRECT, INCIDENTAL, SPECIAL, EXEMPLARY, OR CONSEQUENTIAL
38  * DAMAGES (INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, PROCUREMENT OF SUBSTITUTE GOODS
39  * OR SERVICES; LOSS OF USE, DATA, OR PROFITS; OR BUSINESS INTERRUPTION)
40  * HOWEVER CAUSED AND ON ANY THEORY OF LIABILITY, WHETHER IN CONTRACT, STRICT
41  * LIABILITY, OR TORT (INCLUDING NEGLIGENCE OR OTHERWISE) ARISING IN ANY WAY
42  * OUT OF THE USE OF THIS SOFTWARE, EVEN IF ADVISED OF THE POSSIBILITY OF
43  * SUCH DAMAGE.
44  *
45  *      from:   @(#)pmap.c      7.7 (Berkeley)  5/12/91
46  */
47 /*-
48  * Copyright (c) 2003 Networks Associates Technology, Inc.
49  * All rights reserved.
50  *
51  * This software was developed for the FreeBSD Project by Jake Burkholder,
52  * Safeport Network Services, and Network Associates Laboratories, the
53  * Security Research Division of Network Associates, Inc. under
54  * DARPA/SPAWAR contract N66001-01-C-8035 ("CBOSS"), as part of the DARPA
55  * CHATS research program.
56  *
57  * Redistribution and use in source and binary forms, with or without
58  * modification, are permitted provided that the following conditions
59  * are met:
60  * 1. Redistributions of source code must retain the above copyright
61  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer.
62  * 2. Redistributions in binary form must reproduce the above copyright
63  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer in the
64  *    documentation and/or other materials provided with the distribution.
65  *
66  * THIS SOFTWARE IS PROVIDED BY THE AUTHOR AND CONTRIBUTORS ``AS IS'' AND
67  * ANY EXPRESS OR IMPLIED WARRANTIES, INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, THE
68  * IMPLIED WARRANTIES OF MERCHANTABILITY AND FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE
69  * ARE DISCLAIMED.  IN NO EVENT SHALL THE AUTHOR OR CONTRIBUTORS BE LIABLE
70  * FOR ANY DIRECT, INDIRECT, INCIDENTAL, SPECIAL, EXEMPLARY, OR CONSEQUENTIAL
71  * DAMAGES (INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, PROCUREMENT OF SUBSTITUTE GOODS
72  * OR SERVICES; LOSS OF USE, DATA, OR PROFITS; OR BUSINESS INTERRUPTION)
73  * HOWEVER CAUSED AND ON ANY THEORY OF LIABILITY, WHETHER IN CONTRACT, STRICT
74  * LIABILITY, OR TORT (INCLUDING NEGLIGENCE OR OTHERWISE) ARISING IN ANY WAY
75  * OUT OF THE USE OF THIS SOFTWARE, EVEN IF ADVISED OF THE POSSIBILITY OF
76  * SUCH DAMAGE.
77  */
78
79 #define AMD64_NPT_AWARE
80
81 #include <sys/cdefs.h>
82 __FBSDID("$FreeBSD$");
83
84 /*
85  *      Manages physical address maps.
86  *
87  *      Since the information managed by this module is
88  *      also stored by the logical address mapping module,
89  *      this module may throw away valid virtual-to-physical
90  *      mappings at almost any time.  However, invalidations
91  *      of virtual-to-physical mappings must be done as
92  *      requested.
93  *
94  *      In order to cope with hardware architectures which
95  *      make virtual-to-physical map invalidates expensive,
96  *      this module may delay invalidate or reduced protection
97  *      operations until such time as they are actually
98  *      necessary.  This module is given full information as
99  *      to which processors are currently using which maps,
100  *      and to when physical maps must be made correct.
101  */
102
103 #include "opt_pmap.h"
104 #include "opt_vm.h"
105
106 #include <sys/param.h>
107 #include <sys/bus.h>
108 #include <sys/systm.h>
109 #include <sys/kernel.h>
110 #include <sys/ktr.h>
111 #include <sys/lock.h>
112 #include <sys/malloc.h>
113 #include <sys/mman.h>
114 #include <sys/mutex.h>
115 #include <sys/proc.h>
116 #include <sys/rwlock.h>
117 #include <sys/sx.h>
118 #include <sys/turnstile.h>
119 #include <sys/vmem.h>
120 #include <sys/vmmeter.h>
121 #include <sys/sched.h>
122 #include <sys/sysctl.h>
123 #include <sys/smp.h>
124
125 #include <vm/vm.h>
126 #include <vm/vm_param.h>
127 #include <vm/vm_kern.h>
128 #include <vm/vm_page.h>
129 #include <vm/vm_map.h>
130 #include <vm/vm_object.h>
131 #include <vm/vm_extern.h>
132 #include <vm/vm_pageout.h>
133 #include <vm/vm_pager.h>
134 #include <vm/vm_phys.h>
135 #include <vm/vm_radix.h>
136 #include <vm/vm_reserv.h>
137 #include <vm/uma.h>
138
139 #include <machine/intr_machdep.h>
140 #include <x86/apicvar.h>
141 #include <machine/cpu.h>
142 #include <machine/cputypes.h>
143 #include <machine/md_var.h>
144 #include <machine/pcb.h>
145 #include <machine/specialreg.h>
146 #ifdef SMP
147 #include <machine/smp.h>
148 #endif
149
150 static __inline boolean_t
151 pmap_type_guest(pmap_t pmap)
152 {
153
154         return ((pmap->pm_type == PT_EPT) || (pmap->pm_type == PT_RVI));
155 }
156
157 static __inline boolean_t
158 pmap_emulate_ad_bits(pmap_t pmap)
159 {
160
161         return ((pmap->pm_flags & PMAP_EMULATE_AD_BITS) != 0);
162 }
163
164 static __inline pt_entry_t
165 pmap_valid_bit(pmap_t pmap)
166 {
167         pt_entry_t mask;
168
169         switch (pmap->pm_type) {
170         case PT_X86:
171         case PT_RVI:
172                 mask = X86_PG_V;
173                 break;
174         case PT_EPT:
175                 if (pmap_emulate_ad_bits(pmap))
176                         mask = EPT_PG_EMUL_V;
177                 else
178                         mask = EPT_PG_READ;
179                 break;
180         default:
181                 panic("pmap_valid_bit: invalid pm_type %d", pmap->pm_type);
182         }
183
184         return (mask);
185 }
186
187 static __inline pt_entry_t
188 pmap_rw_bit(pmap_t pmap)
189 {
190         pt_entry_t mask;
191
192         switch (pmap->pm_type) {
193         case PT_X86:
194         case PT_RVI:
195                 mask = X86_PG_RW;
196                 break;
197         case PT_EPT:
198                 if (pmap_emulate_ad_bits(pmap))
199                         mask = EPT_PG_EMUL_RW;
200                 else
201                         mask = EPT_PG_WRITE;
202                 break;
203         default:
204                 panic("pmap_rw_bit: invalid pm_type %d", pmap->pm_type);
205         }
206
207         return (mask);
208 }
209
210 static __inline pt_entry_t
211 pmap_global_bit(pmap_t pmap)
212 {
213         pt_entry_t mask;
214
215         switch (pmap->pm_type) {
216         case PT_X86:
217                 mask = X86_PG_G;
218                 break;
219         case PT_RVI:
220         case PT_EPT:
221                 mask = 0;
222                 break;
223         default:
224                 panic("pmap_global_bit: invalid pm_type %d", pmap->pm_type);
225         }
226
227         return (mask);
228 }
229
230 static __inline pt_entry_t
231 pmap_accessed_bit(pmap_t pmap)
232 {
233         pt_entry_t mask;
234
235         switch (pmap->pm_type) {
236         case PT_X86:
237         case PT_RVI:
238                 mask = X86_PG_A;
239                 break;
240         case PT_EPT:
241                 if (pmap_emulate_ad_bits(pmap))
242                         mask = EPT_PG_READ;
243                 else
244                         mask = EPT_PG_A;
245                 break;
246         default:
247                 panic("pmap_accessed_bit: invalid pm_type %d", pmap->pm_type);
248         }
249
250         return (mask);
251 }
252
253 static __inline pt_entry_t
254 pmap_modified_bit(pmap_t pmap)
255 {
256         pt_entry_t mask;
257
258         switch (pmap->pm_type) {
259         case PT_X86:
260         case PT_RVI:
261                 mask = X86_PG_M;
262                 break;
263         case PT_EPT:
264                 if (pmap_emulate_ad_bits(pmap))
265                         mask = EPT_PG_WRITE;
266                 else
267                         mask = EPT_PG_M;
268                 break;
269         default:
270                 panic("pmap_modified_bit: invalid pm_type %d", pmap->pm_type);
271         }
272
273         return (mask);
274 }
275
276 extern  struct pcpu __pcpu[];
277
278 #if !defined(DIAGNOSTIC)
279 #ifdef __GNUC_GNU_INLINE__
280 #define PMAP_INLINE     __attribute__((__gnu_inline__)) inline
281 #else
282 #define PMAP_INLINE     extern inline
283 #endif
284 #else
285 #define PMAP_INLINE
286 #endif
287
288 #ifdef PV_STATS
289 #define PV_STAT(x)      do { x ; } while (0)
290 #else
291 #define PV_STAT(x)      do { } while (0)
292 #endif
293
294 #define pa_index(pa)    ((pa) >> PDRSHIFT)
295 #define pa_to_pvh(pa)   (&pv_table[pa_index(pa)])
296
297 #define NPV_LIST_LOCKS  MAXCPU
298
299 #define PHYS_TO_PV_LIST_LOCK(pa)        \
300                         (&pv_list_locks[pa_index(pa) % NPV_LIST_LOCKS])
301
302 #define CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_PHYS(lockp, pa)  do {    \
303         struct rwlock **_lockp = (lockp);               \
304         struct rwlock *_new_lock;                       \
305                                                         \
306         _new_lock = PHYS_TO_PV_LIST_LOCK(pa);           \
307         if (_new_lock != *_lockp) {                     \
308                 if (*_lockp != NULL)                    \
309                         rw_wunlock(*_lockp);            \
310                 *_lockp = _new_lock;                    \
311                 rw_wlock(*_lockp);                      \
312         }                                               \
313 } while (0)
314
315 #define CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_VM_PAGE(lockp, m)        \
316                         CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_PHYS(lockp, VM_PAGE_TO_PHYS(m))
317
318 #define RELEASE_PV_LIST_LOCK(lockp)             do {    \
319         struct rwlock **_lockp = (lockp);               \
320                                                         \
321         if (*_lockp != NULL) {                          \
322                 rw_wunlock(*_lockp);                    \
323                 *_lockp = NULL;                         \
324         }                                               \
325 } while (0)
326
327 #define VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m)      \
328                         PHYS_TO_PV_LIST_LOCK(VM_PAGE_TO_PHYS(m))
329
330 struct pmap kernel_pmap_store;
331
332 vm_offset_t virtual_avail;      /* VA of first avail page (after kernel bss) */
333 vm_offset_t virtual_end;        /* VA of last avail page (end of kernel AS) */
334
335 int nkpt;
336 SYSCTL_INT(_machdep, OID_AUTO, nkpt, CTLFLAG_RD, &nkpt, 0,
337     "Number of kernel page table pages allocated on bootup");
338
339 static int ndmpdp;
340 vm_paddr_t dmaplimit;
341 vm_offset_t kernel_vm_end = VM_MIN_KERNEL_ADDRESS;
342 pt_entry_t pg_nx;
343
344 static SYSCTL_NODE(_vm, OID_AUTO, pmap, CTLFLAG_RD, 0, "VM/pmap parameters");
345
346 static int pat_works = 1;
347 SYSCTL_INT(_vm_pmap, OID_AUTO, pat_works, CTLFLAG_RD, &pat_works, 1,
348     "Is page attribute table fully functional?");
349
350 static int pg_ps_enabled = 1;
351 SYSCTL_INT(_vm_pmap, OID_AUTO, pg_ps_enabled, CTLFLAG_RDTUN | CTLFLAG_NOFETCH,
352     &pg_ps_enabled, 0, "Are large page mappings enabled?");
353
354 #define PAT_INDEX_SIZE  8
355 static int pat_index[PAT_INDEX_SIZE];   /* cache mode to PAT index conversion */
356
357 static u_int64_t        KPTphys;        /* phys addr of kernel level 1 */
358 static u_int64_t        KPDphys;        /* phys addr of kernel level 2 */
359 u_int64_t               KPDPphys;       /* phys addr of kernel level 3 */
360 u_int64_t               KPML4phys;      /* phys addr of kernel level 4 */
361
362 static u_int64_t        DMPDphys;       /* phys addr of direct mapped level 2 */
363 static u_int64_t        DMPDPphys;      /* phys addr of direct mapped level 3 */
364 static int              ndmpdpphys;     /* number of DMPDPphys pages */
365
366 /*
367  * pmap_mapdev support pre initialization (i.e. console)
368  */
369 #define PMAP_PREINIT_MAPPING_COUNT      8
370 static struct pmap_preinit_mapping {
371         vm_paddr_t      pa;
372         vm_offset_t     va;
373         vm_size_t       sz;
374         int             mode;
375 } pmap_preinit_mapping[PMAP_PREINIT_MAPPING_COUNT];
376 static int pmap_initialized;
377
378 /*
379  * Data for the pv entry allocation mechanism.
380  * Updates to pv_invl_gen are protected by the pv_list_locks[]
381  * elements, but reads are not.
382  */
383 static TAILQ_HEAD(pch, pv_chunk) pv_chunks = TAILQ_HEAD_INITIALIZER(pv_chunks);
384 static struct mtx pv_chunks_mutex;
385 static struct rwlock pv_list_locks[NPV_LIST_LOCKS];
386 static u_long pv_invl_gen[NPV_LIST_LOCKS];
387 static struct md_page *pv_table;
388
389 /*
390  * All those kernel PT submaps that BSD is so fond of
391  */
392 pt_entry_t *CMAP1 = 0;
393 caddr_t CADDR1 = 0;
394 static vm_offset_t qframe = 0;
395 static struct mtx qframe_mtx;
396
397 static int pmap_flags = PMAP_PDE_SUPERPAGE;     /* flags for x86 pmaps */
398
399 int pmap_pcid_enabled = 1;
400 SYSCTL_INT(_vm_pmap, OID_AUTO, pcid_enabled, CTLFLAG_RDTUN | CTLFLAG_NOFETCH,
401     &pmap_pcid_enabled, 0, "Is TLB Context ID enabled ?");
402 int invpcid_works = 0;
403 SYSCTL_INT(_vm_pmap, OID_AUTO, invpcid_works, CTLFLAG_RD, &invpcid_works, 0,
404     "Is the invpcid instruction available ?");
405
406 static int
407 pmap_pcid_save_cnt_proc(SYSCTL_HANDLER_ARGS)
408 {
409         int i;
410         uint64_t res;
411
412         res = 0;
413         CPU_FOREACH(i) {
414                 res += cpuid_to_pcpu[i]->pc_pm_save_cnt;
415         }
416         return (sysctl_handle_64(oidp, &res, 0, req));
417 }
418 SYSCTL_PROC(_vm_pmap, OID_AUTO, pcid_save_cnt, CTLTYPE_U64 | CTLFLAG_RW |
419     CTLFLAG_MPSAFE, NULL, 0, pmap_pcid_save_cnt_proc, "QU",
420     "Count of saved TLB context on switch");
421
422 static LIST_HEAD(, pmap_invl_gen) pmap_invl_gen_tracker =
423     LIST_HEAD_INITIALIZER(&pmap_invl_gen_tracker);
424 static struct mtx invl_gen_mtx;
425 static u_long pmap_invl_gen = 0;
426 /* Fake lock object to satisfy turnstiles interface. */
427 static struct lock_object invl_gen_ts = {
428         .lo_name = "invlts",
429 };
430
431 #define PMAP_ASSERT_NOT_IN_DI() \
432     KASSERT(curthread->td_md.md_invl_gen.gen == 0, ("DI already started"))
433
434 /*
435  * Start a new Delayed Invalidation (DI) block of code, executed by
436  * the current thread.  Within a DI block, the current thread may
437  * destroy both the page table and PV list entries for a mapping and
438  * then release the corresponding PV list lock before ensuring that
439  * the mapping is flushed from the TLBs of any processors with the
440  * pmap active.
441  */
442 static void
443 pmap_delayed_invl_started(void)
444 {
445         struct pmap_invl_gen *invl_gen;
446         u_long currgen;
447
448         invl_gen = &curthread->td_md.md_invl_gen;
449         PMAP_ASSERT_NOT_IN_DI();
450         mtx_lock(&invl_gen_mtx);
451         if (LIST_EMPTY(&pmap_invl_gen_tracker))
452                 currgen = pmap_invl_gen;
453         else
454                 currgen = LIST_FIRST(&pmap_invl_gen_tracker)->gen;
455         invl_gen->gen = currgen + 1;
456         LIST_INSERT_HEAD(&pmap_invl_gen_tracker, invl_gen, link);
457         mtx_unlock(&invl_gen_mtx);
458 }
459
460 /*
461  * Finish the DI block, previously started by the current thread.  All
462  * required TLB flushes for the pages marked by
463  * pmap_delayed_invl_page() must be finished before this function is
464  * called.
465  *
466  * This function works by bumping the global DI generation number to
467  * the generation number of the current thread's DI, unless there is a
468  * pending DI that started earlier.  In the latter case, bumping the
469  * global DI generation number would incorrectly signal that the
470  * earlier DI had finished.  Instead, this function bumps the earlier
471  * DI's generation number to match the generation number of the
472  * current thread's DI.
473  */
474 static void
475 pmap_delayed_invl_finished(void)
476 {
477         struct pmap_invl_gen *invl_gen, *next;
478         struct turnstile *ts;
479
480         invl_gen = &curthread->td_md.md_invl_gen;
481         KASSERT(invl_gen->gen != 0, ("missed invl_started"));
482         mtx_lock(&invl_gen_mtx);
483         next = LIST_NEXT(invl_gen, link);
484         if (next == NULL) {
485                 turnstile_chain_lock(&invl_gen_ts);
486                 ts = turnstile_lookup(&invl_gen_ts);
487                 pmap_invl_gen = invl_gen->gen;
488                 if (ts != NULL) {
489                         turnstile_broadcast(ts, TS_SHARED_QUEUE);
490                         turnstile_unpend(ts, TS_SHARED_LOCK);
491                 }
492                 turnstile_chain_unlock(&invl_gen_ts);
493         } else {
494                 next->gen = invl_gen->gen;
495         }
496         LIST_REMOVE(invl_gen, link);
497         mtx_unlock(&invl_gen_mtx);
498         invl_gen->gen = 0;
499 }
500
501 #ifdef PV_STATS
502 static long invl_wait;
503 SYSCTL_LONG(_vm_pmap, OID_AUTO, invl_wait, CTLFLAG_RD, &invl_wait, 0,
504     "Number of times DI invalidation blocked pmap_remove_all/write");
505 #endif
506
507 static u_long *
508 pmap_delayed_invl_genp(vm_page_t m)
509 {
510
511         return (&pv_invl_gen[pa_index(VM_PAGE_TO_PHYS(m)) % NPV_LIST_LOCKS]);
512 }
513
514 /*
515  * Ensure that all currently executing DI blocks, that need to flush
516  * TLB for the given page m, actually flushed the TLB at the time the
517  * function returned.  If the page m has an empty PV list and we call
518  * pmap_delayed_invl_wait(), upon its return we know that no CPU has a
519  * valid mapping for the page m in either its page table or TLB.
520  *
521  * This function works by blocking until the global DI generation
522  * number catches up with the generation number associated with the
523  * given page m and its PV list.  Since this function's callers
524  * typically own an object lock and sometimes own a page lock, it
525  * cannot sleep.  Instead, it blocks on a turnstile to relinquish the
526  * processor.
527  */
528 static void
529 pmap_delayed_invl_wait(vm_page_t m)
530 {
531         struct thread *td;
532         struct turnstile *ts;
533         u_long *m_gen;
534 #ifdef PV_STATS
535         bool accounted = false;
536 #endif
537
538         td = curthread;
539         m_gen = pmap_delayed_invl_genp(m);
540         while (*m_gen > pmap_invl_gen) {
541 #ifdef PV_STATS
542                 if (!accounted) {
543                         atomic_add_long(&invl_wait, 1);
544                         accounted = true;
545                 }
546 #endif
547                 ts = turnstile_trywait(&invl_gen_ts);
548                 if (*m_gen > pmap_invl_gen)
549                         turnstile_wait(ts, NULL, TS_SHARED_QUEUE);
550                 else
551                         turnstile_cancel(ts);
552         }
553 }
554
555 /*
556  * Mark the page m's PV list as participating in the current thread's
557  * DI block.  Any threads concurrently using m's PV list to remove or
558  * restrict all mappings to m will wait for the current thread's DI
559  * block to complete before proceeding.
560  *
561  * The function works by setting the DI generation number for m's PV
562  * list to at least * the number for the current thread.  This forces
563  * a caller to pmap_delayed_invl_wait() to spin until current thread
564  * calls pmap_delayed_invl_finished().
565  */
566 static void
567 pmap_delayed_invl_page(vm_page_t m)
568 {
569         u_long gen, *m_gen;
570
571         rw_assert(VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m), RA_WLOCKED);
572         gen = curthread->td_md.md_invl_gen.gen;
573         if (gen == 0)
574                 return;
575         m_gen = pmap_delayed_invl_genp(m);
576         if (*m_gen < gen)
577                 *m_gen = gen;
578 }
579
580 /*
581  * Crashdump maps.
582  */
583 static caddr_t crashdumpmap;
584
585 static void     free_pv_chunk(struct pv_chunk *pc);
586 static void     free_pv_entry(pmap_t pmap, pv_entry_t pv);
587 static pv_entry_t get_pv_entry(pmap_t pmap, struct rwlock **lockp);
588 static int      popcnt_pc_map_elem_pq(uint64_t elem);
589 static vm_page_t reclaim_pv_chunk(pmap_t locked_pmap, struct rwlock **lockp);
590 static void     reserve_pv_entries(pmap_t pmap, int needed,
591                     struct rwlock **lockp);
592 static void     pmap_pv_demote_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_paddr_t pa,
593                     struct rwlock **lockp);
594 static boolean_t pmap_pv_insert_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_paddr_t pa,
595                     struct rwlock **lockp);
596 static void     pmap_pv_promote_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_paddr_t pa,
597                     struct rwlock **lockp);
598 static void     pmap_pvh_free(struct md_page *pvh, pmap_t pmap, vm_offset_t va);
599 static pv_entry_t pmap_pvh_remove(struct md_page *pvh, pmap_t pmap,
600                     vm_offset_t va);
601
602 static int pmap_change_attr_locked(vm_offset_t va, vm_size_t size, int mode);
603 static boolean_t pmap_demote_pde(pmap_t pmap, pd_entry_t *pde, vm_offset_t va);
604 static boolean_t pmap_demote_pde_locked(pmap_t pmap, pd_entry_t *pde,
605     vm_offset_t va, struct rwlock **lockp);
606 static boolean_t pmap_demote_pdpe(pmap_t pmap, pdp_entry_t *pdpe,
607     vm_offset_t va);
608 static boolean_t pmap_enter_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m,
609     vm_prot_t prot, struct rwlock **lockp);
610 static vm_page_t pmap_enter_quick_locked(pmap_t pmap, vm_offset_t va,
611     vm_page_t m, vm_prot_t prot, vm_page_t mpte, struct rwlock **lockp);
612 static void pmap_fill_ptp(pt_entry_t *firstpte, pt_entry_t newpte);
613 static int pmap_insert_pt_page(pmap_t pmap, vm_page_t mpte);
614 static void pmap_kenter_attr(vm_offset_t va, vm_paddr_t pa, int mode);
615 static vm_page_t pmap_lookup_pt_page(pmap_t pmap, vm_offset_t va);
616 static void pmap_pde_attr(pd_entry_t *pde, int cache_bits, int mask);
617 static void pmap_promote_pde(pmap_t pmap, pd_entry_t *pde, vm_offset_t va,
618     struct rwlock **lockp);
619 static boolean_t pmap_protect_pde(pmap_t pmap, pd_entry_t *pde, vm_offset_t sva,
620     vm_prot_t prot);
621 static void pmap_pte_attr(pt_entry_t *pte, int cache_bits, int mask);
622 static int pmap_remove_pde(pmap_t pmap, pd_entry_t *pdq, vm_offset_t sva,
623     struct spglist *free, struct rwlock **lockp);
624 static int pmap_remove_pte(pmap_t pmap, pt_entry_t *ptq, vm_offset_t sva,
625     pd_entry_t ptepde, struct spglist *free, struct rwlock **lockp);
626 static void pmap_remove_pt_page(pmap_t pmap, vm_page_t mpte);
627 static void pmap_remove_page(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t *pde,
628     struct spglist *free);
629 static boolean_t pmap_try_insert_pv_entry(pmap_t pmap, vm_offset_t va,
630     vm_page_t m, struct rwlock **lockp);
631 static void pmap_update_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t *pde,
632     pd_entry_t newpde);
633 static void pmap_update_pde_invalidate(pmap_t, vm_offset_t va, pd_entry_t pde);
634
635 static vm_page_t _pmap_allocpte(pmap_t pmap, vm_pindex_t ptepindex,
636                 struct rwlock **lockp);
637 static vm_page_t pmap_allocpde(pmap_t pmap, vm_offset_t va,
638                 struct rwlock **lockp);
639 static vm_page_t pmap_allocpte(pmap_t pmap, vm_offset_t va,
640                 struct rwlock **lockp);
641
642 static void _pmap_unwire_ptp(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m,
643     struct spglist *free);
644 static int pmap_unuse_pt(pmap_t, vm_offset_t, pd_entry_t, struct spglist *);
645 static vm_offset_t pmap_kmem_choose(vm_offset_t addr);
646
647 /*
648  * Move the kernel virtual free pointer to the next
649  * 2MB.  This is used to help improve performance
650  * by using a large (2MB) page for much of the kernel
651  * (.text, .data, .bss)
652  */
653 static vm_offset_t
654 pmap_kmem_choose(vm_offset_t addr)
655 {
656         vm_offset_t newaddr = addr;
657
658         newaddr = roundup2(addr, NBPDR);
659         return (newaddr);
660 }
661
662 /********************/
663 /* Inline functions */
664 /********************/
665
666 /* Return a non-clipped PD index for a given VA */
667 static __inline vm_pindex_t
668 pmap_pde_pindex(vm_offset_t va)
669 {
670         return (va >> PDRSHIFT);
671 }
672
673
674 /* Return various clipped indexes for a given VA */
675 static __inline vm_pindex_t
676 pmap_pte_index(vm_offset_t va)
677 {
678
679         return ((va >> PAGE_SHIFT) & ((1ul << NPTEPGSHIFT) - 1));
680 }
681
682 static __inline vm_pindex_t
683 pmap_pde_index(vm_offset_t va)
684 {
685
686         return ((va >> PDRSHIFT) & ((1ul << NPDEPGSHIFT) - 1));
687 }
688
689 static __inline vm_pindex_t
690 pmap_pdpe_index(vm_offset_t va)
691 {
692
693         return ((va >> PDPSHIFT) & ((1ul << NPDPEPGSHIFT) - 1));
694 }
695
696 static __inline vm_pindex_t
697 pmap_pml4e_index(vm_offset_t va)
698 {
699
700         return ((va >> PML4SHIFT) & ((1ul << NPML4EPGSHIFT) - 1));
701 }
702
703 /* Return a pointer to the PML4 slot that corresponds to a VA */
704 static __inline pml4_entry_t *
705 pmap_pml4e(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
706 {
707
708         return (&pmap->pm_pml4[pmap_pml4e_index(va)]);
709 }
710
711 /* Return a pointer to the PDP slot that corresponds to a VA */
712 static __inline pdp_entry_t *
713 pmap_pml4e_to_pdpe(pml4_entry_t *pml4e, vm_offset_t va)
714 {
715         pdp_entry_t *pdpe;
716
717         pdpe = (pdp_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(*pml4e & PG_FRAME);
718         return (&pdpe[pmap_pdpe_index(va)]);
719 }
720
721 /* Return a pointer to the PDP slot that corresponds to a VA */
722 static __inline pdp_entry_t *
723 pmap_pdpe(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
724 {
725         pml4_entry_t *pml4e;
726         pt_entry_t PG_V;
727
728         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
729         pml4e = pmap_pml4e(pmap, va);
730         if ((*pml4e & PG_V) == 0)
731                 return (NULL);
732         return (pmap_pml4e_to_pdpe(pml4e, va));
733 }
734
735 /* Return a pointer to the PD slot that corresponds to a VA */
736 static __inline pd_entry_t *
737 pmap_pdpe_to_pde(pdp_entry_t *pdpe, vm_offset_t va)
738 {
739         pd_entry_t *pde;
740
741         pde = (pd_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(*pdpe & PG_FRAME);
742         return (&pde[pmap_pde_index(va)]);
743 }
744
745 /* Return a pointer to the PD slot that corresponds to a VA */
746 static __inline pd_entry_t *
747 pmap_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
748 {
749         pdp_entry_t *pdpe;
750         pt_entry_t PG_V;
751
752         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
753         pdpe = pmap_pdpe(pmap, va);
754         if (pdpe == NULL || (*pdpe & PG_V) == 0)
755                 return (NULL);
756         return (pmap_pdpe_to_pde(pdpe, va));
757 }
758
759 /* Return a pointer to the PT slot that corresponds to a VA */
760 static __inline pt_entry_t *
761 pmap_pde_to_pte(pd_entry_t *pde, vm_offset_t va)
762 {
763         pt_entry_t *pte;
764
765         pte = (pt_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(*pde & PG_FRAME);
766         return (&pte[pmap_pte_index(va)]);
767 }
768
769 /* Return a pointer to the PT slot that corresponds to a VA */
770 static __inline pt_entry_t *
771 pmap_pte(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
772 {
773         pd_entry_t *pde;
774         pt_entry_t PG_V;
775
776         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
777         pde = pmap_pde(pmap, va);
778         if (pde == NULL || (*pde & PG_V) == 0)
779                 return (NULL);
780         if ((*pde & PG_PS) != 0)        /* compat with i386 pmap_pte() */
781                 return ((pt_entry_t *)pde);
782         return (pmap_pde_to_pte(pde, va));
783 }
784
785 static __inline void
786 pmap_resident_count_inc(pmap_t pmap, int count)
787 {
788
789         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
790         pmap->pm_stats.resident_count += count;
791 }
792
793 static __inline void
794 pmap_resident_count_dec(pmap_t pmap, int count)
795 {
796
797         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
798         KASSERT(pmap->pm_stats.resident_count >= count,
799             ("pmap %p resident count underflow %ld %d", pmap,
800             pmap->pm_stats.resident_count, count));
801         pmap->pm_stats.resident_count -= count;
802 }
803
804 PMAP_INLINE pt_entry_t *
805 vtopte(vm_offset_t va)
806 {
807         u_int64_t mask = ((1ul << (NPTEPGSHIFT + NPDEPGSHIFT + NPDPEPGSHIFT + NPML4EPGSHIFT)) - 1);
808
809         KASSERT(va >= VM_MAXUSER_ADDRESS, ("vtopte on a uva/gpa 0x%0lx", va));
810
811         return (PTmap + ((va >> PAGE_SHIFT) & mask));
812 }
813
814 static __inline pd_entry_t *
815 vtopde(vm_offset_t va)
816 {
817         u_int64_t mask = ((1ul << (NPDEPGSHIFT + NPDPEPGSHIFT + NPML4EPGSHIFT)) - 1);
818
819         KASSERT(va >= VM_MAXUSER_ADDRESS, ("vtopde on a uva/gpa 0x%0lx", va));
820
821         return (PDmap + ((va >> PDRSHIFT) & mask));
822 }
823
824 static u_int64_t
825 allocpages(vm_paddr_t *firstaddr, int n)
826 {
827         u_int64_t ret;
828
829         ret = *firstaddr;
830         bzero((void *)ret, n * PAGE_SIZE);
831         *firstaddr += n * PAGE_SIZE;
832         return (ret);
833 }
834
835 CTASSERT(powerof2(NDMPML4E));
836
837 /* number of kernel PDP slots */
838 #define NKPDPE(ptpgs)           howmany(ptpgs, NPDEPG)
839
840 static void
841 nkpt_init(vm_paddr_t addr)
842 {
843         int pt_pages;
844         
845 #ifdef NKPT
846         pt_pages = NKPT;
847 #else
848         pt_pages = howmany(addr, 1 << PDRSHIFT);
849         pt_pages += NKPDPE(pt_pages);
850
851         /*
852          * Add some slop beyond the bare minimum required for bootstrapping
853          * the kernel.
854          *
855          * This is quite important when allocating KVA for kernel modules.
856          * The modules are required to be linked in the negative 2GB of
857          * the address space.  If we run out of KVA in this region then
858          * pmap_growkernel() will need to allocate page table pages to map
859          * the entire 512GB of KVA space which is an unnecessary tax on
860          * physical memory.
861          *
862          * Secondly, device memory mapped as part of setting up the low-
863          * level console(s) is taken from KVA, starting at virtual_avail.
864          * This is because cninit() is called after pmap_bootstrap() but
865          * before vm_init() and pmap_init(). 20MB for a frame buffer is
866          * not uncommon.
867          */
868         pt_pages += 32;         /* 64MB additional slop. */
869 #endif
870         nkpt = pt_pages;
871 }
872
873 static void
874 create_pagetables(vm_paddr_t *firstaddr)
875 {
876         int i, j, ndm1g, nkpdpe;
877         pt_entry_t *pt_p;
878         pd_entry_t *pd_p;
879         pdp_entry_t *pdp_p;
880         pml4_entry_t *p4_p;
881
882         /* Allocate page table pages for the direct map */
883         ndmpdp = howmany(ptoa(Maxmem), NBPDP);
884         if (ndmpdp < 4)         /* Minimum 4GB of dirmap */
885                 ndmpdp = 4;
886         ndmpdpphys = howmany(ndmpdp, NPDPEPG);
887         if (ndmpdpphys > NDMPML4E) {
888                 /*
889                  * Each NDMPML4E allows 512 GB, so limit to that,
890                  * and then readjust ndmpdp and ndmpdpphys.
891                  */
892                 printf("NDMPML4E limits system to %d GB\n", NDMPML4E * 512);
893                 Maxmem = atop(NDMPML4E * NBPML4);
894                 ndmpdpphys = NDMPML4E;
895                 ndmpdp = NDMPML4E * NPDEPG;
896         }
897         DMPDPphys = allocpages(firstaddr, ndmpdpphys);
898         ndm1g = 0;
899         if ((amd_feature & AMDID_PAGE1GB) != 0)
900                 ndm1g = ptoa(Maxmem) >> PDPSHIFT;
901         if (ndm1g < ndmpdp)
902                 DMPDphys = allocpages(firstaddr, ndmpdp - ndm1g);
903         dmaplimit = (vm_paddr_t)ndmpdp << PDPSHIFT;
904
905         /* Allocate pages */
906         KPML4phys = allocpages(firstaddr, 1);
907         KPDPphys = allocpages(firstaddr, NKPML4E);
908
909         /*
910          * Allocate the initial number of kernel page table pages required to
911          * bootstrap.  We defer this until after all memory-size dependent
912          * allocations are done (e.g. direct map), so that we don't have to
913          * build in too much slop in our estimate.
914          *
915          * Note that when NKPML4E > 1, we have an empty page underneath
916          * all but the KPML4I'th one, so we need NKPML4E-1 extra (zeroed)
917          * pages.  (pmap_enter requires a PD page to exist for each KPML4E.)
918          */
919         nkpt_init(*firstaddr);
920         nkpdpe = NKPDPE(nkpt);
921
922         KPTphys = allocpages(firstaddr, nkpt);
923         KPDphys = allocpages(firstaddr, nkpdpe);
924
925         /* Fill in the underlying page table pages */
926         /* Nominally read-only (but really R/W) from zero to physfree */
927         /* XXX not fully used, underneath 2M pages */
928         pt_p = (pt_entry_t *)KPTphys;
929         for (i = 0; ptoa(i) < *firstaddr; i++)
930                 pt_p[i] = ptoa(i) | X86_PG_RW | X86_PG_V | X86_PG_G;
931
932         /* Now map the page tables at their location within PTmap */
933         pd_p = (pd_entry_t *)KPDphys;
934         for (i = 0; i < nkpt; i++)
935                 pd_p[i] = (KPTphys + ptoa(i)) | X86_PG_RW | X86_PG_V;
936
937         /* Map from zero to end of allocations under 2M pages */
938         /* This replaces some of the KPTphys entries above */
939         for (i = 0; (i << PDRSHIFT) < *firstaddr; i++)
940                 pd_p[i] = (i << PDRSHIFT) | X86_PG_RW | X86_PG_V | PG_PS |
941                     X86_PG_G;
942
943         /* And connect up the PD to the PDP (leaving room for L4 pages) */
944         pdp_p = (pdp_entry_t *)(KPDPphys + ptoa(KPML4I - KPML4BASE));
945         for (i = 0; i < nkpdpe; i++)
946                 pdp_p[i + KPDPI] = (KPDphys + ptoa(i)) | X86_PG_RW | X86_PG_V |
947                     PG_U;
948
949         /*
950          * Now, set up the direct map region using 2MB and/or 1GB pages.  If
951          * the end of physical memory is not aligned to a 1GB page boundary,
952          * then the residual physical memory is mapped with 2MB pages.  Later,
953          * if pmap_mapdev{_attr}() uses the direct map for non-write-back
954          * memory, pmap_change_attr() will demote any 2MB or 1GB page mappings
955          * that are partially used. 
956          */
957         pd_p = (pd_entry_t *)DMPDphys;
958         for (i = NPDEPG * ndm1g, j = 0; i < NPDEPG * ndmpdp; i++, j++) {
959                 pd_p[j] = (vm_paddr_t)i << PDRSHIFT;
960                 /* Preset PG_M and PG_A because demotion expects it. */
961                 pd_p[j] |= X86_PG_RW | X86_PG_V | PG_PS | X86_PG_G |
962                     X86_PG_M | X86_PG_A;
963         }
964         pdp_p = (pdp_entry_t *)DMPDPphys;
965         for (i = 0; i < ndm1g; i++) {
966                 pdp_p[i] = (vm_paddr_t)i << PDPSHIFT;
967                 /* Preset PG_M and PG_A because demotion expects it. */
968                 pdp_p[i] |= X86_PG_RW | X86_PG_V | PG_PS | X86_PG_G |
969                     X86_PG_M | X86_PG_A;
970         }
971         for (j = 0; i < ndmpdp; i++, j++) {
972                 pdp_p[i] = DMPDphys + ptoa(j);
973                 pdp_p[i] |= X86_PG_RW | X86_PG_V | PG_U;
974         }
975
976         /* And recursively map PML4 to itself in order to get PTmap */
977         p4_p = (pml4_entry_t *)KPML4phys;
978         p4_p[PML4PML4I] = KPML4phys;
979         p4_p[PML4PML4I] |= X86_PG_RW | X86_PG_V | PG_U;
980
981         /* Connect the Direct Map slot(s) up to the PML4. */
982         for (i = 0; i < ndmpdpphys; i++) {
983                 p4_p[DMPML4I + i] = DMPDPphys + ptoa(i);
984                 p4_p[DMPML4I + i] |= X86_PG_RW | X86_PG_V | PG_U;
985         }
986
987         /* Connect the KVA slots up to the PML4 */
988         for (i = 0; i < NKPML4E; i++) {
989                 p4_p[KPML4BASE + i] = KPDPphys + ptoa(i);
990                 p4_p[KPML4BASE + i] |= X86_PG_RW | X86_PG_V | PG_U;
991         }
992 }
993
994 /*
995  *      Bootstrap the system enough to run with virtual memory.
996  *
997  *      On amd64 this is called after mapping has already been enabled
998  *      and just syncs the pmap module with what has already been done.
999  *      [We can't call it easily with mapping off since the kernel is not
1000  *      mapped with PA == VA, hence we would have to relocate every address
1001  *      from the linked base (virtual) address "KERNBASE" to the actual
1002  *      (physical) address starting relative to 0]
1003  */
1004 void
1005 pmap_bootstrap(vm_paddr_t *firstaddr)
1006 {
1007         vm_offset_t va;
1008         pt_entry_t *pte;
1009         int i;
1010
1011         /*
1012          * Create an initial set of page tables to run the kernel in.
1013          */
1014         create_pagetables(firstaddr);
1015
1016         /*
1017          * Add a physical memory segment (vm_phys_seg) corresponding to the
1018          * preallocated kernel page table pages so that vm_page structures
1019          * representing these pages will be created.  The vm_page structures
1020          * are required for promotion of the corresponding kernel virtual
1021          * addresses to superpage mappings.
1022          */
1023         vm_phys_add_seg(KPTphys, KPTphys + ptoa(nkpt));
1024
1025         virtual_avail = (vm_offset_t) KERNBASE + *firstaddr;
1026         virtual_avail = pmap_kmem_choose(virtual_avail);
1027
1028         virtual_end = VM_MAX_KERNEL_ADDRESS;
1029
1030
1031         /* XXX do %cr0 as well */
1032         load_cr4(rcr4() | CR4_PGE);
1033         load_cr3(KPML4phys);
1034         if (cpu_stdext_feature & CPUID_STDEXT_SMEP)
1035                 load_cr4(rcr4() | CR4_SMEP);
1036
1037         /*
1038          * Initialize the kernel pmap (which is statically allocated).
1039          */
1040         PMAP_LOCK_INIT(kernel_pmap);
1041         kernel_pmap->pm_pml4 = (pdp_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(KPML4phys);
1042         kernel_pmap->pm_cr3 = KPML4phys;
1043         CPU_FILL(&kernel_pmap->pm_active);      /* don't allow deactivation */
1044         TAILQ_INIT(&kernel_pmap->pm_pvchunk);
1045         kernel_pmap->pm_flags = pmap_flags;
1046
1047         /*
1048          * Initialize the TLB invalidations generation number lock.
1049          */
1050         mtx_init(&invl_gen_mtx, "invlgn", NULL, MTX_DEF);
1051
1052         /*
1053          * Reserve some special page table entries/VA space for temporary
1054          * mapping of pages.
1055          */
1056 #define SYSMAP(c, p, v, n)      \
1057         v = (c)va; va += ((n)*PAGE_SIZE); p = pte; pte += (n);
1058
1059         va = virtual_avail;
1060         pte = vtopte(va);
1061
1062         /*
1063          * Crashdump maps.  The first page is reused as CMAP1 for the
1064          * memory test.
1065          */
1066         SYSMAP(caddr_t, CMAP1, crashdumpmap, MAXDUMPPGS)
1067         CADDR1 = crashdumpmap;
1068
1069         virtual_avail = va;
1070
1071         /* Initialize the PAT MSR. */
1072         pmap_init_pat();
1073
1074         /* Initialize TLB Context Id. */
1075         TUNABLE_INT_FETCH("vm.pmap.pcid_enabled", &pmap_pcid_enabled);
1076         if ((cpu_feature2 & CPUID2_PCID) != 0 && pmap_pcid_enabled) {
1077                 /* Check for INVPCID support */
1078                 invpcid_works = (cpu_stdext_feature & CPUID_STDEXT_INVPCID)
1079                     != 0;
1080                 for (i = 0; i < MAXCPU; i++) {
1081                         kernel_pmap->pm_pcids[i].pm_pcid = PMAP_PCID_KERN;
1082                         kernel_pmap->pm_pcids[i].pm_gen = 1;
1083                 }
1084                 __pcpu[0].pc_pcid_next = PMAP_PCID_KERN + 1;
1085                 __pcpu[0].pc_pcid_gen = 1;
1086                 /*
1087                  * pcpu area for APs is zeroed during AP startup.
1088                  * pc_pcid_next and pc_pcid_gen are initialized by AP
1089                  * during pcpu setup.
1090                  */
1091                 load_cr4(rcr4() | CR4_PCIDE);
1092         } else {
1093                 pmap_pcid_enabled = 0;
1094         }
1095 }
1096
1097 /*
1098  * Setup the PAT MSR.
1099  */
1100 void
1101 pmap_init_pat(void)
1102 {
1103         int pat_table[PAT_INDEX_SIZE];
1104         uint64_t pat_msr;
1105         u_long cr0, cr4;
1106         int i;
1107
1108         /* Bail if this CPU doesn't implement PAT. */
1109         if ((cpu_feature & CPUID_PAT) == 0)
1110                 panic("no PAT??");
1111
1112         /* Set default PAT index table. */
1113         for (i = 0; i < PAT_INDEX_SIZE; i++)
1114                 pat_table[i] = -1;
1115         pat_table[PAT_WRITE_BACK] = 0;
1116         pat_table[PAT_WRITE_THROUGH] = 1;
1117         pat_table[PAT_UNCACHEABLE] = 3;
1118         pat_table[PAT_WRITE_COMBINING] = 3;
1119         pat_table[PAT_WRITE_PROTECTED] = 3;
1120         pat_table[PAT_UNCACHED] = 3;
1121
1122         /* Initialize default PAT entries. */
1123         pat_msr = PAT_VALUE(0, PAT_WRITE_BACK) |
1124             PAT_VALUE(1, PAT_WRITE_THROUGH) |
1125             PAT_VALUE(2, PAT_UNCACHED) |
1126             PAT_VALUE(3, PAT_UNCACHEABLE) |
1127             PAT_VALUE(4, PAT_WRITE_BACK) |
1128             PAT_VALUE(5, PAT_WRITE_THROUGH) |
1129             PAT_VALUE(6, PAT_UNCACHED) |
1130             PAT_VALUE(7, PAT_UNCACHEABLE);
1131
1132         if (pat_works) {
1133                 /*
1134                  * Leave the indices 0-3 at the default of WB, WT, UC-, and UC.
1135                  * Program 5 and 6 as WP and WC.
1136                  * Leave 4 and 7 as WB and UC.
1137                  */
1138                 pat_msr &= ~(PAT_MASK(5) | PAT_MASK(6));
1139                 pat_msr |= PAT_VALUE(5, PAT_WRITE_PROTECTED) |
1140                     PAT_VALUE(6, PAT_WRITE_COMBINING);
1141                 pat_table[PAT_UNCACHED] = 2;
1142                 pat_table[PAT_WRITE_PROTECTED] = 5;
1143                 pat_table[PAT_WRITE_COMBINING] = 6;
1144         } else {
1145                 /*
1146                  * Just replace PAT Index 2 with WC instead of UC-.
1147                  */
1148                 pat_msr &= ~PAT_MASK(2);
1149                 pat_msr |= PAT_VALUE(2, PAT_WRITE_COMBINING);
1150                 pat_table[PAT_WRITE_COMBINING] = 2;
1151         }
1152
1153         /* Disable PGE. */
1154         cr4 = rcr4();
1155         load_cr4(cr4 & ~CR4_PGE);
1156
1157         /* Disable caches (CD = 1, NW = 0). */
1158         cr0 = rcr0();
1159         load_cr0((cr0 & ~CR0_NW) | CR0_CD);
1160
1161         /* Flushes caches and TLBs. */
1162         wbinvd();
1163         invltlb();
1164
1165         /* Update PAT and index table. */
1166         wrmsr(MSR_PAT, pat_msr);
1167         for (i = 0; i < PAT_INDEX_SIZE; i++)
1168                 pat_index[i] = pat_table[i];
1169
1170         /* Flush caches and TLBs again. */
1171         wbinvd();
1172         invltlb();
1173
1174         /* Restore caches and PGE. */
1175         load_cr0(cr0);
1176         load_cr4(cr4);
1177 }
1178
1179 /*
1180  *      Initialize a vm_page's machine-dependent fields.
1181  */
1182 void
1183 pmap_page_init(vm_page_t m)
1184 {
1185
1186         TAILQ_INIT(&m->md.pv_list);
1187         m->md.pat_mode = PAT_WRITE_BACK;
1188 }
1189
1190 /*
1191  *      Initialize the pmap module.
1192  *      Called by vm_init, to initialize any structures that the pmap
1193  *      system needs to map virtual memory.
1194  */
1195 void
1196 pmap_init(void)
1197 {
1198         struct pmap_preinit_mapping *ppim;
1199         vm_page_t mpte;
1200         vm_size_t s;
1201         int error, i, pv_npg;
1202
1203         /*
1204          * Initialize the vm page array entries for the kernel pmap's
1205          * page table pages.
1206          */ 
1207         for (i = 0; i < nkpt; i++) {
1208                 mpte = PHYS_TO_VM_PAGE(KPTphys + (i << PAGE_SHIFT));
1209                 KASSERT(mpte >= vm_page_array &&
1210                     mpte < &vm_page_array[vm_page_array_size],
1211                     ("pmap_init: page table page is out of range"));
1212                 mpte->pindex = pmap_pde_pindex(KERNBASE) + i;
1213                 mpte->phys_addr = KPTphys + (i << PAGE_SHIFT);
1214         }
1215
1216         /*
1217          * If the kernel is running on a virtual machine, then it must assume
1218          * that MCA is enabled by the hypervisor.  Moreover, the kernel must
1219          * be prepared for the hypervisor changing the vendor and family that
1220          * are reported by CPUID.  Consequently, the workaround for AMD Family
1221          * 10h Erratum 383 is enabled if the processor's feature set does not
1222          * include at least one feature that is only supported by older Intel
1223          * or newer AMD processors.
1224          */
1225         if (vm_guest == VM_GUEST_VM && (cpu_feature & CPUID_SS) == 0 &&
1226             (cpu_feature2 & (CPUID2_SSSE3 | CPUID2_SSE41 | CPUID2_AESNI |
1227             CPUID2_AVX | CPUID2_XSAVE)) == 0 && (amd_feature2 & (AMDID2_XOP |
1228             AMDID2_FMA4)) == 0)
1229                 workaround_erratum383 = 1;
1230
1231         /*
1232          * Are large page mappings enabled?
1233          */
1234         TUNABLE_INT_FETCH("vm.pmap.pg_ps_enabled", &pg_ps_enabled);
1235         if (pg_ps_enabled) {
1236                 KASSERT(MAXPAGESIZES > 1 && pagesizes[1] == 0,
1237                     ("pmap_init: can't assign to pagesizes[1]"));
1238                 pagesizes[1] = NBPDR;
1239         }
1240
1241         /*
1242          * Initialize the pv chunk list mutex.
1243          */
1244         mtx_init(&pv_chunks_mutex, "pmap pv chunk list", NULL, MTX_DEF);
1245
1246         /*
1247          * Initialize the pool of pv list locks.
1248          */
1249         for (i = 0; i < NPV_LIST_LOCKS; i++)
1250                 rw_init(&pv_list_locks[i], "pmap pv list");
1251
1252         /*
1253          * Calculate the size of the pv head table for superpages.
1254          */
1255         pv_npg = howmany(vm_phys_segs[vm_phys_nsegs - 1].end, NBPDR);
1256
1257         /*
1258          * Allocate memory for the pv head table for superpages.
1259          */
1260         s = (vm_size_t)(pv_npg * sizeof(struct md_page));
1261         s = round_page(s);
1262         pv_table = (struct md_page *)kmem_malloc(kernel_arena, s,
1263             M_WAITOK | M_ZERO);
1264         for (i = 0; i < pv_npg; i++)
1265                 TAILQ_INIT(&pv_table[i].pv_list);
1266
1267         pmap_initialized = 1;
1268         for (i = 0; i < PMAP_PREINIT_MAPPING_COUNT; i++) {
1269                 ppim = pmap_preinit_mapping + i;
1270                 if (ppim->va == 0)
1271                         continue;
1272                 /* Make the direct map consistent */
1273                 if (ppim->pa < dmaplimit && ppim->pa + ppim->sz < dmaplimit) {
1274                         (void)pmap_change_attr(PHYS_TO_DMAP(ppim->pa),
1275                             ppim->sz, ppim->mode);
1276                 }
1277                 if (!bootverbose)
1278                         continue;
1279                 printf("PPIM %u: PA=%#lx, VA=%#lx, size=%#lx, mode=%#x\n", i,
1280                     ppim->pa, ppim->va, ppim->sz, ppim->mode);
1281         }
1282
1283         mtx_init(&qframe_mtx, "qfrmlk", NULL, MTX_SPIN);
1284         error = vmem_alloc(kernel_arena, PAGE_SIZE, M_BESTFIT | M_WAITOK,
1285             (vmem_addr_t *)&qframe);
1286         if (error != 0)
1287                 panic("qframe allocation failed");
1288 }
1289
1290 static SYSCTL_NODE(_vm_pmap, OID_AUTO, pde, CTLFLAG_RD, 0,
1291     "2MB page mapping counters");
1292
1293 static u_long pmap_pde_demotions;
1294 SYSCTL_ULONG(_vm_pmap_pde, OID_AUTO, demotions, CTLFLAG_RD,
1295     &pmap_pde_demotions, 0, "2MB page demotions");
1296
1297 static u_long pmap_pde_mappings;
1298 SYSCTL_ULONG(_vm_pmap_pde, OID_AUTO, mappings, CTLFLAG_RD,
1299     &pmap_pde_mappings, 0, "2MB page mappings");
1300
1301 static u_long pmap_pde_p_failures;
1302 SYSCTL_ULONG(_vm_pmap_pde, OID_AUTO, p_failures, CTLFLAG_RD,
1303     &pmap_pde_p_failures, 0, "2MB page promotion failures");
1304
1305 static u_long pmap_pde_promotions;
1306 SYSCTL_ULONG(_vm_pmap_pde, OID_AUTO, promotions, CTLFLAG_RD,
1307     &pmap_pde_promotions, 0, "2MB page promotions");
1308
1309 static SYSCTL_NODE(_vm_pmap, OID_AUTO, pdpe, CTLFLAG_RD, 0,
1310     "1GB page mapping counters");
1311
1312 static u_long pmap_pdpe_demotions;
1313 SYSCTL_ULONG(_vm_pmap_pdpe, OID_AUTO, demotions, CTLFLAG_RD,
1314     &pmap_pdpe_demotions, 0, "1GB page demotions");
1315
1316 /***************************************************
1317  * Low level helper routines.....
1318  ***************************************************/
1319
1320 static pt_entry_t
1321 pmap_swap_pat(pmap_t pmap, pt_entry_t entry)
1322 {
1323         int x86_pat_bits = X86_PG_PTE_PAT | X86_PG_PDE_PAT;
1324
1325         switch (pmap->pm_type) {
1326         case PT_X86:
1327         case PT_RVI:
1328                 /* Verify that both PAT bits are not set at the same time */
1329                 KASSERT((entry & x86_pat_bits) != x86_pat_bits,
1330                     ("Invalid PAT bits in entry %#lx", entry));
1331
1332                 /* Swap the PAT bits if one of them is set */
1333                 if ((entry & x86_pat_bits) != 0)
1334                         entry ^= x86_pat_bits;
1335                 break;
1336         case PT_EPT:
1337                 /*
1338                  * Nothing to do - the memory attributes are represented
1339                  * the same way for regular pages and superpages.
1340                  */
1341                 break;
1342         default:
1343                 panic("pmap_switch_pat_bits: bad pm_type %d", pmap->pm_type);
1344         }
1345
1346         return (entry);
1347 }
1348
1349 /*
1350  * Determine the appropriate bits to set in a PTE or PDE for a specified
1351  * caching mode.
1352  */
1353 static int
1354 pmap_cache_bits(pmap_t pmap, int mode, boolean_t is_pde)
1355 {
1356         int cache_bits, pat_flag, pat_idx;
1357
1358         if (mode < 0 || mode >= PAT_INDEX_SIZE || pat_index[mode] < 0)
1359                 panic("Unknown caching mode %d\n", mode);
1360
1361         switch (pmap->pm_type) {
1362         case PT_X86:
1363         case PT_RVI:
1364                 /* The PAT bit is different for PTE's and PDE's. */
1365                 pat_flag = is_pde ? X86_PG_PDE_PAT : X86_PG_PTE_PAT;
1366
1367                 /* Map the caching mode to a PAT index. */
1368                 pat_idx = pat_index[mode];
1369
1370                 /* Map the 3-bit index value into the PAT, PCD, and PWT bits. */
1371                 cache_bits = 0;
1372                 if (pat_idx & 0x4)
1373                         cache_bits |= pat_flag;
1374                 if (pat_idx & 0x2)
1375                         cache_bits |= PG_NC_PCD;
1376                 if (pat_idx & 0x1)
1377                         cache_bits |= PG_NC_PWT;
1378                 break;
1379
1380         case PT_EPT:
1381                 cache_bits = EPT_PG_IGNORE_PAT | EPT_PG_MEMORY_TYPE(mode);
1382                 break;
1383
1384         default:
1385                 panic("unsupported pmap type %d", pmap->pm_type);
1386         }
1387
1388         return (cache_bits);
1389 }
1390
1391 static int
1392 pmap_cache_mask(pmap_t pmap, boolean_t is_pde)
1393 {
1394         int mask;
1395
1396         switch (pmap->pm_type) {
1397         case PT_X86:
1398         case PT_RVI:
1399                 mask = is_pde ? X86_PG_PDE_CACHE : X86_PG_PTE_CACHE;
1400                 break;
1401         case PT_EPT:
1402                 mask = EPT_PG_IGNORE_PAT | EPT_PG_MEMORY_TYPE(0x7);
1403                 break;
1404         default:
1405                 panic("pmap_cache_mask: invalid pm_type %d", pmap->pm_type);
1406         }
1407
1408         return (mask);
1409 }
1410
1411 static __inline boolean_t
1412 pmap_ps_enabled(pmap_t pmap)
1413 {
1414
1415         return (pg_ps_enabled && (pmap->pm_flags & PMAP_PDE_SUPERPAGE) != 0);
1416 }
1417
1418 static void
1419 pmap_update_pde_store(pmap_t pmap, pd_entry_t *pde, pd_entry_t newpde)
1420 {
1421
1422         switch (pmap->pm_type) {
1423         case PT_X86:
1424                 break;
1425         case PT_RVI:
1426         case PT_EPT:
1427                 /*
1428                  * XXX
1429                  * This is a little bogus since the generation number is
1430                  * supposed to be bumped up when a region of the address
1431                  * space is invalidated in the page tables.
1432                  *
1433                  * In this case the old PDE entry is valid but yet we want
1434                  * to make sure that any mappings using the old entry are
1435                  * invalidated in the TLB.
1436                  *
1437                  * The reason this works as expected is because we rendezvous
1438                  * "all" host cpus and force any vcpu context to exit as a
1439                  * side-effect.
1440                  */
1441                 atomic_add_acq_long(&pmap->pm_eptgen, 1);
1442                 break;
1443         default:
1444                 panic("pmap_update_pde_store: bad pm_type %d", pmap->pm_type);
1445         }
1446         pde_store(pde, newpde);
1447 }
1448
1449 /*
1450  * After changing the page size for the specified virtual address in the page
1451  * table, flush the corresponding entries from the processor's TLB.  Only the
1452  * calling processor's TLB is affected.
1453  *
1454  * The calling thread must be pinned to a processor.
1455  */
1456 static void
1457 pmap_update_pde_invalidate(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t newpde)
1458 {
1459         pt_entry_t PG_G;
1460
1461         if (pmap_type_guest(pmap))
1462                 return;
1463
1464         KASSERT(pmap->pm_type == PT_X86,
1465             ("pmap_update_pde_invalidate: invalid type %d", pmap->pm_type));
1466
1467         PG_G = pmap_global_bit(pmap);
1468
1469         if ((newpde & PG_PS) == 0)
1470                 /* Demotion: flush a specific 2MB page mapping. */
1471                 invlpg(va);
1472         else if ((newpde & PG_G) == 0)
1473                 /*
1474                  * Promotion: flush every 4KB page mapping from the TLB
1475                  * because there are too many to flush individually.
1476                  */
1477                 invltlb();
1478         else {
1479                 /*
1480                  * Promotion: flush every 4KB page mapping from the TLB,
1481                  * including any global (PG_G) mappings.
1482                  */
1483                 invltlb_glob();
1484         }
1485 }
1486 #ifdef SMP
1487
1488 /*
1489  * For SMP, these functions have to use the IPI mechanism for coherence.
1490  *
1491  * N.B.: Before calling any of the following TLB invalidation functions,
1492  * the calling processor must ensure that all stores updating a non-
1493  * kernel page table are globally performed.  Otherwise, another
1494  * processor could cache an old, pre-update entry without being
1495  * invalidated.  This can happen one of two ways: (1) The pmap becomes
1496  * active on another processor after its pm_active field is checked by
1497  * one of the following functions but before a store updating the page
1498  * table is globally performed. (2) The pmap becomes active on another
1499  * processor before its pm_active field is checked but due to
1500  * speculative loads one of the following functions stills reads the
1501  * pmap as inactive on the other processor.
1502  * 
1503  * The kernel page table is exempt because its pm_active field is
1504  * immutable.  The kernel page table is always active on every
1505  * processor.
1506  */
1507
1508 /*
1509  * Interrupt the cpus that are executing in the guest context.
1510  * This will force the vcpu to exit and the cached EPT mappings
1511  * will be invalidated by the host before the next vmresume.
1512  */
1513 static __inline void
1514 pmap_invalidate_ept(pmap_t pmap)
1515 {
1516         int ipinum;
1517
1518         sched_pin();
1519         KASSERT(!CPU_ISSET(curcpu, &pmap->pm_active),
1520             ("pmap_invalidate_ept: absurd pm_active"));
1521
1522         /*
1523          * The TLB mappings associated with a vcpu context are not
1524          * flushed each time a different vcpu is chosen to execute.
1525          *
1526          * This is in contrast with a process's vtop mappings that
1527          * are flushed from the TLB on each context switch.
1528          *
1529          * Therefore we need to do more than just a TLB shootdown on
1530          * the active cpus in 'pmap->pm_active'. To do this we keep
1531          * track of the number of invalidations performed on this pmap.
1532          *
1533          * Each vcpu keeps a cache of this counter and compares it
1534          * just before a vmresume. If the counter is out-of-date an
1535          * invept will be done to flush stale mappings from the TLB.
1536          */
1537         atomic_add_acq_long(&pmap->pm_eptgen, 1);
1538
1539         /*
1540          * Force the vcpu to exit and trap back into the hypervisor.
1541          */
1542         ipinum = pmap->pm_flags & PMAP_NESTED_IPIMASK;
1543         ipi_selected(pmap->pm_active, ipinum);
1544         sched_unpin();
1545 }
1546
1547 void
1548 pmap_invalidate_page(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
1549 {
1550         cpuset_t *mask;
1551         u_int cpuid, i;
1552
1553         if (pmap_type_guest(pmap)) {
1554                 pmap_invalidate_ept(pmap);
1555                 return;
1556         }
1557
1558         KASSERT(pmap->pm_type == PT_X86,
1559             ("pmap_invalidate_page: invalid type %d", pmap->pm_type));
1560
1561         sched_pin();
1562         if (pmap == kernel_pmap) {
1563                 invlpg(va);
1564                 mask = &all_cpus;
1565         } else {
1566                 cpuid = PCPU_GET(cpuid);
1567                 if (pmap == PCPU_GET(curpmap))
1568                         invlpg(va);
1569                 else if (pmap_pcid_enabled)
1570                         pmap->pm_pcids[cpuid].pm_gen = 0;
1571                 if (pmap_pcid_enabled) {
1572                         CPU_FOREACH(i) {
1573                                 if (cpuid != i)
1574                                         pmap->pm_pcids[i].pm_gen = 0;
1575                         }
1576                 }
1577                 mask = &pmap->pm_active;
1578         }
1579         smp_masked_invlpg(*mask, va);
1580         sched_unpin();
1581 }
1582
1583 /* 4k PTEs -- Chosen to exceed the total size of Broadwell L2 TLB */
1584 #define PMAP_INVLPG_THRESHOLD   (4 * 1024 * PAGE_SIZE)
1585
1586 void
1587 pmap_invalidate_range(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
1588 {
1589         cpuset_t *mask;
1590         vm_offset_t addr;
1591         u_int cpuid, i;
1592
1593         if (eva - sva >= PMAP_INVLPG_THRESHOLD) {
1594                 pmap_invalidate_all(pmap);
1595                 return;
1596         }
1597
1598         if (pmap_type_guest(pmap)) {
1599                 pmap_invalidate_ept(pmap);
1600                 return;
1601         }
1602
1603         KASSERT(pmap->pm_type == PT_X86,
1604             ("pmap_invalidate_range: invalid type %d", pmap->pm_type));
1605
1606         sched_pin();
1607         cpuid = PCPU_GET(cpuid);
1608         if (pmap == kernel_pmap) {
1609                 for (addr = sva; addr < eva; addr += PAGE_SIZE)
1610                         invlpg(addr);
1611                 mask = &all_cpus;
1612         } else {
1613                 if (pmap == PCPU_GET(curpmap)) {
1614                         for (addr = sva; addr < eva; addr += PAGE_SIZE)
1615                                 invlpg(addr);
1616                 } else if (pmap_pcid_enabled) {
1617                         pmap->pm_pcids[cpuid].pm_gen = 0;
1618                 }
1619                 if (pmap_pcid_enabled) {
1620                         CPU_FOREACH(i) {
1621                                 if (cpuid != i)
1622                                         pmap->pm_pcids[i].pm_gen = 0;
1623                         }
1624                 }
1625                 mask = &pmap->pm_active;
1626         }
1627         smp_masked_invlpg_range(*mask, sva, eva);
1628         sched_unpin();
1629 }
1630
1631 void
1632 pmap_invalidate_all(pmap_t pmap)
1633 {
1634         cpuset_t *mask;
1635         struct invpcid_descr d;
1636         u_int cpuid, i;
1637
1638         if (pmap_type_guest(pmap)) {
1639                 pmap_invalidate_ept(pmap);
1640                 return;
1641         }
1642
1643         KASSERT(pmap->pm_type == PT_X86,
1644             ("pmap_invalidate_all: invalid type %d", pmap->pm_type));
1645
1646         sched_pin();
1647         if (pmap == kernel_pmap) {
1648                 if (pmap_pcid_enabled && invpcid_works) {
1649                         bzero(&d, sizeof(d));
1650                         invpcid(&d, INVPCID_CTXGLOB);
1651                 } else {
1652                         invltlb_glob();
1653                 }
1654                 mask = &all_cpus;
1655         } else {
1656                 cpuid = PCPU_GET(cpuid);
1657                 if (pmap == PCPU_GET(curpmap)) {
1658                         if (pmap_pcid_enabled) {
1659                                 if (invpcid_works) {
1660                                         d.pcid = pmap->pm_pcids[cpuid].pm_pcid;
1661                                         d.pad = 0;
1662                                         d.addr = 0;
1663                                         invpcid(&d, INVPCID_CTX);
1664                                 } else {
1665                                         load_cr3(pmap->pm_cr3 | pmap->pm_pcids
1666                                             [PCPU_GET(cpuid)].pm_pcid);
1667                                 }
1668                         } else {
1669                                 invltlb();
1670                         }
1671                 } else if (pmap_pcid_enabled) {
1672                         pmap->pm_pcids[cpuid].pm_gen = 0;
1673                 }
1674                 if (pmap_pcid_enabled) {
1675                         CPU_FOREACH(i) {
1676                                 if (cpuid != i)
1677                                         pmap->pm_pcids[i].pm_gen = 0;
1678                         }
1679                 }
1680                 mask = &pmap->pm_active;
1681         }
1682         smp_masked_invltlb(*mask, pmap);
1683         sched_unpin();
1684 }
1685
1686 void
1687 pmap_invalidate_cache(void)
1688 {
1689
1690         sched_pin();
1691         wbinvd();
1692         smp_cache_flush();
1693         sched_unpin();
1694 }
1695
1696 struct pde_action {
1697         cpuset_t invalidate;    /* processors that invalidate their TLB */
1698         pmap_t pmap;
1699         vm_offset_t va;
1700         pd_entry_t *pde;
1701         pd_entry_t newpde;
1702         u_int store;            /* processor that updates the PDE */
1703 };
1704
1705 static void
1706 pmap_update_pde_action(void *arg)
1707 {
1708         struct pde_action *act = arg;
1709
1710         if (act->store == PCPU_GET(cpuid))
1711                 pmap_update_pde_store(act->pmap, act->pde, act->newpde);
1712 }
1713
1714 static void
1715 pmap_update_pde_teardown(void *arg)
1716 {
1717         struct pde_action *act = arg;
1718
1719         if (CPU_ISSET(PCPU_GET(cpuid), &act->invalidate))
1720                 pmap_update_pde_invalidate(act->pmap, act->va, act->newpde);
1721 }
1722
1723 /*
1724  * Change the page size for the specified virtual address in a way that
1725  * prevents any possibility of the TLB ever having two entries that map the
1726  * same virtual address using different page sizes.  This is the recommended
1727  * workaround for Erratum 383 on AMD Family 10h processors.  It prevents a
1728  * machine check exception for a TLB state that is improperly diagnosed as a
1729  * hardware error.
1730  */
1731 static void
1732 pmap_update_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t *pde, pd_entry_t newpde)
1733 {
1734         struct pde_action act;
1735         cpuset_t active, other_cpus;
1736         u_int cpuid;
1737
1738         sched_pin();
1739         cpuid = PCPU_GET(cpuid);
1740         other_cpus = all_cpus;
1741         CPU_CLR(cpuid, &other_cpus);
1742         if (pmap == kernel_pmap || pmap_type_guest(pmap)) 
1743                 active = all_cpus;
1744         else {
1745                 active = pmap->pm_active;
1746         }
1747         if (CPU_OVERLAP(&active, &other_cpus)) { 
1748                 act.store = cpuid;
1749                 act.invalidate = active;
1750                 act.va = va;
1751                 act.pmap = pmap;
1752                 act.pde = pde;
1753                 act.newpde = newpde;
1754                 CPU_SET(cpuid, &active);
1755                 smp_rendezvous_cpus(active,
1756                     smp_no_rendevous_barrier, pmap_update_pde_action,
1757                     pmap_update_pde_teardown, &act);
1758         } else {
1759                 pmap_update_pde_store(pmap, pde, newpde);
1760                 if (CPU_ISSET(cpuid, &active))
1761                         pmap_update_pde_invalidate(pmap, va, newpde);
1762         }
1763         sched_unpin();
1764 }
1765 #else /* !SMP */
1766 /*
1767  * Normal, non-SMP, invalidation functions.
1768  */
1769 void
1770 pmap_invalidate_page(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
1771 {
1772
1773         if (pmap->pm_type == PT_RVI || pmap->pm_type == PT_EPT) {
1774                 pmap->pm_eptgen++;
1775                 return;
1776         }
1777         KASSERT(pmap->pm_type == PT_X86,
1778             ("pmap_invalidate_range: unknown type %d", pmap->pm_type));
1779
1780         if (pmap == kernel_pmap || pmap == PCPU_GET(curpmap))
1781                 invlpg(va);
1782         else if (pmap_pcid_enabled)
1783                 pmap->pm_pcids[0].pm_gen = 0;
1784 }
1785
1786 void
1787 pmap_invalidate_range(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
1788 {
1789         vm_offset_t addr;
1790
1791         if (pmap->pm_type == PT_RVI || pmap->pm_type == PT_EPT) {
1792                 pmap->pm_eptgen++;
1793                 return;
1794         }
1795         KASSERT(pmap->pm_type == PT_X86,
1796             ("pmap_invalidate_range: unknown type %d", pmap->pm_type));
1797
1798         if (pmap == kernel_pmap || pmap == PCPU_GET(curpmap)) {
1799                 for (addr = sva; addr < eva; addr += PAGE_SIZE)
1800                         invlpg(addr);
1801         } else if (pmap_pcid_enabled) {
1802                 pmap->pm_pcids[0].pm_gen = 0;
1803         }
1804 }
1805
1806 void
1807 pmap_invalidate_all(pmap_t pmap)
1808 {
1809         struct invpcid_descr d;
1810
1811         if (pmap->pm_type == PT_RVI || pmap->pm_type == PT_EPT) {
1812                 pmap->pm_eptgen++;
1813                 return;
1814         }
1815         KASSERT(pmap->pm_type == PT_X86,
1816             ("pmap_invalidate_all: unknown type %d", pmap->pm_type));
1817
1818         if (pmap == kernel_pmap) {
1819                 if (pmap_pcid_enabled && invpcid_works) {
1820                         bzero(&d, sizeof(d));
1821                         invpcid(&d, INVPCID_CTXGLOB);
1822                 } else {
1823                         invltlb_glob();
1824                 }
1825         } else if (pmap == PCPU_GET(curpmap)) {
1826                 if (pmap_pcid_enabled) {
1827                         if (invpcid_works) {
1828                                 d.pcid = pmap->pm_pcids[0].pm_pcid;
1829                                 d.pad = 0;
1830                                 d.addr = 0;
1831                                 invpcid(&d, INVPCID_CTX);
1832                         } else {
1833                                 load_cr3(pmap->pm_cr3 | pmap->pm_pcids[0].
1834                                     pm_pcid);
1835                         }
1836                 } else {
1837                         invltlb();
1838                 }
1839         } else if (pmap_pcid_enabled) {
1840                 pmap->pm_pcids[0].pm_gen = 0;
1841         }
1842 }
1843
1844 PMAP_INLINE void
1845 pmap_invalidate_cache(void)
1846 {
1847
1848         wbinvd();
1849 }
1850
1851 static void
1852 pmap_update_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t *pde, pd_entry_t newpde)
1853 {
1854
1855         pmap_update_pde_store(pmap, pde, newpde);
1856         if (pmap == kernel_pmap || pmap == PCPU_GET(curpmap))
1857                 pmap_update_pde_invalidate(pmap, va, newpde);
1858         else
1859                 pmap->pm_pcids[0].pm_gen = 0;
1860 }
1861 #endif /* !SMP */
1862
1863 #define PMAP_CLFLUSH_THRESHOLD   (2 * 1024 * 1024)
1864
1865 void
1866 pmap_invalidate_cache_range(vm_offset_t sva, vm_offset_t eva, boolean_t force)
1867 {
1868
1869         if (force) {
1870                 sva &= ~(vm_offset_t)cpu_clflush_line_size;
1871         } else {
1872                 KASSERT((sva & PAGE_MASK) == 0,
1873                     ("pmap_invalidate_cache_range: sva not page-aligned"));
1874                 KASSERT((eva & PAGE_MASK) == 0,
1875                     ("pmap_invalidate_cache_range: eva not page-aligned"));
1876         }
1877
1878         if ((cpu_feature & CPUID_SS) != 0 && !force)
1879                 ; /* If "Self Snoop" is supported and allowed, do nothing. */
1880         else if ((cpu_stdext_feature & CPUID_STDEXT_CLFLUSHOPT) != 0 &&
1881             eva - sva < PMAP_CLFLUSH_THRESHOLD) {
1882                 /*
1883                  * XXX: Some CPUs fault, hang, or trash the local APIC
1884                  * registers if we use CLFLUSH on the local APIC
1885                  * range.  The local APIC is always uncached, so we
1886                  * don't need to flush for that range anyway.
1887                  */
1888                 if (pmap_kextract(sva) == lapic_paddr)
1889                         return;
1890
1891                 /*
1892                  * Otherwise, do per-cache line flush.  Use the mfence
1893                  * instruction to insure that previous stores are
1894                  * included in the write-back.  The processor
1895                  * propagates flush to other processors in the cache
1896                  * coherence domain.
1897                  */
1898                 mfence();
1899                 for (; sva < eva; sva += cpu_clflush_line_size)
1900                         clflushopt(sva);
1901                 mfence();
1902         } else if ((cpu_feature & CPUID_CLFSH) != 0 &&
1903             eva - sva < PMAP_CLFLUSH_THRESHOLD) {
1904                 if (pmap_kextract(sva) == lapic_paddr)
1905                         return;
1906                 /*
1907                  * Writes are ordered by CLFLUSH on Intel CPUs.
1908                  */
1909                 if (cpu_vendor_id != CPU_VENDOR_INTEL)
1910                         mfence();
1911                 for (; sva < eva; sva += cpu_clflush_line_size)
1912                         clflush(sva);
1913                 if (cpu_vendor_id != CPU_VENDOR_INTEL)
1914                         mfence();
1915         } else {
1916
1917                 /*
1918                  * No targeted cache flush methods are supported by CPU,
1919                  * or the supplied range is bigger than 2MB.
1920                  * Globally invalidate cache.
1921                  */
1922                 pmap_invalidate_cache();
1923         }
1924 }
1925
1926 /*
1927  * Remove the specified set of pages from the data and instruction caches.
1928  *
1929  * In contrast to pmap_invalidate_cache_range(), this function does not
1930  * rely on the CPU's self-snoop feature, because it is intended for use
1931  * when moving pages into a different cache domain.
1932  */
1933 void
1934 pmap_invalidate_cache_pages(vm_page_t *pages, int count)
1935 {
1936         vm_offset_t daddr, eva;
1937         int i;
1938         bool useclflushopt;
1939
1940         useclflushopt = (cpu_stdext_feature & CPUID_STDEXT_CLFLUSHOPT) != 0;
1941         if (count >= PMAP_CLFLUSH_THRESHOLD / PAGE_SIZE ||
1942             ((cpu_feature & CPUID_CLFSH) == 0 && !useclflushopt))
1943                 pmap_invalidate_cache();
1944         else {
1945                 if (useclflushopt || cpu_vendor_id != CPU_VENDOR_INTEL)
1946                         mfence();
1947                 for (i = 0; i < count; i++) {
1948                         daddr = PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(pages[i]));
1949                         eva = daddr + PAGE_SIZE;
1950                         for (; daddr < eva; daddr += cpu_clflush_line_size) {
1951                                 if (useclflushopt)
1952                                         clflushopt(daddr);
1953                                 else
1954                                         clflush(daddr);
1955                         }
1956                 }
1957                 if (useclflushopt || cpu_vendor_id != CPU_VENDOR_INTEL)
1958                         mfence();
1959         }
1960 }
1961
1962 /*
1963  *      Routine:        pmap_extract
1964  *      Function:
1965  *              Extract the physical page address associated
1966  *              with the given map/virtual_address pair.
1967  */
1968 vm_paddr_t 
1969 pmap_extract(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
1970 {
1971         pdp_entry_t *pdpe;
1972         pd_entry_t *pde;
1973         pt_entry_t *pte, PG_V;
1974         vm_paddr_t pa;
1975
1976         pa = 0;
1977         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
1978         PMAP_LOCK(pmap);
1979         pdpe = pmap_pdpe(pmap, va);
1980         if (pdpe != NULL && (*pdpe & PG_V) != 0) {
1981                 if ((*pdpe & PG_PS) != 0)
1982                         pa = (*pdpe & PG_PS_FRAME) | (va & PDPMASK);
1983                 else {
1984                         pde = pmap_pdpe_to_pde(pdpe, va);
1985                         if ((*pde & PG_V) != 0) {
1986                                 if ((*pde & PG_PS) != 0) {
1987                                         pa = (*pde & PG_PS_FRAME) |
1988                                             (va & PDRMASK);
1989                                 } else {
1990                                         pte = pmap_pde_to_pte(pde, va);
1991                                         pa = (*pte & PG_FRAME) |
1992                                             (va & PAGE_MASK);
1993                                 }
1994                         }
1995                 }
1996         }
1997         PMAP_UNLOCK(pmap);
1998         return (pa);
1999 }
2000
2001 /*
2002  *      Routine:        pmap_extract_and_hold
2003  *      Function:
2004  *              Atomically extract and hold the physical page
2005  *              with the given pmap and virtual address pair
2006  *              if that mapping permits the given protection.
2007  */
2008 vm_page_t
2009 pmap_extract_and_hold(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_prot_t prot)
2010 {
2011         pd_entry_t pde, *pdep;
2012         pt_entry_t pte, PG_RW, PG_V;
2013         vm_paddr_t pa;
2014         vm_page_t m;
2015
2016         pa = 0;
2017         m = NULL;
2018         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
2019         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
2020         PMAP_LOCK(pmap);
2021 retry:
2022         pdep = pmap_pde(pmap, va);
2023         if (pdep != NULL && (pde = *pdep)) {
2024                 if (pde & PG_PS) {
2025                         if ((pde & PG_RW) || (prot & VM_PROT_WRITE) == 0) {
2026                                 if (vm_page_pa_tryrelock(pmap, (pde &
2027                                     PG_PS_FRAME) | (va & PDRMASK), &pa))
2028                                         goto retry;
2029                                 m = PHYS_TO_VM_PAGE((pde & PG_PS_FRAME) |
2030                                     (va & PDRMASK));
2031                                 vm_page_hold(m);
2032                         }
2033                 } else {
2034                         pte = *pmap_pde_to_pte(pdep, va);
2035                         if ((pte & PG_V) &&
2036                             ((pte & PG_RW) || (prot & VM_PROT_WRITE) == 0)) {
2037                                 if (vm_page_pa_tryrelock(pmap, pte & PG_FRAME,
2038                                     &pa))
2039                                         goto retry;
2040                                 m = PHYS_TO_VM_PAGE(pte & PG_FRAME);
2041                                 vm_page_hold(m);
2042                         }
2043                 }
2044         }
2045         PA_UNLOCK_COND(pa);
2046         PMAP_UNLOCK(pmap);
2047         return (m);
2048 }
2049
2050 vm_paddr_t
2051 pmap_kextract(vm_offset_t va)
2052 {
2053         pd_entry_t pde;
2054         vm_paddr_t pa;
2055
2056         if (va >= DMAP_MIN_ADDRESS && va < DMAP_MAX_ADDRESS) {
2057                 pa = DMAP_TO_PHYS(va);
2058         } else {
2059                 pde = *vtopde(va);
2060                 if (pde & PG_PS) {
2061                         pa = (pde & PG_PS_FRAME) | (va & PDRMASK);
2062                 } else {
2063                         /*
2064                          * Beware of a concurrent promotion that changes the
2065                          * PDE at this point!  For example, vtopte() must not
2066                          * be used to access the PTE because it would use the
2067                          * new PDE.  It is, however, safe to use the old PDE
2068                          * because the page table page is preserved by the
2069                          * promotion.
2070                          */
2071                         pa = *pmap_pde_to_pte(&pde, va);
2072                         pa = (pa & PG_FRAME) | (va & PAGE_MASK);
2073                 }
2074         }
2075         return (pa);
2076 }
2077
2078 /***************************************************
2079  * Low level mapping routines.....
2080  ***************************************************/
2081
2082 /*
2083  * Add a wired page to the kva.
2084  * Note: not SMP coherent.
2085  */
2086 PMAP_INLINE void 
2087 pmap_kenter(vm_offset_t va, vm_paddr_t pa)
2088 {
2089         pt_entry_t *pte;
2090
2091         pte = vtopte(va);
2092         pte_store(pte, pa | X86_PG_RW | X86_PG_V | X86_PG_G);
2093 }
2094
2095 static __inline void
2096 pmap_kenter_attr(vm_offset_t va, vm_paddr_t pa, int mode)
2097 {
2098         pt_entry_t *pte;
2099         int cache_bits;
2100
2101         pte = vtopte(va);
2102         cache_bits = pmap_cache_bits(kernel_pmap, mode, 0);
2103         pte_store(pte, pa | X86_PG_RW | X86_PG_V | X86_PG_G | cache_bits);
2104 }
2105
2106 /*
2107  * Remove a page from the kernel pagetables.
2108  * Note: not SMP coherent.
2109  */
2110 PMAP_INLINE void
2111 pmap_kremove(vm_offset_t va)
2112 {
2113         pt_entry_t *pte;
2114
2115         pte = vtopte(va);
2116         pte_clear(pte);
2117 }
2118
2119 /*
2120  *      Used to map a range of physical addresses into kernel
2121  *      virtual address space.
2122  *
2123  *      The value passed in '*virt' is a suggested virtual address for
2124  *      the mapping. Architectures which can support a direct-mapped
2125  *      physical to virtual region can return the appropriate address
2126  *      within that region, leaving '*virt' unchanged. Other
2127  *      architectures should map the pages starting at '*virt' and
2128  *      update '*virt' with the first usable address after the mapped
2129  *      region.
2130  */
2131 vm_offset_t
2132 pmap_map(vm_offset_t *virt, vm_paddr_t start, vm_paddr_t end, int prot)
2133 {
2134         return PHYS_TO_DMAP(start);
2135 }
2136
2137
2138 /*
2139  * Add a list of wired pages to the kva
2140  * this routine is only used for temporary
2141  * kernel mappings that do not need to have
2142  * page modification or references recorded.
2143  * Note that old mappings are simply written
2144  * over.  The page *must* be wired.
2145  * Note: SMP coherent.  Uses a ranged shootdown IPI.
2146  */
2147 void
2148 pmap_qenter(vm_offset_t sva, vm_page_t *ma, int count)
2149 {
2150         pt_entry_t *endpte, oldpte, pa, *pte;
2151         vm_page_t m;
2152         int cache_bits;
2153
2154         oldpte = 0;
2155         pte = vtopte(sva);
2156         endpte = pte + count;
2157         while (pte < endpte) {
2158                 m = *ma++;
2159                 cache_bits = pmap_cache_bits(kernel_pmap, m->md.pat_mode, 0);
2160                 pa = VM_PAGE_TO_PHYS(m) | cache_bits;
2161                 if ((*pte & (PG_FRAME | X86_PG_PTE_CACHE)) != pa) {
2162                         oldpte |= *pte;
2163                         pte_store(pte, pa | X86_PG_G | X86_PG_RW | X86_PG_V);
2164                 }
2165                 pte++;
2166         }
2167         if (__predict_false((oldpte & X86_PG_V) != 0))
2168                 pmap_invalidate_range(kernel_pmap, sva, sva + count *
2169                     PAGE_SIZE);
2170 }
2171
2172 /*
2173  * This routine tears out page mappings from the
2174  * kernel -- it is meant only for temporary mappings.
2175  * Note: SMP coherent.  Uses a ranged shootdown IPI.
2176  */
2177 void
2178 pmap_qremove(vm_offset_t sva, int count)
2179 {
2180         vm_offset_t va;
2181
2182         va = sva;
2183         while (count-- > 0) {
2184                 KASSERT(va >= VM_MIN_KERNEL_ADDRESS, ("usermode va %lx", va));
2185                 pmap_kremove(va);
2186                 va += PAGE_SIZE;
2187         }
2188         pmap_invalidate_range(kernel_pmap, sva, va);
2189 }
2190
2191 /***************************************************
2192  * Page table page management routines.....
2193  ***************************************************/
2194 static __inline void
2195 pmap_free_zero_pages(struct spglist *free)
2196 {
2197         vm_page_t m;
2198
2199         while ((m = SLIST_FIRST(free)) != NULL) {
2200                 SLIST_REMOVE_HEAD(free, plinks.s.ss);
2201                 /* Preserve the page's PG_ZERO setting. */
2202                 vm_page_free_toq(m);
2203         }
2204 }
2205
2206 /*
2207  * Schedule the specified unused page table page to be freed.  Specifically,
2208  * add the page to the specified list of pages that will be released to the
2209  * physical memory manager after the TLB has been updated.
2210  */
2211 static __inline void
2212 pmap_add_delayed_free_list(vm_page_t m, struct spglist *free,
2213     boolean_t set_PG_ZERO)
2214 {
2215
2216         if (set_PG_ZERO)
2217                 m->flags |= PG_ZERO;
2218         else
2219                 m->flags &= ~PG_ZERO;
2220         SLIST_INSERT_HEAD(free, m, plinks.s.ss);
2221 }
2222         
2223 /*
2224  * Inserts the specified page table page into the specified pmap's collection
2225  * of idle page table pages.  Each of a pmap's page table pages is responsible
2226  * for mapping a distinct range of virtual addresses.  The pmap's collection is
2227  * ordered by this virtual address range.
2228  */
2229 static __inline int
2230 pmap_insert_pt_page(pmap_t pmap, vm_page_t mpte)
2231 {
2232
2233         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
2234         return (vm_radix_insert(&pmap->pm_root, mpte));
2235 }
2236
2237 /*
2238  * Looks for a page table page mapping the specified virtual address in the
2239  * specified pmap's collection of idle page table pages.  Returns NULL if there
2240  * is no page table page corresponding to the specified virtual address.
2241  */
2242 static __inline vm_page_t
2243 pmap_lookup_pt_page(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
2244 {
2245
2246         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
2247         return (vm_radix_lookup(&pmap->pm_root, pmap_pde_pindex(va)));
2248 }
2249
2250 /*
2251  * Removes the specified page table page from the specified pmap's collection
2252  * of idle page table pages.  The specified page table page must be a member of
2253  * the pmap's collection.
2254  */
2255 static __inline void
2256 pmap_remove_pt_page(pmap_t pmap, vm_page_t mpte)
2257 {
2258
2259         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
2260         vm_radix_remove(&pmap->pm_root, mpte->pindex);
2261 }
2262
2263 /*
2264  * Decrements a page table page's wire count, which is used to record the
2265  * number of valid page table entries within the page.  If the wire count
2266  * drops to zero, then the page table page is unmapped.  Returns TRUE if the
2267  * page table page was unmapped and FALSE otherwise.
2268  */
2269 static inline boolean_t
2270 pmap_unwire_ptp(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m, struct spglist *free)
2271 {
2272
2273         --m->wire_count;
2274         if (m->wire_count == 0) {
2275                 _pmap_unwire_ptp(pmap, va, m, free);
2276                 return (TRUE);
2277         } else
2278                 return (FALSE);
2279 }
2280
2281 static void
2282 _pmap_unwire_ptp(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m, struct spglist *free)
2283 {
2284
2285         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
2286         /*
2287          * unmap the page table page
2288          */
2289         if (m->pindex >= (NUPDE + NUPDPE)) {
2290                 /* PDP page */
2291                 pml4_entry_t *pml4;
2292                 pml4 = pmap_pml4e(pmap, va);
2293                 *pml4 = 0;
2294         } else if (m->pindex >= NUPDE) {
2295                 /* PD page */
2296                 pdp_entry_t *pdp;
2297                 pdp = pmap_pdpe(pmap, va);
2298                 *pdp = 0;
2299         } else {
2300                 /* PTE page */
2301                 pd_entry_t *pd;
2302                 pd = pmap_pde(pmap, va);
2303                 *pd = 0;
2304         }
2305         pmap_resident_count_dec(pmap, 1);
2306         if (m->pindex < NUPDE) {
2307                 /* We just released a PT, unhold the matching PD */
2308                 vm_page_t pdpg;
2309
2310                 pdpg = PHYS_TO_VM_PAGE(*pmap_pdpe(pmap, va) & PG_FRAME);
2311                 pmap_unwire_ptp(pmap, va, pdpg, free);
2312         }
2313         if (m->pindex >= NUPDE && m->pindex < (NUPDE + NUPDPE)) {
2314                 /* We just released a PD, unhold the matching PDP */
2315                 vm_page_t pdppg;
2316
2317                 pdppg = PHYS_TO_VM_PAGE(*pmap_pml4e(pmap, va) & PG_FRAME);
2318                 pmap_unwire_ptp(pmap, va, pdppg, free);
2319         }
2320
2321         /*
2322          * This is a release store so that the ordinary store unmapping
2323          * the page table page is globally performed before TLB shoot-
2324          * down is begun.
2325          */
2326         atomic_subtract_rel_int(&vm_cnt.v_wire_count, 1);
2327
2328         /* 
2329          * Put page on a list so that it is released after
2330          * *ALL* TLB shootdown is done
2331          */
2332         pmap_add_delayed_free_list(m, free, TRUE);
2333 }
2334
2335 /*
2336  * After removing a page table entry, this routine is used to
2337  * conditionally free the page, and manage the hold/wire counts.
2338  */
2339 static int
2340 pmap_unuse_pt(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t ptepde,
2341     struct spglist *free)
2342 {
2343         vm_page_t mpte;
2344
2345         if (va >= VM_MAXUSER_ADDRESS)
2346                 return (0);
2347         KASSERT(ptepde != 0, ("pmap_unuse_pt: ptepde != 0"));
2348         mpte = PHYS_TO_VM_PAGE(ptepde & PG_FRAME);
2349         return (pmap_unwire_ptp(pmap, va, mpte, free));
2350 }
2351
2352 void
2353 pmap_pinit0(pmap_t pmap)
2354 {
2355         int i;
2356
2357         PMAP_LOCK_INIT(pmap);
2358         pmap->pm_pml4 = (pml4_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(KPML4phys);
2359         pmap->pm_cr3 = KPML4phys;
2360         pmap->pm_root.rt_root = 0;
2361         CPU_ZERO(&pmap->pm_active);
2362         TAILQ_INIT(&pmap->pm_pvchunk);
2363         bzero(&pmap->pm_stats, sizeof pmap->pm_stats);
2364         pmap->pm_flags = pmap_flags;
2365         CPU_FOREACH(i) {
2366                 pmap->pm_pcids[i].pm_pcid = PMAP_PCID_NONE;
2367                 pmap->pm_pcids[i].pm_gen = 0;
2368         }
2369         PCPU_SET(curpmap, kernel_pmap);
2370         pmap_activate(curthread);
2371         CPU_FILL(&kernel_pmap->pm_active);
2372 }
2373
2374 /*
2375  * Initialize a preallocated and zeroed pmap structure,
2376  * such as one in a vmspace structure.
2377  */
2378 int
2379 pmap_pinit_type(pmap_t pmap, enum pmap_type pm_type, int flags)
2380 {
2381         vm_page_t pml4pg;
2382         vm_paddr_t pml4phys;
2383         int i;
2384
2385         /*
2386          * allocate the page directory page
2387          */
2388         while ((pml4pg = vm_page_alloc(NULL, 0, VM_ALLOC_NORMAL |
2389             VM_ALLOC_NOOBJ | VM_ALLOC_WIRED | VM_ALLOC_ZERO)) == NULL)
2390                 VM_WAIT;
2391
2392         pml4phys = VM_PAGE_TO_PHYS(pml4pg);
2393         pmap->pm_pml4 = (pml4_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(pml4phys);
2394         CPU_FOREACH(i) {
2395                 pmap->pm_pcids[i].pm_pcid = PMAP_PCID_NONE;
2396                 pmap->pm_pcids[i].pm_gen = 0;
2397         }
2398         pmap->pm_cr3 = ~0;      /* initialize to an invalid value */
2399
2400         if ((pml4pg->flags & PG_ZERO) == 0)
2401                 pagezero(pmap->pm_pml4);
2402
2403         /*
2404          * Do not install the host kernel mappings in the nested page
2405          * tables. These mappings are meaningless in the guest physical
2406          * address space.
2407          */
2408         if ((pmap->pm_type = pm_type) == PT_X86) {
2409                 pmap->pm_cr3 = pml4phys;
2410
2411                 /* Wire in kernel global address entries. */
2412                 for (i = 0; i < NKPML4E; i++) {
2413                         pmap->pm_pml4[KPML4BASE + i] = (KPDPphys + ptoa(i)) |
2414                             X86_PG_RW | X86_PG_V | PG_U;
2415                 }
2416                 for (i = 0; i < ndmpdpphys; i++) {
2417                         pmap->pm_pml4[DMPML4I + i] = (DMPDPphys + ptoa(i)) |
2418                             X86_PG_RW | X86_PG_V | PG_U;
2419                 }
2420
2421                 /* install self-referential address mapping entry(s) */
2422                 pmap->pm_pml4[PML4PML4I] = VM_PAGE_TO_PHYS(pml4pg) |
2423                     X86_PG_V | X86_PG_RW | X86_PG_A | X86_PG_M;
2424         }
2425
2426         pmap->pm_root.rt_root = 0;
2427         CPU_ZERO(&pmap->pm_active);
2428         TAILQ_INIT(&pmap->pm_pvchunk);
2429         bzero(&pmap->pm_stats, sizeof pmap->pm_stats);
2430         pmap->pm_flags = flags;
2431         pmap->pm_eptgen = 0;
2432
2433         return (1);
2434 }
2435
2436 int
2437 pmap_pinit(pmap_t pmap)
2438 {
2439
2440         return (pmap_pinit_type(pmap, PT_X86, pmap_flags));
2441 }
2442
2443 /*
2444  * This routine is called if the desired page table page does not exist.
2445  *
2446  * If page table page allocation fails, this routine may sleep before
2447  * returning NULL.  It sleeps only if a lock pointer was given.
2448  *
2449  * Note: If a page allocation fails at page table level two or three,
2450  * one or two pages may be held during the wait, only to be released
2451  * afterwards.  This conservative approach is easily argued to avoid
2452  * race conditions.
2453  */
2454 static vm_page_t
2455 _pmap_allocpte(pmap_t pmap, vm_pindex_t ptepindex, struct rwlock **lockp)
2456 {
2457         vm_page_t m, pdppg, pdpg;
2458         pt_entry_t PG_A, PG_M, PG_RW, PG_V;
2459
2460         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
2461
2462         PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
2463         PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
2464         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
2465         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
2466
2467         /*
2468          * Allocate a page table page.
2469          */
2470         if ((m = vm_page_alloc(NULL, ptepindex, VM_ALLOC_NOOBJ |
2471             VM_ALLOC_WIRED | VM_ALLOC_ZERO)) == NULL) {
2472                 if (lockp != NULL) {
2473                         RELEASE_PV_LIST_LOCK(lockp);
2474                         PMAP_UNLOCK(pmap);
2475                         PMAP_ASSERT_NOT_IN_DI();
2476                         VM_WAIT;
2477                         PMAP_LOCK(pmap);
2478                 }
2479
2480                 /*
2481                  * Indicate the need to retry.  While waiting, the page table
2482                  * page may have been allocated.
2483                  */
2484                 return (NULL);
2485         }
2486         if ((m->flags & PG_ZERO) == 0)
2487                 pmap_zero_page(m);
2488
2489         /*
2490          * Map the pagetable page into the process address space, if
2491          * it isn't already there.
2492          */
2493
2494         if (ptepindex >= (NUPDE + NUPDPE)) {
2495                 pml4_entry_t *pml4;
2496                 vm_pindex_t pml4index;
2497
2498                 /* Wire up a new PDPE page */
2499                 pml4index = ptepindex - (NUPDE + NUPDPE);
2500                 pml4 = &pmap->pm_pml4[pml4index];
2501                 *pml4 = VM_PAGE_TO_PHYS(m) | PG_U | PG_RW | PG_V | PG_A | PG_M;
2502
2503         } else if (ptepindex >= NUPDE) {
2504                 vm_pindex_t pml4index;
2505                 vm_pindex_t pdpindex;
2506                 pml4_entry_t *pml4;
2507                 pdp_entry_t *pdp;
2508
2509                 /* Wire up a new PDE page */
2510                 pdpindex = ptepindex - NUPDE;
2511                 pml4index = pdpindex >> NPML4EPGSHIFT;
2512
2513                 pml4 = &pmap->pm_pml4[pml4index];
2514                 if ((*pml4 & PG_V) == 0) {
2515                         /* Have to allocate a new pdp, recurse */
2516                         if (_pmap_allocpte(pmap, NUPDE + NUPDPE + pml4index,
2517                             lockp) == NULL) {
2518                                 --m->wire_count;
2519                                 atomic_subtract_int(&vm_cnt.v_wire_count, 1);
2520                                 vm_page_free_zero(m);
2521                                 return (NULL);
2522                         }
2523                 } else {
2524                         /* Add reference to pdp page */
2525                         pdppg = PHYS_TO_VM_PAGE(*pml4 & PG_FRAME);
2526                         pdppg->wire_count++;
2527                 }
2528                 pdp = (pdp_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(*pml4 & PG_FRAME);
2529
2530                 /* Now find the pdp page */
2531                 pdp = &pdp[pdpindex & ((1ul << NPDPEPGSHIFT) - 1)];
2532                 *pdp = VM_PAGE_TO_PHYS(m) | PG_U | PG_RW | PG_V | PG_A | PG_M;
2533
2534         } else {
2535                 vm_pindex_t pml4index;
2536                 vm_pindex_t pdpindex;
2537                 pml4_entry_t *pml4;
2538                 pdp_entry_t *pdp;
2539                 pd_entry_t *pd;
2540
2541                 /* Wire up a new PTE page */
2542                 pdpindex = ptepindex >> NPDPEPGSHIFT;
2543                 pml4index = pdpindex >> NPML4EPGSHIFT;
2544
2545                 /* First, find the pdp and check that its valid. */
2546                 pml4 = &pmap->pm_pml4[pml4index];
2547                 if ((*pml4 & PG_V) == 0) {
2548                         /* Have to allocate a new pd, recurse */
2549                         if (_pmap_allocpte(pmap, NUPDE + pdpindex,
2550                             lockp) == NULL) {
2551                                 --m->wire_count;
2552                                 atomic_subtract_int(&vm_cnt.v_wire_count, 1);
2553                                 vm_page_free_zero(m);
2554                                 return (NULL);
2555                         }
2556                         pdp = (pdp_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(*pml4 & PG_FRAME);
2557                         pdp = &pdp[pdpindex & ((1ul << NPDPEPGSHIFT) - 1)];
2558                 } else {
2559                         pdp = (pdp_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(*pml4 & PG_FRAME);
2560                         pdp = &pdp[pdpindex & ((1ul << NPDPEPGSHIFT) - 1)];
2561                         if ((*pdp & PG_V) == 0) {
2562                                 /* Have to allocate a new pd, recurse */
2563                                 if (_pmap_allocpte(pmap, NUPDE + pdpindex,
2564                                     lockp) == NULL) {
2565                                         --m->wire_count;
2566                                         atomic_subtract_int(&vm_cnt.v_wire_count,
2567                                             1);
2568                                         vm_page_free_zero(m);
2569                                         return (NULL);
2570                                 }
2571                         } else {
2572                                 /* Add reference to the pd page */
2573                                 pdpg = PHYS_TO_VM_PAGE(*pdp & PG_FRAME);
2574                                 pdpg->wire_count++;
2575                         }
2576                 }
2577                 pd = (pd_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(*pdp & PG_FRAME);
2578
2579                 /* Now we know where the page directory page is */
2580                 pd = &pd[ptepindex & ((1ul << NPDEPGSHIFT) - 1)];
2581                 *pd = VM_PAGE_TO_PHYS(m) | PG_U | PG_RW | PG_V | PG_A | PG_M;
2582         }
2583
2584         pmap_resident_count_inc(pmap, 1);
2585
2586         return (m);
2587 }
2588
2589 static vm_page_t
2590 pmap_allocpde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, struct rwlock **lockp)
2591 {
2592         vm_pindex_t pdpindex, ptepindex;
2593         pdp_entry_t *pdpe, PG_V;
2594         vm_page_t pdpg;
2595
2596         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
2597
2598 retry:
2599         pdpe = pmap_pdpe(pmap, va);
2600         if (pdpe != NULL && (*pdpe & PG_V) != 0) {
2601                 /* Add a reference to the pd page. */
2602                 pdpg = PHYS_TO_VM_PAGE(*pdpe & PG_FRAME);
2603                 pdpg->wire_count++;
2604         } else {
2605                 /* Allocate a pd page. */
2606                 ptepindex = pmap_pde_pindex(va);
2607                 pdpindex = ptepindex >> NPDPEPGSHIFT;
2608                 pdpg = _pmap_allocpte(pmap, NUPDE + pdpindex, lockp);
2609                 if (pdpg == NULL && lockp != NULL)
2610                         goto retry;
2611         }
2612         return (pdpg);
2613 }
2614
2615 static vm_page_t
2616 pmap_allocpte(pmap_t pmap, vm_offset_t va, struct rwlock **lockp)
2617 {
2618         vm_pindex_t ptepindex;
2619         pd_entry_t *pd, PG_V;
2620         vm_page_t m;
2621
2622         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
2623
2624         /*
2625          * Calculate pagetable page index
2626          */
2627         ptepindex = pmap_pde_pindex(va);
2628 retry:
2629         /*
2630          * Get the page directory entry
2631          */
2632         pd = pmap_pde(pmap, va);
2633
2634         /*
2635          * This supports switching from a 2MB page to a
2636          * normal 4K page.
2637          */
2638         if (pd != NULL && (*pd & (PG_PS | PG_V)) == (PG_PS | PG_V)) {
2639                 if (!pmap_demote_pde_locked(pmap, pd, va, lockp)) {
2640                         /*
2641                          * Invalidation of the 2MB page mapping may have caused
2642                          * the deallocation of the underlying PD page.
2643                          */
2644                         pd = NULL;
2645                 }
2646         }
2647
2648         /*
2649          * If the page table page is mapped, we just increment the
2650          * hold count, and activate it.
2651          */
2652         if (pd != NULL && (*pd & PG_V) != 0) {
2653                 m = PHYS_TO_VM_PAGE(*pd & PG_FRAME);
2654                 m->wire_count++;
2655         } else {
2656                 /*
2657                  * Here if the pte page isn't mapped, or if it has been
2658                  * deallocated.
2659                  */
2660                 m = _pmap_allocpte(pmap, ptepindex, lockp);
2661                 if (m == NULL && lockp != NULL)
2662                         goto retry;
2663         }
2664         return (m);
2665 }
2666
2667
2668 /***************************************************
2669  * Pmap allocation/deallocation routines.
2670  ***************************************************/
2671
2672 /*
2673  * Release any resources held by the given physical map.
2674  * Called when a pmap initialized by pmap_pinit is being released.
2675  * Should only be called if the map contains no valid mappings.
2676  */
2677 void
2678 pmap_release(pmap_t pmap)
2679 {
2680         vm_page_t m;
2681         int i;
2682
2683         KASSERT(pmap->pm_stats.resident_count == 0,
2684             ("pmap_release: pmap resident count %ld != 0",
2685             pmap->pm_stats.resident_count));
2686         KASSERT(vm_radix_is_empty(&pmap->pm_root),
2687             ("pmap_release: pmap has reserved page table page(s)"));
2688         KASSERT(CPU_EMPTY(&pmap->pm_active),
2689             ("releasing active pmap %p", pmap));
2690
2691         m = PHYS_TO_VM_PAGE(DMAP_TO_PHYS((vm_offset_t)pmap->pm_pml4));
2692
2693         for (i = 0; i < NKPML4E; i++)   /* KVA */
2694                 pmap->pm_pml4[KPML4BASE + i] = 0;
2695         for (i = 0; i < ndmpdpphys; i++)/* Direct Map */
2696                 pmap->pm_pml4[DMPML4I + i] = 0;
2697         pmap->pm_pml4[PML4PML4I] = 0;   /* Recursive Mapping */
2698
2699         m->wire_count--;
2700         atomic_subtract_int(&vm_cnt.v_wire_count, 1);
2701         vm_page_free_zero(m);
2702 }
2703 \f
2704 static int
2705 kvm_size(SYSCTL_HANDLER_ARGS)
2706 {
2707         unsigned long ksize = VM_MAX_KERNEL_ADDRESS - VM_MIN_KERNEL_ADDRESS;
2708
2709         return sysctl_handle_long(oidp, &ksize, 0, req);
2710 }
2711 SYSCTL_PROC(_vm, OID_AUTO, kvm_size, CTLTYPE_LONG|CTLFLAG_RD, 
2712     0, 0, kvm_size, "LU", "Size of KVM");
2713
2714 static int
2715 kvm_free(SYSCTL_HANDLER_ARGS)
2716 {
2717         unsigned long kfree = VM_MAX_KERNEL_ADDRESS - kernel_vm_end;
2718
2719         return sysctl_handle_long(oidp, &kfree, 0, req);
2720 }
2721 SYSCTL_PROC(_vm, OID_AUTO, kvm_free, CTLTYPE_LONG|CTLFLAG_RD, 
2722     0, 0, kvm_free, "LU", "Amount of KVM free");
2723
2724 /*
2725  * grow the number of kernel page table entries, if needed
2726  */
2727 void
2728 pmap_growkernel(vm_offset_t addr)
2729 {
2730         vm_paddr_t paddr;
2731         vm_page_t nkpg;
2732         pd_entry_t *pde, newpdir;
2733         pdp_entry_t *pdpe;
2734
2735         mtx_assert(&kernel_map->system_mtx, MA_OWNED);
2736
2737         /*
2738          * Return if "addr" is within the range of kernel page table pages
2739          * that were preallocated during pmap bootstrap.  Moreover, leave
2740          * "kernel_vm_end" and the kernel page table as they were.
2741          *
2742          * The correctness of this action is based on the following
2743          * argument: vm_map_insert() allocates contiguous ranges of the
2744          * kernel virtual address space.  It calls this function if a range
2745          * ends after "kernel_vm_end".  If the kernel is mapped between
2746          * "kernel_vm_end" and "addr", then the range cannot begin at
2747          * "kernel_vm_end".  In fact, its beginning address cannot be less
2748          * than the kernel.  Thus, there is no immediate need to allocate
2749          * any new kernel page table pages between "kernel_vm_end" and
2750          * "KERNBASE".
2751          */
2752         if (KERNBASE < addr && addr <= KERNBASE + nkpt * NBPDR)
2753                 return;
2754
2755         addr = roundup2(addr, NBPDR);
2756         if (addr - 1 >= kernel_map->max_offset)
2757                 addr = kernel_map->max_offset;
2758         while (kernel_vm_end < addr) {
2759                 pdpe = pmap_pdpe(kernel_pmap, kernel_vm_end);
2760                 if ((*pdpe & X86_PG_V) == 0) {
2761                         /* We need a new PDP entry */
2762                         nkpg = vm_page_alloc(NULL, kernel_vm_end >> PDPSHIFT,
2763                             VM_ALLOC_INTERRUPT | VM_ALLOC_NOOBJ |
2764                             VM_ALLOC_WIRED | VM_ALLOC_ZERO);
2765                         if (nkpg == NULL)
2766                                 panic("pmap_growkernel: no memory to grow kernel");
2767                         if ((nkpg->flags & PG_ZERO) == 0)
2768                                 pmap_zero_page(nkpg);
2769                         paddr = VM_PAGE_TO_PHYS(nkpg);
2770                         *pdpe = (pdp_entry_t)(paddr | X86_PG_V | X86_PG_RW |
2771                             X86_PG_A | X86_PG_M);
2772                         continue; /* try again */
2773                 }
2774                 pde = pmap_pdpe_to_pde(pdpe, kernel_vm_end);
2775                 if ((*pde & X86_PG_V) != 0) {
2776                         kernel_vm_end = (kernel_vm_end + NBPDR) & ~PDRMASK;
2777                         if (kernel_vm_end - 1 >= kernel_map->max_offset) {
2778                                 kernel_vm_end = kernel_map->max_offset;
2779                                 break;                       
2780                         }
2781                         continue;
2782                 }
2783
2784                 nkpg = vm_page_alloc(NULL, pmap_pde_pindex(kernel_vm_end),
2785                     VM_ALLOC_INTERRUPT | VM_ALLOC_NOOBJ | VM_ALLOC_WIRED |
2786                     VM_ALLOC_ZERO);
2787                 if (nkpg == NULL)
2788                         panic("pmap_growkernel: no memory to grow kernel");
2789                 if ((nkpg->flags & PG_ZERO) == 0)
2790                         pmap_zero_page(nkpg);
2791                 paddr = VM_PAGE_TO_PHYS(nkpg);
2792                 newpdir = paddr | X86_PG_V | X86_PG_RW | X86_PG_A | X86_PG_M;
2793                 pde_store(pde, newpdir);
2794
2795                 kernel_vm_end = (kernel_vm_end + NBPDR) & ~PDRMASK;
2796                 if (kernel_vm_end - 1 >= kernel_map->max_offset) {
2797                         kernel_vm_end = kernel_map->max_offset;
2798                         break;                       
2799                 }
2800         }
2801 }
2802
2803
2804 /***************************************************
2805  * page management routines.
2806  ***************************************************/
2807
2808 CTASSERT(sizeof(struct pv_chunk) == PAGE_SIZE);
2809 CTASSERT(_NPCM == 3);
2810 CTASSERT(_NPCPV == 168);
2811
2812 static __inline struct pv_chunk *
2813 pv_to_chunk(pv_entry_t pv)
2814 {
2815
2816         return ((struct pv_chunk *)((uintptr_t)pv & ~(uintptr_t)PAGE_MASK));
2817 }
2818
2819 #define PV_PMAP(pv) (pv_to_chunk(pv)->pc_pmap)
2820
2821 #define PC_FREE0        0xfffffffffffffffful
2822 #define PC_FREE1        0xfffffffffffffffful
2823 #define PC_FREE2        0x000000fffffffffful
2824
2825 static const uint64_t pc_freemask[_NPCM] = { PC_FREE0, PC_FREE1, PC_FREE2 };
2826
2827 #ifdef PV_STATS
2828 static int pc_chunk_count, pc_chunk_allocs, pc_chunk_frees, pc_chunk_tryfail;
2829
2830 SYSCTL_INT(_vm_pmap, OID_AUTO, pc_chunk_count, CTLFLAG_RD, &pc_chunk_count, 0,
2831         "Current number of pv entry chunks");
2832 SYSCTL_INT(_vm_pmap, OID_AUTO, pc_chunk_allocs, CTLFLAG_RD, &pc_chunk_allocs, 0,
2833         "Current number of pv entry chunks allocated");
2834 SYSCTL_INT(_vm_pmap, OID_AUTO, pc_chunk_frees, CTLFLAG_RD, &pc_chunk_frees, 0,
2835         "Current number of pv entry chunks frees");
2836 SYSCTL_INT(_vm_pmap, OID_AUTO, pc_chunk_tryfail, CTLFLAG_RD, &pc_chunk_tryfail, 0,
2837         "Number of times tried to get a chunk page but failed.");
2838
2839 static long pv_entry_frees, pv_entry_allocs, pv_entry_count;
2840 static int pv_entry_spare;
2841
2842 SYSCTL_LONG(_vm_pmap, OID_AUTO, pv_entry_frees, CTLFLAG_RD, &pv_entry_frees, 0,
2843         "Current number of pv entry frees");
2844 SYSCTL_LONG(_vm_pmap, OID_AUTO, pv_entry_allocs, CTLFLAG_RD, &pv_entry_allocs, 0,
2845         "Current number of pv entry allocs");
2846 SYSCTL_LONG(_vm_pmap, OID_AUTO, pv_entry_count, CTLFLAG_RD, &pv_entry_count, 0,
2847         "Current number of pv entries");
2848 SYSCTL_INT(_vm_pmap, OID_AUTO, pv_entry_spare, CTLFLAG_RD, &pv_entry_spare, 0,
2849         "Current number of spare pv entries");
2850 #endif
2851
2852 /*
2853  * We are in a serious low memory condition.  Resort to
2854  * drastic measures to free some pages so we can allocate
2855  * another pv entry chunk.
2856  *
2857  * Returns NULL if PV entries were reclaimed from the specified pmap.
2858  *
2859  * We do not, however, unmap 2mpages because subsequent accesses will
2860  * allocate per-page pv entries until repromotion occurs, thereby
2861  * exacerbating the shortage of free pv entries.
2862  */
2863 static vm_page_t
2864 reclaim_pv_chunk(pmap_t locked_pmap, struct rwlock **lockp)
2865 {
2866         struct pch new_tail;
2867         struct pv_chunk *pc;
2868         struct md_page *pvh;
2869         pd_entry_t *pde;
2870         pmap_t pmap;
2871         pt_entry_t *pte, tpte;
2872         pt_entry_t PG_G, PG_A, PG_M, PG_RW;
2873         pv_entry_t pv;
2874         vm_offset_t va;
2875         vm_page_t m, m_pc;
2876         struct spglist free;
2877         uint64_t inuse;
2878         int bit, field, freed;
2879
2880         PMAP_LOCK_ASSERT(locked_pmap, MA_OWNED);
2881         KASSERT(lockp != NULL, ("reclaim_pv_chunk: lockp is NULL"));
2882         pmap = NULL;
2883         m_pc = NULL;
2884         PG_G = PG_A = PG_M = PG_RW = 0;
2885         SLIST_INIT(&free);
2886         TAILQ_INIT(&new_tail);
2887         pmap_delayed_invl_started();
2888         mtx_lock(&pv_chunks_mutex);
2889         while ((pc = TAILQ_FIRST(&pv_chunks)) != NULL && SLIST_EMPTY(&free)) {
2890                 TAILQ_REMOVE(&pv_chunks, pc, pc_lru);
2891                 mtx_unlock(&pv_chunks_mutex);
2892                 if (pmap != pc->pc_pmap) {
2893                         if (pmap != NULL) {
2894                                 pmap_invalidate_all(pmap);
2895                                 if (pmap != locked_pmap)
2896                                         PMAP_UNLOCK(pmap);
2897                         }
2898                         pmap_delayed_invl_finished();
2899                         pmap_delayed_invl_started();
2900                         pmap = pc->pc_pmap;
2901                         /* Avoid deadlock and lock recursion. */
2902                         if (pmap > locked_pmap) {
2903                                 RELEASE_PV_LIST_LOCK(lockp);
2904                                 PMAP_LOCK(pmap);
2905                         } else if (pmap != locked_pmap &&
2906                             !PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
2907                                 pmap = NULL;
2908                                 TAILQ_INSERT_TAIL(&new_tail, pc, pc_lru);
2909                                 mtx_lock(&pv_chunks_mutex);
2910                                 continue;
2911                         }
2912                         PG_G = pmap_global_bit(pmap);
2913                         PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
2914                         PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
2915                         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
2916                 }
2917
2918                 /*
2919                  * Destroy every non-wired, 4 KB page mapping in the chunk.
2920                  */
2921                 freed = 0;
2922                 for (field = 0; field < _NPCM; field++) {
2923                         for (inuse = ~pc->pc_map[field] & pc_freemask[field];
2924                             inuse != 0; inuse &= ~(1UL << bit)) {
2925                                 bit = bsfq(inuse);
2926                                 pv = &pc->pc_pventry[field * 64 + bit];
2927                                 va = pv->pv_va;
2928                                 pde = pmap_pde(pmap, va);
2929                                 if ((*pde & PG_PS) != 0)
2930                                         continue;
2931                                 pte = pmap_pde_to_pte(pde, va);
2932                                 if ((*pte & PG_W) != 0)
2933                                         continue;
2934                                 tpte = pte_load_clear(pte);
2935                                 if ((tpte & PG_G) != 0)
2936                                         pmap_invalidate_page(pmap, va);
2937                                 m = PHYS_TO_VM_PAGE(tpte & PG_FRAME);
2938                                 if ((tpte & (PG_M | PG_RW)) == (PG_M | PG_RW))
2939                                         vm_page_dirty(m);
2940                                 if ((tpte & PG_A) != 0)
2941                                         vm_page_aflag_set(m, PGA_REFERENCED);
2942                                 CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_VM_PAGE(lockp, m);
2943                                 TAILQ_REMOVE(&m->md.pv_list, pv, pv_next);
2944                                 m->md.pv_gen++;
2945                                 if (TAILQ_EMPTY(&m->md.pv_list) &&
2946                                     (m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0) {
2947                                         pvh = pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
2948                                         if (TAILQ_EMPTY(&pvh->pv_list)) {
2949                                                 vm_page_aflag_clear(m,
2950                                                     PGA_WRITEABLE);
2951                                         }
2952                                 }
2953                                 pmap_delayed_invl_page(m);
2954                                 pc->pc_map[field] |= 1UL << bit;
2955                                 pmap_unuse_pt(pmap, va, *pde, &free);
2956                                 freed++;
2957                         }
2958                 }
2959                 if (freed == 0) {
2960                         TAILQ_INSERT_TAIL(&new_tail, pc, pc_lru);
2961                         mtx_lock(&pv_chunks_mutex);
2962                         continue;
2963                 }
2964                 /* Every freed mapping is for a 4 KB page. */
2965                 pmap_resident_count_dec(pmap, freed);
2966                 PV_STAT(atomic_add_long(&pv_entry_frees, freed));
2967                 PV_STAT(atomic_add_int(&pv_entry_spare, freed));
2968                 PV_STAT(atomic_subtract_long(&pv_entry_count, freed));
2969                 TAILQ_REMOVE(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
2970                 if (pc->pc_map[0] == PC_FREE0 && pc->pc_map[1] == PC_FREE1 &&
2971                     pc->pc_map[2] == PC_FREE2) {
2972                         PV_STAT(atomic_subtract_int(&pv_entry_spare, _NPCPV));
2973                         PV_STAT(atomic_subtract_int(&pc_chunk_count, 1));
2974                         PV_STAT(atomic_add_int(&pc_chunk_frees, 1));
2975                         /* Entire chunk is free; return it. */
2976                         m_pc = PHYS_TO_VM_PAGE(DMAP_TO_PHYS((vm_offset_t)pc));
2977                         dump_drop_page(m_pc->phys_addr);
2978                         mtx_lock(&pv_chunks_mutex);
2979                         break;
2980                 }
2981                 TAILQ_INSERT_HEAD(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
2982                 TAILQ_INSERT_TAIL(&new_tail, pc, pc_lru);
2983                 mtx_lock(&pv_chunks_mutex);
2984                 /* One freed pv entry in locked_pmap is sufficient. */
2985                 if (pmap == locked_pmap)
2986                         break;
2987         }
2988         TAILQ_CONCAT(&pv_chunks, &new_tail, pc_lru);
2989         mtx_unlock(&pv_chunks_mutex);
2990         if (pmap != NULL) {
2991                 pmap_invalidate_all(pmap);
2992                 if (pmap != locked_pmap)
2993                         PMAP_UNLOCK(pmap);
2994         }
2995         pmap_delayed_invl_finished();
2996         if (m_pc == NULL && !SLIST_EMPTY(&free)) {
2997                 m_pc = SLIST_FIRST(&free);
2998                 SLIST_REMOVE_HEAD(&free, plinks.s.ss);
2999                 /* Recycle a freed page table page. */
3000                 m_pc->wire_count = 1;
3001                 atomic_add_int(&vm_cnt.v_wire_count, 1);
3002         }
3003         pmap_free_zero_pages(&free);
3004         return (m_pc);
3005 }
3006
3007 /*
3008  * free the pv_entry back to the free list
3009  */
3010 static void
3011 free_pv_entry(pmap_t pmap, pv_entry_t pv)
3012 {
3013         struct pv_chunk *pc;
3014         int idx, field, bit;
3015
3016         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
3017         PV_STAT(atomic_add_long(&pv_entry_frees, 1));
3018         PV_STAT(atomic_add_int(&pv_entry_spare, 1));
3019         PV_STAT(atomic_subtract_long(&pv_entry_count, 1));
3020         pc = pv_to_chunk(pv);
3021         idx = pv - &pc->pc_pventry[0];
3022         field = idx / 64;
3023         bit = idx % 64;
3024         pc->pc_map[field] |= 1ul << bit;
3025         if (pc->pc_map[0] != PC_FREE0 || pc->pc_map[1] != PC_FREE1 ||
3026             pc->pc_map[2] != PC_FREE2) {
3027                 /* 98% of the time, pc is already at the head of the list. */
3028                 if (__predict_false(pc != TAILQ_FIRST(&pmap->pm_pvchunk))) {
3029                         TAILQ_REMOVE(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
3030                         TAILQ_INSERT_HEAD(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
3031                 }
3032                 return;
3033         }
3034         TAILQ_REMOVE(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
3035         free_pv_chunk(pc);
3036 }
3037
3038 static void
3039 free_pv_chunk(struct pv_chunk *pc)
3040 {
3041         vm_page_t m;
3042
3043         mtx_lock(&pv_chunks_mutex);
3044         TAILQ_REMOVE(&pv_chunks, pc, pc_lru);
3045         mtx_unlock(&pv_chunks_mutex);
3046         PV_STAT(atomic_subtract_int(&pv_entry_spare, _NPCPV));
3047         PV_STAT(atomic_subtract_int(&pc_chunk_count, 1));
3048         PV_STAT(atomic_add_int(&pc_chunk_frees, 1));
3049         /* entire chunk is free, return it */
3050         m = PHYS_TO_VM_PAGE(DMAP_TO_PHYS((vm_offset_t)pc));
3051         dump_drop_page(m->phys_addr);
3052         vm_page_unwire(m, PQ_NONE);
3053         vm_page_free(m);
3054 }
3055
3056 /*
3057  * Returns a new PV entry, allocating a new PV chunk from the system when
3058  * needed.  If this PV chunk allocation fails and a PV list lock pointer was
3059  * given, a PV chunk is reclaimed from an arbitrary pmap.  Otherwise, NULL is
3060  * returned.
3061  *
3062  * The given PV list lock may be released.
3063  */
3064 static pv_entry_t
3065 get_pv_entry(pmap_t pmap, struct rwlock **lockp)
3066 {
3067         int bit, field;
3068         pv_entry_t pv;
3069         struct pv_chunk *pc;
3070         vm_page_t m;
3071
3072         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
3073         PV_STAT(atomic_add_long(&pv_entry_allocs, 1));
3074 retry:
3075         pc = TAILQ_FIRST(&pmap->pm_pvchunk);
3076         if (pc != NULL) {
3077                 for (field = 0; field < _NPCM; field++) {
3078                         if (pc->pc_map[field]) {
3079                                 bit = bsfq(pc->pc_map[field]);
3080                                 break;
3081                         }
3082                 }
3083                 if (field < _NPCM) {
3084                         pv = &pc->pc_pventry[field * 64 + bit];
3085                         pc->pc_map[field] &= ~(1ul << bit);
3086                         /* If this was the last item, move it to tail */
3087                         if (pc->pc_map[0] == 0 && pc->pc_map[1] == 0 &&
3088                             pc->pc_map[2] == 0) {
3089                                 TAILQ_REMOVE(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
3090                                 TAILQ_INSERT_TAIL(&pmap->pm_pvchunk, pc,
3091                                     pc_list);
3092                         }
3093                         PV_STAT(atomic_add_long(&pv_entry_count, 1));
3094                         PV_STAT(atomic_subtract_int(&pv_entry_spare, 1));
3095                         return (pv);
3096                 }
3097         }
3098         /* No free items, allocate another chunk */
3099         m = vm_page_alloc(NULL, 0, VM_ALLOC_NORMAL | VM_ALLOC_NOOBJ |
3100             VM_ALLOC_WIRED);
3101         if (m == NULL) {
3102                 if (lockp == NULL) {
3103                         PV_STAT(pc_chunk_tryfail++);
3104                         return (NULL);
3105                 }
3106                 m = reclaim_pv_chunk(pmap, lockp);
3107                 if (m == NULL)
3108                         goto retry;
3109         }
3110         PV_STAT(atomic_add_int(&pc_chunk_count, 1));
3111         PV_STAT(atomic_add_int(&pc_chunk_allocs, 1));
3112         dump_add_page(m->phys_addr);
3113         pc = (void *)PHYS_TO_DMAP(m->phys_addr);
3114         pc->pc_pmap = pmap;
3115         pc->pc_map[0] = PC_FREE0 & ~1ul;        /* preallocated bit 0 */
3116         pc->pc_map[1] = PC_FREE1;
3117         pc->pc_map[2] = PC_FREE2;
3118         mtx_lock(&pv_chunks_mutex);
3119         TAILQ_INSERT_TAIL(&pv_chunks, pc, pc_lru);
3120         mtx_unlock(&pv_chunks_mutex);
3121         pv = &pc->pc_pventry[0];
3122         TAILQ_INSERT_HEAD(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
3123         PV_STAT(atomic_add_long(&pv_entry_count, 1));
3124         PV_STAT(atomic_add_int(&pv_entry_spare, _NPCPV - 1));
3125         return (pv);
3126 }
3127
3128 /*
3129  * Returns the number of one bits within the given PV chunk map element.
3130  *
3131  * The erratas for Intel processors state that "POPCNT Instruction May
3132  * Take Longer to Execute Than Expected".  It is believed that the
3133  * issue is the spurious dependency on the destination register.
3134  * Provide a hint to the register rename logic that the destination
3135  * value is overwritten, by clearing it, as suggested in the
3136  * optimization manual.  It should be cheap for unaffected processors
3137  * as well.
3138  *
3139  * Reference numbers for erratas are
3140  * 4th Gen Core: HSD146
3141  * 5th Gen Core: BDM85
3142  */
3143 static int
3144 popcnt_pc_map_elem_pq(uint64_t elem)
3145 {
3146         u_long result;
3147
3148         __asm __volatile("xorl %k0,%k0;popcntq %1,%0"
3149             : "=&r" (result) : "rm" (elem));
3150         return (result);
3151 }
3152
3153 /*
3154  * Ensure that the number of spare PV entries in the specified pmap meets or
3155  * exceeds the given count, "needed".
3156  *
3157  * The given PV list lock may be released.
3158  */
3159 static void
3160 reserve_pv_entries(pmap_t pmap, int needed, struct rwlock **lockp)
3161 {
3162         struct pch new_tail;
3163         struct pv_chunk *pc;
3164         int avail, free;
3165         vm_page_t m;
3166
3167         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
3168         KASSERT(lockp != NULL, ("reserve_pv_entries: lockp is NULL"));
3169
3170         /*
3171          * Newly allocated PV chunks must be stored in a private list until
3172          * the required number of PV chunks have been allocated.  Otherwise,
3173          * reclaim_pv_chunk() could recycle one of these chunks.  In
3174          * contrast, these chunks must be added to the pmap upon allocation.
3175          */
3176         TAILQ_INIT(&new_tail);
3177 retry:
3178         avail = 0;
3179         TAILQ_FOREACH(pc, &pmap->pm_pvchunk, pc_list) {
3180 #ifndef __POPCNT__
3181                 if ((cpu_feature2 & CPUID2_POPCNT) == 0) {
3182                         free = bitcount64(pc->pc_map[0]);
3183                         free += bitcount64(pc->pc_map[1]);
3184                         free += bitcount64(pc->pc_map[2]);
3185                 } else
3186 #endif
3187                 {
3188                         free = popcnt_pc_map_elem_pq(pc->pc_map[0]);
3189                         free += popcnt_pc_map_elem_pq(pc->pc_map[1]);
3190                         free += popcnt_pc_map_elem_pq(pc->pc_map[2]);
3191                 }
3192                 if (free == 0)
3193                         break;
3194                 avail += free;
3195                 if (avail >= needed)
3196                         break;
3197         }
3198         for (; avail < needed; avail += _NPCPV) {
3199                 m = vm_page_alloc(NULL, 0, VM_ALLOC_NORMAL | VM_ALLOC_NOOBJ |
3200                     VM_ALLOC_WIRED);
3201                 if (m == NULL) {
3202                         m = reclaim_pv_chunk(pmap, lockp);
3203                         if (m == NULL)
3204                                 goto retry;
3205                 }
3206                 PV_STAT(atomic_add_int(&pc_chunk_count, 1));
3207                 PV_STAT(atomic_add_int(&pc_chunk_allocs, 1));
3208                 dump_add_page(m->phys_addr);
3209                 pc = (void *)PHYS_TO_DMAP(m->phys_addr);
3210                 pc->pc_pmap = pmap;
3211                 pc->pc_map[0] = PC_FREE0;
3212                 pc->pc_map[1] = PC_FREE1;
3213                 pc->pc_map[2] = PC_FREE2;
3214                 TAILQ_INSERT_HEAD(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
3215                 TAILQ_INSERT_TAIL(&new_tail, pc, pc_lru);
3216                 PV_STAT(atomic_add_int(&pv_entry_spare, _NPCPV));
3217         }
3218         if (!TAILQ_EMPTY(&new_tail)) {
3219                 mtx_lock(&pv_chunks_mutex);
3220                 TAILQ_CONCAT(&pv_chunks, &new_tail, pc_lru);
3221                 mtx_unlock(&pv_chunks_mutex);
3222         }
3223 }
3224
3225 /*
3226  * First find and then remove the pv entry for the specified pmap and virtual
3227  * address from the specified pv list.  Returns the pv entry if found and NULL
3228  * otherwise.  This operation can be performed on pv lists for either 4KB or
3229  * 2MB page mappings.
3230  */
3231 static __inline pv_entry_t
3232 pmap_pvh_remove(struct md_page *pvh, pmap_t pmap, vm_offset_t va)
3233 {
3234         pv_entry_t pv;
3235
3236         TAILQ_FOREACH(pv, &pvh->pv_list, pv_next) {
3237                 if (pmap == PV_PMAP(pv) && va == pv->pv_va) {
3238                         TAILQ_REMOVE(&pvh->pv_list, pv, pv_next);
3239                         pvh->pv_gen++;
3240                         break;
3241                 }
3242         }
3243         return (pv);
3244 }
3245
3246 /*
3247  * After demotion from a 2MB page mapping to 512 4KB page mappings,
3248  * destroy the pv entry for the 2MB page mapping and reinstantiate the pv
3249  * entries for each of the 4KB page mappings.
3250  */
3251 static void
3252 pmap_pv_demote_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_paddr_t pa,
3253     struct rwlock **lockp)
3254 {
3255         struct md_page *pvh;
3256         struct pv_chunk *pc;
3257         pv_entry_t pv;
3258         vm_offset_t va_last;
3259         vm_page_t m;
3260         int bit, field;
3261
3262         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
3263         KASSERT((pa & PDRMASK) == 0,
3264             ("pmap_pv_demote_pde: pa is not 2mpage aligned"));
3265         CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_PHYS(lockp, pa);
3266
3267         /*
3268          * Transfer the 2mpage's pv entry for this mapping to the first
3269          * page's pv list.  Once this transfer begins, the pv list lock
3270          * must not be released until the last pv entry is reinstantiated.
3271          */
3272         pvh = pa_to_pvh(pa);
3273         va = trunc_2mpage(va);
3274         pv = pmap_pvh_remove(pvh, pmap, va);
3275         KASSERT(pv != NULL, ("pmap_pv_demote_pde: pv not found"));
3276         m = PHYS_TO_VM_PAGE(pa);
3277         TAILQ_INSERT_TAIL(&m->md.pv_list, pv, pv_next);
3278         m->md.pv_gen++;
3279         /* Instantiate the remaining NPTEPG - 1 pv entries. */
3280         PV_STAT(atomic_add_long(&pv_entry_allocs, NPTEPG - 1));
3281         va_last = va + NBPDR - PAGE_SIZE;
3282         for (;;) {
3283                 pc = TAILQ_FIRST(&pmap->pm_pvchunk);
3284                 KASSERT(pc->pc_map[0] != 0 || pc->pc_map[1] != 0 ||
3285                     pc->pc_map[2] != 0, ("pmap_pv_demote_pde: missing spare"));
3286                 for (field = 0; field < _NPCM; field++) {
3287                         while (pc->pc_map[field]) {
3288                                 bit = bsfq(pc->pc_map[field]);
3289                                 pc->pc_map[field] &= ~(1ul << bit);
3290                                 pv = &pc->pc_pventry[field * 64 + bit];
3291                                 va += PAGE_SIZE;
3292                                 pv->pv_va = va;
3293                                 m++;
3294                                 KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
3295                             ("pmap_pv_demote_pde: page %p is not managed", m));
3296                                 TAILQ_INSERT_TAIL(&m->md.pv_list, pv, pv_next);
3297                                 m->md.pv_gen++;
3298                                 if (va == va_last)
3299                                         goto out;
3300                         }
3301                 }
3302                 TAILQ_REMOVE(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
3303                 TAILQ_INSERT_TAIL(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
3304         }
3305 out:
3306         if (pc->pc_map[0] == 0 && pc->pc_map[1] == 0 && pc->pc_map[2] == 0) {
3307                 TAILQ_REMOVE(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
3308                 TAILQ_INSERT_TAIL(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
3309         }
3310         PV_STAT(atomic_add_long(&pv_entry_count, NPTEPG - 1));
3311         PV_STAT(atomic_subtract_int(&pv_entry_spare, NPTEPG - 1));
3312 }
3313
3314 /*
3315  * After promotion from 512 4KB page mappings to a single 2MB page mapping,
3316  * replace the many pv entries for the 4KB page mappings by a single pv entry
3317  * for the 2MB page mapping.
3318  */
3319 static void
3320 pmap_pv_promote_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_paddr_t pa,
3321     struct rwlock **lockp)
3322 {
3323         struct md_page *pvh;
3324         pv_entry_t pv;
3325         vm_offset_t va_last;
3326         vm_page_t m;
3327
3328         KASSERT((pa & PDRMASK) == 0,
3329             ("pmap_pv_promote_pde: pa is not 2mpage aligned"));
3330         CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_PHYS(lockp, pa);
3331
3332         /*
3333          * Transfer the first page's pv entry for this mapping to the 2mpage's
3334          * pv list.  Aside from avoiding the cost of a call to get_pv_entry(),
3335          * a transfer avoids the possibility that get_pv_entry() calls
3336          * reclaim_pv_chunk() and that reclaim_pv_chunk() removes one of the
3337          * mappings that is being promoted.
3338          */
3339         m = PHYS_TO_VM_PAGE(pa);
3340         va = trunc_2mpage(va);
3341         pv = pmap_pvh_remove(&m->md, pmap, va);
3342         KASSERT(pv != NULL, ("pmap_pv_promote_pde: pv not found"));
3343         pvh = pa_to_pvh(pa);
3344         TAILQ_INSERT_TAIL(&pvh->pv_list, pv, pv_next);
3345         pvh->pv_gen++;
3346         /* Free the remaining NPTEPG - 1 pv entries. */
3347         va_last = va + NBPDR - PAGE_SIZE;
3348         do {
3349                 m++;
3350                 va += PAGE_SIZE;
3351                 pmap_pvh_free(&m->md, pmap, va);
3352         } while (va < va_last);
3353 }
3354
3355 /*
3356  * First find and then destroy the pv entry for the specified pmap and virtual
3357  * address.  This operation can be performed on pv lists for either 4KB or 2MB
3358  * page mappings.
3359  */
3360 static void
3361 pmap_pvh_free(struct md_page *pvh, pmap_t pmap, vm_offset_t va)
3362 {
3363         pv_entry_t pv;
3364
3365         pv = pmap_pvh_remove(pvh, pmap, va);
3366         KASSERT(pv != NULL, ("pmap_pvh_free: pv not found"));
3367         free_pv_entry(pmap, pv);
3368 }
3369
3370 /*
3371  * Conditionally create the PV entry for a 4KB page mapping if the required
3372  * memory can be allocated without resorting to reclamation.
3373  */
3374 static boolean_t
3375 pmap_try_insert_pv_entry(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m,
3376     struct rwlock **lockp)
3377 {
3378         pv_entry_t pv;
3379
3380         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
3381         /* Pass NULL instead of the lock pointer to disable reclamation. */
3382         if ((pv = get_pv_entry(pmap, NULL)) != NULL) {
3383                 pv->pv_va = va;
3384                 CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_VM_PAGE(lockp, m);
3385                 TAILQ_INSERT_TAIL(&m->md.pv_list, pv, pv_next);
3386                 m->md.pv_gen++;
3387                 return (TRUE);
3388         } else
3389                 return (FALSE);
3390 }
3391
3392 /*
3393  * Conditionally create the PV entry for a 2MB page mapping if the required
3394  * memory can be allocated without resorting to reclamation.
3395  */
3396 static boolean_t
3397 pmap_pv_insert_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_paddr_t pa,
3398     struct rwlock **lockp)
3399 {
3400         struct md_page *pvh;
3401         pv_entry_t pv;
3402
3403         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
3404         /* Pass NULL instead of the lock pointer to disable reclamation. */
3405         if ((pv = get_pv_entry(pmap, NULL)) != NULL) {
3406                 pv->pv_va = va;
3407                 CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_PHYS(lockp, pa);
3408                 pvh = pa_to_pvh(pa);
3409                 TAILQ_INSERT_TAIL(&pvh->pv_list, pv, pv_next);
3410                 pvh->pv_gen++;
3411                 return (TRUE);
3412         } else
3413                 return (FALSE);
3414 }
3415
3416 /*
3417  * Fills a page table page with mappings to consecutive physical pages.
3418  */
3419 static void
3420 pmap_fill_ptp(pt_entry_t *firstpte, pt_entry_t newpte)
3421 {
3422         pt_entry_t *pte;
3423
3424         for (pte = firstpte; pte < firstpte + NPTEPG; pte++) {
3425                 *pte = newpte;
3426                 newpte += PAGE_SIZE;
3427         }
3428 }
3429
3430 /*
3431  * Tries to demote a 2MB page mapping.  If demotion fails, the 2MB page
3432  * mapping is invalidated.
3433  */
3434 static boolean_t
3435 pmap_demote_pde(pmap_t pmap, pd_entry_t *pde, vm_offset_t va)
3436 {
3437         struct rwlock *lock;
3438         boolean_t rv;
3439
3440         lock = NULL;
3441         rv = pmap_demote_pde_locked(pmap, pde, va, &lock);
3442         if (lock != NULL)
3443                 rw_wunlock(lock);
3444         return (rv);
3445 }
3446
3447 static boolean_t
3448 pmap_demote_pde_locked(pmap_t pmap, pd_entry_t *pde, vm_offset_t va,
3449     struct rwlock **lockp)
3450 {
3451         pd_entry_t newpde, oldpde;
3452         pt_entry_t *firstpte, newpte;
3453         pt_entry_t PG_A, PG_G, PG_M, PG_RW, PG_V;
3454         vm_paddr_t mptepa;
3455         vm_page_t mpte;
3456         struct spglist free;
3457         int PG_PTE_CACHE;
3458
3459         PG_G = pmap_global_bit(pmap);
3460         PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
3461         PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
3462         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
3463         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
3464         PG_PTE_CACHE = pmap_cache_mask(pmap, 0);
3465
3466         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
3467         oldpde = *pde;
3468         KASSERT((oldpde & (PG_PS | PG_V)) == (PG_PS | PG_V),
3469             ("pmap_demote_pde: oldpde is missing PG_PS and/or PG_V"));
3470         if ((oldpde & PG_A) != 0 && (mpte = pmap_lookup_pt_page(pmap, va)) !=
3471             NULL)
3472                 pmap_remove_pt_page(pmap, mpte);
3473         else {
3474                 KASSERT((oldpde & PG_W) == 0,
3475                     ("pmap_demote_pde: page table page for a wired mapping"
3476                     " is missing"));
3477
3478                 /*
3479                  * Invalidate the 2MB page mapping and return "failure" if the
3480                  * mapping was never accessed or the allocation of the new
3481                  * page table page fails.  If the 2MB page mapping belongs to
3482                  * the direct map region of the kernel's address space, then
3483                  * the page allocation request specifies the highest possible
3484                  * priority (VM_ALLOC_INTERRUPT).  Otherwise, the priority is
3485                  * normal.  Page table pages are preallocated for every other
3486                  * part of the kernel address space, so the direct map region
3487                  * is the only part of the kernel address space that must be
3488                  * handled here.
3489                  */
3490                 if ((oldpde & PG_A) == 0 || (mpte = vm_page_alloc(NULL,
3491                     pmap_pde_pindex(va), (va >= DMAP_MIN_ADDRESS && va <
3492                     DMAP_MAX_ADDRESS ? VM_ALLOC_INTERRUPT : VM_ALLOC_NORMAL) |
3493                     VM_ALLOC_NOOBJ | VM_ALLOC_WIRED)) == NULL) {
3494                         SLIST_INIT(&free);
3495                         pmap_remove_pde(pmap, pde, trunc_2mpage(va), &free,
3496                             lockp);
3497                         pmap_invalidate_page(pmap, trunc_2mpage(va));
3498                         pmap_free_zero_pages(&free);
3499                         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_demote_pde: failure for va %#lx"
3500                             " in pmap %p", va, pmap);
3501                         return (FALSE);
3502                 }
3503                 if (va < VM_MAXUSER_ADDRESS)
3504                         pmap_resident_count_inc(pmap, 1);
3505         }
3506         mptepa = VM_PAGE_TO_PHYS(mpte);
3507         firstpte = (pt_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(mptepa);
3508         newpde = mptepa | PG_M | PG_A | (oldpde & PG_U) | PG_RW | PG_V;
3509         KASSERT((oldpde & PG_A) != 0,
3510             ("pmap_demote_pde: oldpde is missing PG_A"));
3511         KASSERT((oldpde & (PG_M | PG_RW)) != PG_RW,
3512             ("pmap_demote_pde: oldpde is missing PG_M"));
3513         newpte = oldpde & ~PG_PS;
3514         newpte = pmap_swap_pat(pmap, newpte);
3515
3516         /*
3517          * If the page table page is new, initialize it.
3518          */
3519         if (mpte->wire_count == 1) {
3520                 mpte->wire_count = NPTEPG;
3521                 pmap_fill_ptp(firstpte, newpte);
3522         }
3523         KASSERT((*firstpte & PG_FRAME) == (newpte & PG_FRAME),
3524             ("pmap_demote_pde: firstpte and newpte map different physical"
3525             " addresses"));
3526
3527         /*
3528          * If the mapping has changed attributes, update the page table
3529          * entries.
3530          */
3531         if ((*firstpte & PG_PTE_PROMOTE) != (newpte & PG_PTE_PROMOTE))
3532                 pmap_fill_ptp(firstpte, newpte);
3533
3534         /*
3535          * The spare PV entries must be reserved prior to demoting the
3536          * mapping, that is, prior to changing the PDE.  Otherwise, the state
3537          * of the PDE and the PV lists will be inconsistent, which can result
3538          * in reclaim_pv_chunk() attempting to remove a PV entry from the
3539          * wrong PV list and pmap_pv_demote_pde() failing to find the expected
3540          * PV entry for the 2MB page mapping that is being demoted.
3541          */
3542         if ((oldpde & PG_MANAGED) != 0)
3543                 reserve_pv_entries(pmap, NPTEPG - 1, lockp);
3544
3545         /*
3546          * Demote the mapping.  This pmap is locked.  The old PDE has
3547          * PG_A set.  If the old PDE has PG_RW set, it also has PG_M
3548          * set.  Thus, there is no danger of a race with another
3549          * processor changing the setting of PG_A and/or PG_M between
3550          * the read above and the store below. 
3551          */
3552         if (workaround_erratum383)
3553                 pmap_update_pde(pmap, va, pde, newpde);
3554         else
3555                 pde_store(pde, newpde);
3556
3557         /*
3558          * Invalidate a stale recursive mapping of the page table page.
3559          */
3560         if (va >= VM_MAXUSER_ADDRESS)
3561                 pmap_invalidate_page(pmap, (vm_offset_t)vtopte(va));
3562
3563         /*
3564          * Demote the PV entry.
3565          */
3566         if ((oldpde & PG_MANAGED) != 0)
3567                 pmap_pv_demote_pde(pmap, va, oldpde & PG_PS_FRAME, lockp);
3568
3569         atomic_add_long(&pmap_pde_demotions, 1);
3570         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_demote_pde: success for va %#lx"
3571             " in pmap %p", va, pmap);
3572         return (TRUE);
3573 }
3574
3575 /*
3576  * pmap_remove_kernel_pde: Remove a kernel superpage mapping.
3577  */
3578 static void
3579 pmap_remove_kernel_pde(pmap_t pmap, pd_entry_t *pde, vm_offset_t va)
3580 {
3581         pd_entry_t newpde;
3582         vm_paddr_t mptepa;
3583         vm_page_t mpte;
3584
3585         KASSERT(pmap == kernel_pmap, ("pmap %p is not kernel_pmap", pmap));
3586         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
3587         mpte = pmap_lookup_pt_page(pmap, va);
3588         if (mpte == NULL)
3589                 panic("pmap_remove_kernel_pde: Missing pt page.");
3590
3591         pmap_remove_pt_page(pmap, mpte);
3592         mptepa = VM_PAGE_TO_PHYS(mpte);
3593         newpde = mptepa | X86_PG_M | X86_PG_A | X86_PG_RW | X86_PG_V;
3594
3595         /*
3596          * Initialize the page table page.
3597          */
3598         pagezero((void *)PHYS_TO_DMAP(mptepa));
3599
3600         /*
3601          * Demote the mapping.
3602          */
3603         if (workaround_erratum383)
3604                 pmap_update_pde(pmap, va, pde, newpde);
3605         else
3606                 pde_store(pde, newpde);
3607
3608         /*
3609          * Invalidate a stale recursive mapping of the page table page.
3610          */
3611         pmap_invalidate_page(pmap, (vm_offset_t)vtopte(va));
3612 }
3613
3614 /*
3615  * pmap_remove_pde: do the things to unmap a superpage in a process
3616  */
3617 static int
3618 pmap_remove_pde(pmap_t pmap, pd_entry_t *pdq, vm_offset_t sva,
3619     struct spglist *free, struct rwlock **lockp)
3620 {
3621         struct md_page *pvh;
3622         pd_entry_t oldpde;
3623         vm_offset_t eva, va;
3624         vm_page_t m, mpte;
3625         pt_entry_t PG_G, PG_A, PG_M, PG_RW;
3626
3627         PG_G = pmap_global_bit(pmap);
3628         PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
3629         PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
3630         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
3631
3632         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
3633         KASSERT((sva & PDRMASK) == 0,
3634             ("pmap_remove_pde: sva is not 2mpage aligned"));
3635         oldpde = pte_load_clear(pdq);
3636         if (oldpde & PG_W)
3637                 pmap->pm_stats.wired_count -= NBPDR / PAGE_SIZE;
3638
3639         /*
3640          * Machines that don't support invlpg, also don't support
3641          * PG_G.
3642          */
3643         if (oldpde & PG_G)
3644                 pmap_invalidate_page(kernel_pmap, sva);
3645         pmap_resident_count_dec(pmap, NBPDR / PAGE_SIZE);
3646         if (oldpde & PG_MANAGED) {
3647                 CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_PHYS(lockp, oldpde & PG_PS_FRAME);
3648                 pvh = pa_to_pvh(oldpde & PG_PS_FRAME);
3649                 pmap_pvh_free(pvh, pmap, sva);
3650                 eva = sva + NBPDR;
3651                 for (va = sva, m = PHYS_TO_VM_PAGE(oldpde & PG_PS_FRAME);
3652                     va < eva; va += PAGE_SIZE, m++) {
3653                         if ((oldpde & (PG_M | PG_RW)) == (PG_M | PG_RW))
3654                                 vm_page_dirty(m);
3655                         if (oldpde & PG_A)
3656                                 vm_page_aflag_set(m, PGA_REFERENCED);
3657                         if (TAILQ_EMPTY(&m->md.pv_list) &&
3658                             TAILQ_EMPTY(&pvh->pv_list))
3659                                 vm_page_aflag_clear(m, PGA_WRITEABLE);
3660                         pmap_delayed_invl_page(m);
3661                 }
3662         }
3663         if (pmap == kernel_pmap) {
3664                 pmap_remove_kernel_pde(pmap, pdq, sva);
3665         } else {
3666                 mpte = pmap_lookup_pt_page(pmap, sva);
3667                 if (mpte != NULL) {
3668                         pmap_remove_pt_page(pmap, mpte);
3669                         pmap_resident_count_dec(pmap, 1);
3670                         KASSERT(mpte->wire_count == NPTEPG,
3671                             ("pmap_remove_pde: pte page wire count error"));
3672                         mpte->wire_count = 0;
3673                         pmap_add_delayed_free_list(mpte, free, FALSE);
3674                         atomic_subtract_int(&vm_cnt.v_wire_count, 1);
3675                 }
3676         }
3677         return (pmap_unuse_pt(pmap, sva, *pmap_pdpe(pmap, sva), free));
3678 }
3679
3680 /*
3681  * pmap_remove_pte: do the things to unmap a page in a process
3682  */
3683 static int
3684 pmap_remove_pte(pmap_t pmap, pt_entry_t *ptq, vm_offset_t va, 
3685     pd_entry_t ptepde, struct spglist *free, struct rwlock **lockp)
3686 {
3687         struct md_page *pvh;
3688         pt_entry_t oldpte, PG_A, PG_M, PG_RW;
3689         vm_page_t m;
3690
3691         PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
3692         PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
3693         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
3694
3695         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
3696         oldpte = pte_load_clear(ptq);
3697         if (oldpte & PG_W)
3698                 pmap->pm_stats.wired_count -= 1;
3699         pmap_resident_count_dec(pmap, 1);
3700         if (oldpte & PG_MANAGED) {
3701                 m = PHYS_TO_VM_PAGE(oldpte & PG_FRAME);
3702                 if ((oldpte & (PG_M | PG_RW)) == (PG_M | PG_RW))
3703                         vm_page_dirty(m);
3704                 if (oldpte & PG_A)
3705                         vm_page_aflag_set(m, PGA_REFERENCED);
3706                 CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_VM_PAGE(lockp, m);
3707                 pmap_pvh_free(&m->md, pmap, va);
3708                 if (TAILQ_EMPTY(&m->md.pv_list) &&
3709                     (m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0) {
3710                         pvh = pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
3711                         if (TAILQ_EMPTY(&pvh->pv_list))
3712                                 vm_page_aflag_clear(m, PGA_WRITEABLE);
3713                 }
3714                 pmap_delayed_invl_page(m);
3715         }
3716         return (pmap_unuse_pt(pmap, va, ptepde, free));
3717 }
3718
3719 /*
3720  * Remove a single page from a process address space
3721  */
3722 static void
3723 pmap_remove_page(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t *pde,
3724     struct spglist *free)
3725 {
3726         struct rwlock *lock;
3727         pt_entry_t *pte, PG_V;
3728
3729         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
3730         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
3731         if ((*pde & PG_V) == 0)
3732                 return;
3733         pte = pmap_pde_to_pte(pde, va);
3734         if ((*pte & PG_V) == 0)
3735                 return;
3736         lock = NULL;
3737         pmap_remove_pte(pmap, pte, va, *pde, free, &lock);
3738         if (lock != NULL)
3739                 rw_wunlock(lock);
3740         pmap_invalidate_page(pmap, va);
3741 }
3742
3743 /*
3744  *      Remove the given range of addresses from the specified map.
3745  *
3746  *      It is assumed that the start and end are properly
3747  *      rounded to the page size.
3748  */
3749 void
3750 pmap_remove(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
3751 {
3752         struct rwlock *lock;
3753         vm_offset_t va, va_next;
3754         pml4_entry_t *pml4e;
3755         pdp_entry_t *pdpe;
3756         pd_entry_t ptpaddr, *pde;
3757         pt_entry_t *pte, PG_G, PG_V;
3758         struct spglist free;
3759         int anyvalid;
3760
3761         PG_G = pmap_global_bit(pmap);
3762         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
3763
3764         /*
3765          * Perform an unsynchronized read.  This is, however, safe.
3766          */
3767         if (pmap->pm_stats.resident_count == 0)
3768                 return;
3769
3770         anyvalid = 0;
3771         SLIST_INIT(&free);
3772
3773         pmap_delayed_invl_started();
3774         PMAP_LOCK(pmap);
3775
3776         /*
3777          * special handling of removing one page.  a very
3778          * common operation and easy to short circuit some
3779          * code.
3780          */
3781         if (sva + PAGE_SIZE == eva) {
3782                 pde = pmap_pde(pmap, sva);
3783                 if (pde && (*pde & PG_PS) == 0) {
3784                         pmap_remove_page(pmap, sva, pde, &free);
3785                         goto out;
3786                 }
3787         }
3788
3789         lock = NULL;
3790         for (; sva < eva; sva = va_next) {
3791
3792                 if (pmap->pm_stats.resident_count == 0)
3793                         break;
3794
3795                 pml4e = pmap_pml4e(pmap, sva);
3796                 if ((*pml4e & PG_V) == 0) {
3797                         va_next = (sva + NBPML4) & ~PML4MASK;
3798                         if (va_next < sva)
3799                                 va_next = eva;
3800                         continue;
3801                 }
3802
3803                 pdpe = pmap_pml4e_to_pdpe(pml4e, sva);
3804                 if ((*pdpe & PG_V) == 0) {
3805                         va_next = (sva + NBPDP) & ~PDPMASK;
3806                         if (va_next < sva)
3807                                 va_next = eva;
3808                         continue;
3809                 }
3810
3811                 /*
3812                  * Calculate index for next page table.
3813                  */
3814                 va_next = (sva + NBPDR) & ~PDRMASK;
3815                 if (va_next < sva)
3816                         va_next = eva;
3817
3818                 pde = pmap_pdpe_to_pde(pdpe, sva);
3819                 ptpaddr = *pde;
3820
3821                 /*
3822                  * Weed out invalid mappings.
3823                  */
3824                 if (ptpaddr == 0)
3825                         continue;
3826
3827                 /*
3828                  * Check for large page.
3829                  */
3830                 if ((ptpaddr & PG_PS) != 0) {
3831                         /*
3832                          * Are we removing the entire large page?  If not,
3833                          * demote the mapping and fall through.
3834                          */
3835                         if (sva + NBPDR == va_next && eva >= va_next) {
3836                                 /*
3837                                  * The TLB entry for a PG_G mapping is
3838                                  * invalidated by pmap_remove_pde().
3839                                  */
3840                                 if ((ptpaddr & PG_G) == 0)
3841                                         anyvalid = 1;
3842                                 pmap_remove_pde(pmap, pde, sva, &free, &lock);
3843                                 continue;
3844                         } else if (!pmap_demote_pde_locked(pmap, pde, sva,
3845                             &lock)) {
3846                                 /* The large page mapping was destroyed. */
3847                                 continue;
3848                         } else
3849                                 ptpaddr = *pde;
3850                 }
3851
3852                 /*
3853                  * Limit our scan to either the end of the va represented
3854                  * by the current page table page, or to the end of the
3855                  * range being removed.
3856                  */
3857                 if (va_next > eva)
3858                         va_next = eva;
3859
3860                 va = va_next;
3861                 for (pte = pmap_pde_to_pte(pde, sva); sva != va_next; pte++,
3862                     sva += PAGE_SIZE) {
3863                         if (*pte == 0) {
3864                                 if (va != va_next) {
3865                                         pmap_invalidate_range(pmap, va, sva);
3866                                         va = va_next;
3867                                 }
3868                                 continue;
3869                         }
3870                         if ((*pte & PG_G) == 0)
3871                                 anyvalid = 1;
3872                         else if (va == va_next)
3873                                 va = sva;
3874                         if (pmap_remove_pte(pmap, pte, sva, ptpaddr, &free,
3875                             &lock)) {
3876                                 sva += PAGE_SIZE;
3877                                 break;
3878                         }
3879                 }
3880                 if (va != va_next)
3881                         pmap_invalidate_range(pmap, va, sva);
3882         }
3883         if (lock != NULL)
3884                 rw_wunlock(lock);
3885 out:
3886         if (anyvalid)
3887                 pmap_invalidate_all(pmap);
3888         PMAP_UNLOCK(pmap);
3889         pmap_delayed_invl_finished();
3890         pmap_free_zero_pages(&free);
3891 }
3892
3893 /*
3894  *      Routine:        pmap_remove_all
3895  *      Function:
3896  *              Removes this physical page from
3897  *              all physical maps in which it resides.
3898  *              Reflects back modify bits to the pager.
3899  *
3900  *      Notes:
3901  *              Original versions of this routine were very
3902  *              inefficient because they iteratively called
3903  *              pmap_remove (slow...)
3904  */
3905
3906 void
3907 pmap_remove_all(vm_page_t m)
3908 {
3909         struct md_page *pvh;
3910         pv_entry_t pv;
3911         pmap_t pmap;
3912         struct rwlock *lock;
3913         pt_entry_t *pte, tpte, PG_A, PG_M, PG_RW;
3914         pd_entry_t *pde;
3915         vm_offset_t va;
3916         struct spglist free;
3917         int pvh_gen, md_gen;
3918
3919         KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
3920             ("pmap_remove_all: page %p is not managed", m));
3921         SLIST_INIT(&free);
3922         lock = VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m);
3923         pvh = pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
3924 retry:
3925         rw_wlock(lock);
3926         if ((m->flags & PG_FICTITIOUS) != 0)
3927                 goto small_mappings;
3928         while ((pv = TAILQ_FIRST(&pvh->pv_list)) != NULL) {
3929                 pmap = PV_PMAP(pv);
3930                 if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
3931                         pvh_gen = pvh->pv_gen;
3932                         rw_wunlock(lock);
3933                         PMAP_LOCK(pmap);
3934                         rw_wlock(lock);
3935                         if (pvh_gen != pvh->pv_gen) {
3936                                 rw_wunlock(lock);
3937                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
3938                                 goto retry;
3939                         }
3940                 }
3941                 va = pv->pv_va;
3942                 pde = pmap_pde(pmap, va);
3943                 (void)pmap_demote_pde_locked(pmap, pde, va, &lock);
3944                 PMAP_UNLOCK(pmap);
3945         }
3946 small_mappings:
3947         while ((pv = TAILQ_FIRST(&m->md.pv_list)) != NULL) {
3948                 pmap = PV_PMAP(pv);
3949                 if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
3950                         pvh_gen = pvh->pv_gen;
3951                         md_gen = m->md.pv_gen;
3952                         rw_wunlock(lock);
3953                         PMAP_LOCK(pmap);
3954                         rw_wlock(lock);
3955                         if (pvh_gen != pvh->pv_gen || md_gen != m->md.pv_gen) {
3956                                 rw_wunlock(lock);
3957                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
3958                                 goto retry;
3959                         }
3960                 }
3961                 PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
3962                 PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
3963                 PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
3964                 pmap_resident_count_dec(pmap, 1);
3965                 pde = pmap_pde(pmap, pv->pv_va);
3966                 KASSERT((*pde & PG_PS) == 0, ("pmap_remove_all: found"
3967                     " a 2mpage in page %p's pv list", m));
3968                 pte = pmap_pde_to_pte(pde, pv->pv_va);
3969                 tpte = pte_load_clear(pte);
3970                 if (tpte & PG_W)
3971                         pmap->pm_stats.wired_count--;
3972                 if (tpte & PG_A)
3973                         vm_page_aflag_set(m, PGA_REFERENCED);
3974
3975                 /*
3976                  * Update the vm_page_t clean and reference bits.
3977                  */
3978                 if ((tpte & (PG_M | PG_RW)) == (PG_M | PG_RW))
3979                         vm_page_dirty(m);
3980                 pmap_unuse_pt(pmap, pv->pv_va, *pde, &free);
3981                 pmap_invalidate_page(pmap, pv->pv_va);
3982                 TAILQ_REMOVE(&m->md.pv_list, pv, pv_next);
3983                 m->md.pv_gen++;
3984                 free_pv_entry(pmap, pv);
3985                 PMAP_UNLOCK(pmap);
3986         }
3987         vm_page_aflag_clear(m, PGA_WRITEABLE);
3988         rw_wunlock(lock);
3989         pmap_delayed_invl_wait(m);
3990         pmap_free_zero_pages(&free);
3991 }
3992
3993 /*
3994  * pmap_protect_pde: do the things to protect a 2mpage in a process
3995  */
3996 static boolean_t
3997 pmap_protect_pde(pmap_t pmap, pd_entry_t *pde, vm_offset_t sva, vm_prot_t prot)
3998 {
3999         pd_entry_t newpde, oldpde;
4000         vm_offset_t eva, va;
4001         vm_page_t m;
4002         boolean_t anychanged;
4003         pt_entry_t PG_G, PG_M, PG_RW;
4004
4005         PG_G = pmap_global_bit(pmap);
4006         PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
4007         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
4008
4009         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
4010         KASSERT((sva & PDRMASK) == 0,
4011             ("pmap_protect_pde: sva is not 2mpage aligned"));
4012         anychanged = FALSE;
4013 retry:
4014         oldpde = newpde = *pde;
4015         if (oldpde & PG_MANAGED) {
4016                 eva = sva + NBPDR;
4017                 for (va = sva, m = PHYS_TO_VM_PAGE(oldpde & PG_PS_FRAME);
4018                     va < eva; va += PAGE_SIZE, m++)
4019                         if ((oldpde & (PG_M | PG_RW)) == (PG_M | PG_RW))
4020                                 vm_page_dirty(m);
4021         }
4022         if ((prot & VM_PROT_WRITE) == 0)
4023                 newpde &= ~(PG_RW | PG_M);
4024         if ((prot & VM_PROT_EXECUTE) == 0)
4025                 newpde |= pg_nx;
4026         if (newpde != oldpde) {
4027                 if (!atomic_cmpset_long(pde, oldpde, newpde))
4028                         goto retry;
4029                 if (oldpde & PG_G)
4030                         pmap_invalidate_page(pmap, sva);
4031                 else
4032                         anychanged = TRUE;
4033         }
4034         return (anychanged);
4035 }
4036
4037 /*
4038  *      Set the physical protection on the
4039  *      specified range of this map as requested.
4040  */
4041 void
4042 pmap_protect(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva, vm_prot_t prot)
4043 {
4044         vm_offset_t va_next;
4045         pml4_entry_t *pml4e;
4046         pdp_entry_t *pdpe;
4047         pd_entry_t ptpaddr, *pde;
4048         pt_entry_t *pte, PG_G, PG_M, PG_RW, PG_V;
4049         boolean_t anychanged;
4050
4051         KASSERT((prot & ~VM_PROT_ALL) == 0, ("invalid prot %x", prot));
4052         if (prot == VM_PROT_NONE) {
4053                 pmap_remove(pmap, sva, eva);
4054                 return;
4055         }
4056
4057         if ((prot & (VM_PROT_WRITE|VM_PROT_EXECUTE)) ==
4058             (VM_PROT_WRITE|VM_PROT_EXECUTE))
4059                 return;
4060
4061         PG_G = pmap_global_bit(pmap);
4062         PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
4063         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
4064         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
4065         anychanged = FALSE;
4066
4067         PMAP_LOCK(pmap);
4068         for (; sva < eva; sva = va_next) {
4069
4070                 pml4e = pmap_pml4e(pmap, sva);
4071                 if ((*pml4e & PG_V) == 0) {
4072                         va_next = (sva + NBPML4) & ~PML4MASK;
4073                         if (va_next < sva)
4074                                 va_next = eva;
4075                         continue;
4076                 }
4077
4078                 pdpe = pmap_pml4e_to_pdpe(pml4e, sva);
4079                 if ((*pdpe & PG_V) == 0) {
4080                         va_next = (sva + NBPDP) & ~PDPMASK;
4081                         if (va_next < sva)
4082                                 va_next = eva;
4083                         continue;
4084                 }
4085
4086                 va_next = (sva + NBPDR) & ~PDRMASK;
4087                 if (va_next < sva)
4088                         va_next = eva;
4089
4090                 pde = pmap_pdpe_to_pde(pdpe, sva);
4091                 ptpaddr = *pde;
4092
4093                 /*
4094                  * Weed out invalid mappings.
4095                  */
4096                 if (ptpaddr == 0)
4097                         continue;
4098
4099                 /*
4100                  * Check for large page.
4101                  */
4102                 if ((ptpaddr & PG_PS) != 0) {
4103                         /*
4104                          * Are we protecting the entire large page?  If not,
4105                          * demote the mapping and fall through.
4106                          */
4107                         if (sva + NBPDR == va_next && eva >= va_next) {
4108                                 /*
4109                                  * The TLB entry for a PG_G mapping is
4110                                  * invalidated by pmap_protect_pde().
4111                                  */
4112                                 if (pmap_protect_pde(pmap, pde, sva, prot))
4113                                         anychanged = TRUE;
4114                                 continue;
4115                         } else if (!pmap_demote_pde(pmap, pde, sva)) {
4116                                 /*
4117                                  * The large page mapping was destroyed.
4118                                  */
4119                                 continue;
4120                         }
4121                 }
4122
4123                 if (va_next > eva)
4124                         va_next = eva;
4125
4126                 for (pte = pmap_pde_to_pte(pde, sva); sva != va_next; pte++,
4127                     sva += PAGE_SIZE) {
4128                         pt_entry_t obits, pbits;
4129                         vm_page_t m;
4130
4131 retry:
4132                         obits = pbits = *pte;
4133                         if ((pbits & PG_V) == 0)
4134                                 continue;
4135
4136                         if ((prot & VM_PROT_WRITE) == 0) {
4137                                 if ((pbits & (PG_MANAGED | PG_M | PG_RW)) ==
4138                                     (PG_MANAGED | PG_M | PG_RW)) {
4139                                         m = PHYS_TO_VM_PAGE(pbits & PG_FRAME);
4140                                         vm_page_dirty(m);
4141                                 }
4142                                 pbits &= ~(PG_RW | PG_M);
4143                         }
4144                         if ((prot & VM_PROT_EXECUTE) == 0)
4145                                 pbits |= pg_nx;
4146
4147                         if (pbits != obits) {
4148                                 if (!atomic_cmpset_long(pte, obits, pbits))
4149                                         goto retry;
4150                                 if (obits & PG_G)
4151                                         pmap_invalidate_page(pmap, sva);
4152                                 else
4153                                         anychanged = TRUE;
4154                         }
4155                 }
4156         }
4157         if (anychanged)
4158                 pmap_invalidate_all(pmap);
4159         PMAP_UNLOCK(pmap);
4160 }
4161
4162 /*
4163  * Tries to promote the 512, contiguous 4KB page mappings that are within a
4164  * single page table page (PTP) to a single 2MB page mapping.  For promotion
4165  * to occur, two conditions must be met: (1) the 4KB page mappings must map
4166  * aligned, contiguous physical memory and (2) the 4KB page mappings must have
4167  * identical characteristics. 
4168  */
4169 static void
4170 pmap_promote_pde(pmap_t pmap, pd_entry_t *pde, vm_offset_t va,
4171     struct rwlock **lockp)
4172 {
4173         pd_entry_t newpde;
4174         pt_entry_t *firstpte, oldpte, pa, *pte;
4175         pt_entry_t PG_G, PG_A, PG_M, PG_RW, PG_V;
4176         vm_page_t mpte;
4177         int PG_PTE_CACHE;
4178
4179         PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
4180         PG_G = pmap_global_bit(pmap);
4181         PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
4182         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
4183         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
4184         PG_PTE_CACHE = pmap_cache_mask(pmap, 0);
4185
4186         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
4187
4188         /*
4189          * Examine the first PTE in the specified PTP.  Abort if this PTE is
4190          * either invalid, unused, or does not map the first 4KB physical page
4191          * within a 2MB page. 
4192          */
4193         firstpte = (pt_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(*pde & PG_FRAME);
4194 setpde:
4195         newpde = *firstpte;
4196         if ((newpde & ((PG_FRAME & PDRMASK) | PG_A | PG_V)) != (PG_A | PG_V)) {
4197                 atomic_add_long(&pmap_pde_p_failures, 1);
4198                 CTR2(KTR_PMAP, "pmap_promote_pde: failure for va %#lx"
4199                     " in pmap %p", va, pmap);
4200                 return;
4201         }
4202         if ((newpde & (PG_M | PG_RW)) == PG_RW) {
4203                 /*
4204                  * When PG_M is already clear, PG_RW can be cleared without
4205                  * a TLB invalidation.
4206                  */
4207                 if (!atomic_cmpset_long(firstpte, newpde, newpde & ~PG_RW))
4208                         goto setpde;
4209                 newpde &= ~PG_RW;
4210         }
4211
4212         /*
4213          * Examine each of the other PTEs in the specified PTP.  Abort if this
4214          * PTE maps an unexpected 4KB physical page or does not have identical
4215          * characteristics to the first PTE.
4216          */
4217         pa = (newpde & (PG_PS_FRAME | PG_A | PG_V)) + NBPDR - PAGE_SIZE;
4218         for (pte = firstpte + NPTEPG - 1; pte > firstpte; pte--) {
4219 setpte:
4220                 oldpte = *pte;
4221                 if ((oldpte & (PG_FRAME | PG_A | PG_V)) != pa) {
4222                         atomic_add_long(&pmap_pde_p_failures, 1);
4223                         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_promote_pde: failure for va %#lx"
4224                             " in pmap %p", va, pmap);
4225                         return;
4226                 }
4227                 if ((oldpte & (PG_M | PG_RW)) == PG_RW) {
4228                         /*
4229                          * When PG_M is already clear, PG_RW can be cleared
4230                          * without a TLB invalidation.
4231                          */
4232                         if (!atomic_cmpset_long(pte, oldpte, oldpte & ~PG_RW))
4233                                 goto setpte;
4234                         oldpte &= ~PG_RW;
4235                         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_promote_pde: protect for va %#lx"
4236                             " in pmap %p", (oldpte & PG_FRAME & PDRMASK) |
4237                             (va & ~PDRMASK), pmap);
4238                 }
4239                 if ((oldpte & PG_PTE_PROMOTE) != (newpde & PG_PTE_PROMOTE)) {
4240                         atomic_add_long(&pmap_pde_p_failures, 1);
4241                         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_promote_pde: failure for va %#lx"
4242                             " in pmap %p", va, pmap);
4243                         return;
4244                 }
4245                 pa -= PAGE_SIZE;
4246         }
4247
4248         /*
4249          * Save the page table page in its current state until the PDE
4250          * mapping the superpage is demoted by pmap_demote_pde() or
4251          * destroyed by pmap_remove_pde(). 
4252          */
4253         mpte = PHYS_TO_VM_PAGE(*pde & PG_FRAME);
4254         KASSERT(mpte >= vm_page_array &&
4255             mpte < &vm_page_array[vm_page_array_size],
4256             ("pmap_promote_pde: page table page is out of range"));
4257         KASSERT(mpte->pindex == pmap_pde_pindex(va),
4258             ("pmap_promote_pde: page table page's pindex is wrong"));
4259         if (pmap_insert_pt_page(pmap, mpte)) {
4260                 atomic_add_long(&pmap_pde_p_failures, 1);
4261                 CTR2(KTR_PMAP,
4262                     "pmap_promote_pde: failure for va %#lx in pmap %p", va,
4263                     pmap);
4264                 return;
4265         }
4266
4267         /*
4268          * Promote the pv entries.
4269          */
4270         if ((newpde & PG_MANAGED) != 0)
4271                 pmap_pv_promote_pde(pmap, va, newpde & PG_PS_FRAME, lockp);
4272
4273         /*
4274          * Propagate the PAT index to its proper position.
4275          */
4276         newpde = pmap_swap_pat(pmap, newpde);
4277
4278         /*
4279          * Map the superpage.
4280          */
4281         if (workaround_erratum383)
4282                 pmap_update_pde(pmap, va, pde, PG_PS | newpde);
4283         else
4284                 pde_store(pde, PG_PS | newpde);
4285
4286         atomic_add_long(&pmap_pde_promotions, 1);
4287         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_promote_pde: success for va %#lx"
4288             " in pmap %p", va, pmap);
4289 }
4290
4291 /*
4292  *      Insert the given physical page (p) at
4293  *      the specified virtual address (v) in the
4294  *      target physical map with the protection requested.
4295  *
4296  *      If specified, the page will be wired down, meaning
4297  *      that the related pte can not be reclaimed.
4298  *
4299  *      NB:  This is the only routine which MAY NOT lazy-evaluate
4300  *      or lose information.  That is, this routine must actually
4301  *      insert this page into the given map NOW.
4302  *
4303  *      When destroying both a page table and PV entry, this function
4304  *      performs the TLB invalidation before releasing the PV list
4305  *      lock, so we do not need pmap_delayed_invl_page() calls here.
4306  */
4307 int
4308 pmap_enter(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m, vm_prot_t prot,
4309     u_int flags, int8_t psind __unused)
4310 {
4311         struct rwlock *lock;
4312         pd_entry_t *pde;
4313         pt_entry_t *pte, PG_G, PG_A, PG_M, PG_RW, PG_V;
4314         pt_entry_t newpte, origpte;
4315         pv_entry_t pv;
4316         vm_paddr_t opa, pa;
4317         vm_page_t mpte, om;
4318         boolean_t nosleep;
4319
4320         PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
4321         PG_G = pmap_global_bit(pmap);
4322         PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
4323         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
4324         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
4325
4326         va = trunc_page(va);
4327         KASSERT(va <= VM_MAX_KERNEL_ADDRESS, ("pmap_enter: toobig"));
4328         KASSERT(va < UPT_MIN_ADDRESS || va >= UPT_MAX_ADDRESS,
4329             ("pmap_enter: invalid to pmap_enter page table pages (va: 0x%lx)",
4330             va));
4331         KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) != 0 || va < kmi.clean_sva ||
4332             va >= kmi.clean_eva,
4333             ("pmap_enter: managed mapping within the clean submap"));
4334         if ((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0 && !vm_page_xbusied(m))
4335                 VM_OBJECT_ASSERT_LOCKED(m->object);
4336         pa = VM_PAGE_TO_PHYS(m);
4337         newpte = (pt_entry_t)(pa | PG_A | PG_V);
4338         if ((flags & VM_PROT_WRITE) != 0)
4339                 newpte |= PG_M;
4340         if ((prot & VM_PROT_WRITE) != 0)
4341                 newpte |= PG_RW;
4342         KASSERT((newpte & (PG_M | PG_RW)) != PG_M,
4343             ("pmap_enter: flags includes VM_PROT_WRITE but prot doesn't"));
4344         if ((prot & VM_PROT_EXECUTE) == 0)
4345                 newpte |= pg_nx;
4346         if ((flags & PMAP_ENTER_WIRED) != 0)
4347                 newpte |= PG_W;
4348         if (va < VM_MAXUSER_ADDRESS)
4349                 newpte |= PG_U;
4350         if (pmap == kernel_pmap)
4351                 newpte |= PG_G;
4352         newpte |= pmap_cache_bits(pmap, m->md.pat_mode, 0);
4353
4354         /*
4355          * Set modified bit gratuitously for writeable mappings if
4356          * the page is unmanaged. We do not want to take a fault
4357          * to do the dirty bit accounting for these mappings.
4358          */
4359         if ((m->oflags & VPO_UNMANAGED) != 0) {
4360                 if ((newpte & PG_RW) != 0)
4361                         newpte |= PG_M;
4362         }
4363
4364         mpte = NULL;
4365
4366         lock = NULL;
4367         PMAP_LOCK(pmap);
4368
4369         /*
4370          * In the case that a page table page is not
4371          * resident, we are creating it here.
4372          */
4373 retry:
4374         pde = pmap_pde(pmap, va);
4375         if (pde != NULL && (*pde & PG_V) != 0 && ((*pde & PG_PS) == 0 ||
4376             pmap_demote_pde_locked(pmap, pde, va, &lock))) {
4377                 pte = pmap_pde_to_pte(pde, va);
4378                 if (va < VM_MAXUSER_ADDRESS && mpte == NULL) {
4379                         mpte = PHYS_TO_VM_PAGE(*pde & PG_FRAME);
4380                         mpte->wire_count++;
4381                 }
4382         } else if (va < VM_MAXUSER_ADDRESS) {
4383                 /*
4384                  * Here if the pte page isn't mapped, or if it has been
4385                  * deallocated.
4386                  */
4387                 nosleep = (flags & PMAP_ENTER_NOSLEEP) != 0;
4388                 mpte = _pmap_allocpte(pmap, pmap_pde_pindex(va),
4389                     nosleep ? NULL : &lock);
4390                 if (mpte == NULL && nosleep) {
4391                         if (lock != NULL)
4392                                 rw_wunlock(lock);
4393                         PMAP_UNLOCK(pmap);
4394                         return (KERN_RESOURCE_SHORTAGE);
4395                 }
4396                 goto retry;
4397         } else
4398                 panic("pmap_enter: invalid page directory va=%#lx", va);
4399
4400         origpte = *pte;
4401
4402         /*
4403          * Is the specified virtual address already mapped?
4404          */
4405         if ((origpte & PG_V) != 0) {
4406                 /*
4407                  * Wiring change, just update stats. We don't worry about
4408                  * wiring PT pages as they remain resident as long as there
4409                  * are valid mappings in them. Hence, if a user page is wired,
4410                  * the PT page will be also.
4411                  */
4412                 if ((newpte & PG_W) != 0 && (origpte & PG_W) == 0)
4413                         pmap->pm_stats.wired_count++;
4414                 else if ((newpte & PG_W) == 0 && (origpte & PG_W) != 0)
4415                         pmap->pm_stats.wired_count--;
4416
4417                 /*
4418                  * Remove the extra PT page reference.
4419                  */
4420                 if (mpte != NULL) {
4421                         mpte->wire_count--;
4422                         KASSERT(mpte->wire_count > 0,
4423                             ("pmap_enter: missing reference to page table page,"
4424                              " va: 0x%lx", va));
4425                 }
4426
4427                 /*
4428                  * Has the physical page changed?
4429                  */
4430                 opa = origpte & PG_FRAME;
4431                 if (opa == pa) {
4432                         /*
4433                          * No, might be a protection or wiring change.
4434                          */
4435                         if ((origpte & PG_MANAGED) != 0) {
4436                                 newpte |= PG_MANAGED;
4437                                 if ((newpte & PG_RW) != 0)
4438                                         vm_page_aflag_set(m, PGA_WRITEABLE);
4439                         }
4440                         if (((origpte ^ newpte) & ~(PG_M | PG_A)) == 0)
4441                                 goto unchanged;
4442                         goto validate;
4443                 }
4444         } else {
4445                 /*
4446                  * Increment the counters.
4447                  */
4448                 if ((newpte & PG_W) != 0)
4449                         pmap->pm_stats.wired_count++;
4450                 pmap_resident_count_inc(pmap, 1);
4451         }
4452
4453         /*
4454          * Enter on the PV list if part of our managed memory.
4455          */
4456         if ((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0) {
4457                 newpte |= PG_MANAGED;
4458                 pv = get_pv_entry(pmap, &lock);
4459                 pv->pv_va = va;
4460                 CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_PHYS(&lock, pa);
4461                 TAILQ_INSERT_TAIL(&m->md.pv_list, pv, pv_next);
4462                 m->md.pv_gen++;
4463                 if ((newpte & PG_RW) != 0)
4464                         vm_page_aflag_set(m, PGA_WRITEABLE);
4465         }
4466
4467         /*
4468          * Update the PTE.
4469          */
4470         if ((origpte & PG_V) != 0) {
4471 validate:
4472                 origpte = pte_load_store(pte, newpte);
4473                 opa = origpte & PG_FRAME;
4474                 if (opa != pa) {
4475                         if ((origpte & PG_MANAGED) != 0) {
4476                                 om = PHYS_TO_VM_PAGE(opa);
4477                                 if ((origpte & (PG_M | PG_RW)) == (PG_M |
4478                                     PG_RW))
4479                                         vm_page_dirty(om);
4480                                 if ((origpte & PG_A) != 0)
4481                                         vm_page_aflag_set(om, PGA_REFERENCED);
4482                                 CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_PHYS(&lock, opa);
4483                                 pmap_pvh_free(&om->md, pmap, va);
4484                                 if ((om->aflags & PGA_WRITEABLE) != 0 &&
4485                                     TAILQ_EMPTY(&om->md.pv_list) &&
4486                                     ((om->flags & PG_FICTITIOUS) != 0 ||
4487                                     TAILQ_EMPTY(&pa_to_pvh(opa)->pv_list)))
4488                                         vm_page_aflag_clear(om, PGA_WRITEABLE);
4489                         }
4490                 } else if ((newpte & PG_M) == 0 && (origpte & (PG_M |
4491                     PG_RW)) == (PG_M | PG_RW)) {
4492                         if ((origpte & PG_MANAGED) != 0)
4493                                 vm_page_dirty(m);
4494
4495                         /*
4496                          * Although the PTE may still have PG_RW set, TLB
4497                          * invalidation may nonetheless be required because
4498                          * the PTE no longer has PG_M set.
4499                          */
4500                 } else if ((origpte & PG_NX) != 0 || (newpte & PG_NX) == 0) {
4501                         /*
4502                          * This PTE change does not require TLB invalidation.
4503                          */
4504                         goto unchanged;
4505                 }
4506                 if ((origpte & PG_A) != 0)
4507                         pmap_invalidate_page(pmap, va);
4508         } else
4509                 pte_store(pte, newpte);
4510
4511 unchanged:
4512
4513         /*
4514          * If both the page table page and the reservation are fully
4515          * populated, then attempt promotion.
4516          */
4517         if ((mpte == NULL || mpte->wire_count == NPTEPG) &&
4518             pmap_ps_enabled(pmap) &&
4519             (m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0 &&
4520             vm_reserv_level_iffullpop(m) == 0)
4521                 pmap_promote_pde(pmap, pde, va, &lock);
4522
4523         if (lock != NULL)
4524                 rw_wunlock(lock);
4525         PMAP_UNLOCK(pmap);
4526         return (KERN_SUCCESS);
4527 }
4528
4529 /*
4530  * Tries to create a 2MB page mapping.  Returns TRUE if successful and FALSE
4531  * otherwise.  Fails if (1) a page table page cannot be allocated without
4532  * blocking, (2) a mapping already exists at the specified virtual address, or
4533  * (3) a pv entry cannot be allocated without reclaiming another pv entry. 
4534  */
4535 static boolean_t
4536 pmap_enter_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m, vm_prot_t prot,
4537     struct rwlock **lockp)
4538 {
4539         pd_entry_t *pde, newpde;
4540         pt_entry_t PG_V;
4541         vm_page_t mpde;
4542         struct spglist free;
4543
4544         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
4545         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
4546
4547         if ((mpde = pmap_allocpde(pmap, va, NULL)) == NULL) {
4548                 CTR2(KTR_PMAP, "pmap_enter_pde: failure for va %#lx"
4549                     " in pmap %p", va, pmap);
4550                 return (FALSE);
4551         }
4552         pde = (pd_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(mpde));
4553         pde = &pde[pmap_pde_index(va)];
4554         if ((*pde & PG_V) != 0) {
4555                 KASSERT(mpde->wire_count > 1,
4556                     ("pmap_enter_pde: mpde's wire count is too low"));
4557                 mpde->wire_count--;
4558                 CTR2(KTR_PMAP, "pmap_enter_pde: failure for va %#lx"
4559                     " in pmap %p", va, pmap);
4560                 return (FALSE);
4561         }
4562         newpde = VM_PAGE_TO_PHYS(m) | pmap_cache_bits(pmap, m->md.pat_mode, 1) |
4563             PG_PS | PG_V;
4564         if ((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0) {
4565                 newpde |= PG_MANAGED;
4566
4567                 /*
4568                  * Abort this mapping if its PV entry could not be created.
4569                  */
4570                 if (!pmap_pv_insert_pde(pmap, va, VM_PAGE_TO_PHYS(m),
4571                     lockp)) {
4572                         SLIST_INIT(&free);
4573                         if (pmap_unwire_ptp(pmap, va, mpde, &free)) {
4574                                 /*
4575                                  * Although "va" is not mapped, paging-
4576                                  * structure caches could nonetheless have
4577                                  * entries that refer to the freed page table
4578                                  * pages.  Invalidate those entries.
4579                                  */
4580                                 pmap_invalidate_page(pmap, va);
4581                                 pmap_free_zero_pages(&free);
4582                         }
4583                         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_enter_pde: failure for va %#lx"
4584                             " in pmap %p", va, pmap);
4585                         return (FALSE);
4586                 }
4587         }
4588         if ((prot & VM_PROT_EXECUTE) == 0)
4589                 newpde |= pg_nx;
4590         if (va < VM_MAXUSER_ADDRESS)
4591                 newpde |= PG_U;
4592
4593         /*
4594          * Increment counters.
4595          */
4596         pmap_resident_count_inc(pmap, NBPDR / PAGE_SIZE);
4597
4598         /*
4599          * Map the superpage.
4600          */
4601         pde_store(pde, newpde);
4602
4603         atomic_add_long(&pmap_pde_mappings, 1);
4604         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_enter_pde: success for va %#lx"
4605             " in pmap %p", va, pmap);
4606         return (TRUE);
4607 }
4608
4609 /*
4610  * Maps a sequence of resident pages belonging to the same object.
4611  * The sequence begins with the given page m_start.  This page is
4612  * mapped at the given virtual address start.  Each subsequent page is
4613  * mapped at a virtual address that is offset from start by the same
4614  * amount as the page is offset from m_start within the object.  The
4615  * last page in the sequence is the page with the largest offset from
4616  * m_start that can be mapped at a virtual address less than the given
4617  * virtual address end.  Not every virtual page between start and end
4618  * is mapped; only those for which a resident page exists with the
4619  * corresponding offset from m_start are mapped.
4620  */
4621 void
4622 pmap_enter_object(pmap_t pmap, vm_offset_t start, vm_offset_t end,
4623     vm_page_t m_start, vm_prot_t prot)
4624 {
4625         struct rwlock *lock;
4626         vm_offset_t va;
4627         vm_page_t m, mpte;
4628         vm_pindex_t diff, psize;
4629
4630         VM_OBJECT_ASSERT_LOCKED(m_start->object);
4631
4632         psize = atop(end - start);
4633         mpte = NULL;
4634         m = m_start;
4635         lock = NULL;
4636         PMAP_LOCK(pmap);
4637         while (m != NULL && (diff = m->pindex - m_start->pindex) < psize) {
4638                 va = start + ptoa(diff);
4639                 if ((va & PDRMASK) == 0 && va + NBPDR <= end &&
4640                     m->psind == 1 && pmap_ps_enabled(pmap) &&
4641                     pmap_enter_pde(pmap, va, m, prot, &lock))
4642                         m = &m[NBPDR / PAGE_SIZE - 1];
4643                 else
4644                         mpte = pmap_enter_quick_locked(pmap, va, m, prot,
4645                             mpte, &lock);
4646                 m = TAILQ_NEXT(m, listq);
4647         }
4648         if (lock != NULL)
4649                 rw_wunlock(lock);
4650         PMAP_UNLOCK(pmap);
4651 }
4652
4653 /*
4654  * this code makes some *MAJOR* assumptions:
4655  * 1. Current pmap & pmap exists.
4656  * 2. Not wired.
4657  * 3. Read access.
4658  * 4. No page table pages.
4659  * but is *MUCH* faster than pmap_enter...
4660  */
4661
4662 void
4663 pmap_enter_quick(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m, vm_prot_t prot)
4664 {
4665         struct rwlock *lock;
4666
4667         lock = NULL;
4668         PMAP_LOCK(pmap);
4669         (void)pmap_enter_quick_locked(pmap, va, m, prot, NULL, &lock);
4670         if (lock != NULL)
4671                 rw_wunlock(lock);
4672         PMAP_UNLOCK(pmap);
4673 }
4674
4675 static vm_page_t
4676 pmap_enter_quick_locked(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m,
4677     vm_prot_t prot, vm_page_t mpte, struct rwlock **lockp)
4678 {
4679         struct spglist free;
4680         pt_entry_t *pte, PG_V;
4681         vm_paddr_t pa;
4682
4683         KASSERT(va < kmi.clean_sva || va >= kmi.clean_eva ||
4684             (m->oflags & VPO_UNMANAGED) != 0,
4685             ("pmap_enter_quick_locked: managed mapping within the clean submap"));
4686         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
4687         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
4688
4689         /*
4690          * In the case that a page table page is not
4691          * resident, we are creating it here.
4692          */
4693         if (va < VM_MAXUSER_ADDRESS) {
4694                 vm_pindex_t ptepindex;
4695                 pd_entry_t *ptepa;
4696
4697                 /*
4698                  * Calculate pagetable page index
4699                  */
4700                 ptepindex = pmap_pde_pindex(va);
4701                 if (mpte && (mpte->pindex == ptepindex)) {
4702                         mpte->wire_count++;
4703                 } else {
4704                         /*
4705                          * Get the page directory entry
4706                          */
4707                         ptepa = pmap_pde(pmap, va);
4708
4709                         /*
4710                          * If the page table page is mapped, we just increment
4711                          * the hold count, and activate it.  Otherwise, we
4712                          * attempt to allocate a page table page.  If this
4713                          * attempt fails, we don't retry.  Instead, we give up.
4714                          */
4715                         if (ptepa && (*ptepa & PG_V) != 0) {
4716                                 if (*ptepa & PG_PS)
4717                                         return (NULL);
4718                                 mpte = PHYS_TO_VM_PAGE(*ptepa & PG_FRAME);
4719                                 mpte->wire_count++;
4720                         } else {
4721                                 /*
4722                                  * Pass NULL instead of the PV list lock
4723                                  * pointer, because we don't intend to sleep.
4724                                  */
4725                                 mpte = _pmap_allocpte(pmap, ptepindex, NULL);
4726                                 if (mpte == NULL)
4727                                         return (mpte);
4728                         }
4729                 }
4730                 pte = (pt_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(mpte));
4731                 pte = &pte[pmap_pte_index(va)];
4732         } else {
4733                 mpte = NULL;
4734                 pte = vtopte(va);
4735         }
4736         if (*pte) {
4737                 if (mpte != NULL) {
4738                         mpte->wire_count--;
4739                         mpte = NULL;
4740                 }
4741                 return (mpte);
4742         }
4743
4744         /*
4745          * Enter on the PV list if part of our managed memory.
4746          */
4747         if ((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0 &&
4748             !pmap_try_insert_pv_entry(pmap, va, m, lockp)) {
4749                 if (mpte != NULL) {
4750                         SLIST_INIT(&free);
4751                         if (pmap_unwire_ptp(pmap, va, mpte, &free)) {
4752                                 /*
4753                                  * Although "va" is not mapped, paging-
4754                                  * structure caches could nonetheless have
4755                                  * entries that refer to the freed page table
4756                                  * pages.  Invalidate those entries.
4757                                  */
4758                                 pmap_invalidate_page(pmap, va);
4759                                 pmap_free_zero_pages(&free);
4760                         }
4761                         mpte = NULL;
4762                 }
4763                 return (mpte);
4764         }
4765
4766         /*
4767          * Increment counters
4768          */
4769         pmap_resident_count_inc(pmap, 1);
4770
4771         pa = VM_PAGE_TO_PHYS(m) | pmap_cache_bits(pmap, m->md.pat_mode, 0);
4772         if ((prot & VM_PROT_EXECUTE) == 0)
4773                 pa |= pg_nx;
4774
4775         /*
4776          * Now validate mapping with RO protection
4777          */
4778         if ((m->oflags & VPO_UNMANAGED) != 0)
4779                 pte_store(pte, pa | PG_V | PG_U);
4780         else
4781                 pte_store(pte, pa | PG_V | PG_U | PG_MANAGED);
4782         return (mpte);
4783 }
4784
4785 /*
4786  * Make a temporary mapping for a physical address.  This is only intended
4787  * to be used for panic dumps.
4788  */
4789 void *
4790 pmap_kenter_temporary(vm_paddr_t pa, int i)
4791 {
4792         vm_offset_t va;
4793
4794         va = (vm_offset_t)crashdumpmap + (i * PAGE_SIZE);
4795         pmap_kenter(va, pa);
4796         invlpg(va);
4797         return ((void *)crashdumpmap);
4798 }
4799
4800 /*
4801  * This code maps large physical mmap regions into the
4802  * processor address space.  Note that some shortcuts
4803  * are taken, but the code works.
4804  */
4805 void
4806 pmap_object_init_pt(pmap_t pmap, vm_offset_t addr, vm_object_t object,
4807     vm_pindex_t pindex, vm_size_t size)
4808 {
4809         pd_entry_t *pde;
4810         pt_entry_t PG_A, PG_M, PG_RW, PG_V;
4811         vm_paddr_t pa, ptepa;
4812         vm_page_t p, pdpg;
4813         int pat_mode;
4814
4815         PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
4816         PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
4817         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
4818         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
4819
4820         VM_OBJECT_ASSERT_WLOCKED(object);
4821         KASSERT(object->type == OBJT_DEVICE || object->type == OBJT_SG,
4822             ("pmap_object_init_pt: non-device object"));
4823         if ((addr & (NBPDR - 1)) == 0 && (size & (NBPDR - 1)) == 0) {
4824                 if (!pmap_ps_enabled(pmap))
4825                         return;
4826                 if (!vm_object_populate(object, pindex, pindex + atop(size)))
4827                         return;
4828                 p = vm_page_lookup(object, pindex);
4829                 KASSERT(p->valid == VM_PAGE_BITS_ALL,
4830                     ("pmap_object_init_pt: invalid page %p", p));
4831                 pat_mode = p->md.pat_mode;
4832
4833                 /*
4834                  * Abort the mapping if the first page is not physically
4835                  * aligned to a 2MB page boundary.
4836                  */
4837                 ptepa = VM_PAGE_TO_PHYS(p);
4838                 if (ptepa & (NBPDR - 1))
4839                         return;
4840
4841                 /*
4842                  * Skip the first page.  Abort the mapping if the rest of
4843                  * the pages are not physically contiguous or have differing
4844                  * memory attributes.
4845                  */
4846                 p = TAILQ_NEXT(p, listq);
4847                 for (pa = ptepa + PAGE_SIZE; pa < ptepa + size;
4848                     pa += PAGE_SIZE) {
4849                         KASSERT(p->valid == VM_PAGE_BITS_ALL,
4850                             ("pmap_object_init_pt: invalid page %p", p));
4851                         if (pa != VM_PAGE_TO_PHYS(p) ||
4852                             pat_mode != p->md.pat_mode)
4853                                 return;
4854                         p = TAILQ_NEXT(p, listq);
4855                 }
4856
4857                 /*
4858                  * Map using 2MB pages.  Since "ptepa" is 2M aligned and
4859                  * "size" is a multiple of 2M, adding the PAT setting to "pa"
4860                  * will not affect the termination of this loop.
4861                  */ 
4862                 PMAP_LOCK(pmap);
4863                 for (pa = ptepa | pmap_cache_bits(pmap, pat_mode, 1);
4864                     pa < ptepa + size; pa += NBPDR) {
4865                         pdpg = pmap_allocpde(pmap, addr, NULL);
4866                         if (pdpg == NULL) {
4867                                 /*
4868                                  * The creation of mappings below is only an
4869                                  * optimization.  If a page directory page
4870                                  * cannot be allocated without blocking,
4871                                  * continue on to the next mapping rather than
4872                                  * blocking.
4873                                  */
4874                                 addr += NBPDR;
4875                                 continue;
4876                         }
4877                         pde = (pd_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(pdpg));
4878                         pde = &pde[pmap_pde_index(addr)];
4879                         if ((*pde & PG_V) == 0) {
4880                                 pde_store(pde, pa | PG_PS | PG_M | PG_A |
4881                                     PG_U | PG_RW | PG_V);
4882                                 pmap_resident_count_inc(pmap, NBPDR / PAGE_SIZE);
4883                                 atomic_add_long(&pmap_pde_mappings, 1);
4884                         } else {
4885                                 /* Continue on if the PDE is already valid. */
4886                                 pdpg->wire_count--;
4887                                 KASSERT(pdpg->wire_count > 0,
4888                                     ("pmap_object_init_pt: missing reference "
4889                                     "to page directory page, va: 0x%lx", addr));
4890                         }
4891                         addr += NBPDR;
4892                 }
4893                 PMAP_UNLOCK(pmap);
4894         }
4895 }
4896
4897 /*
4898  *      Clear the wired attribute from the mappings for the specified range of
4899  *      addresses in the given pmap.  Every valid mapping within that range
4900  *      must have the wired attribute set.  In contrast, invalid mappings
4901  *      cannot have the wired attribute set, so they are ignored.
4902  *
4903  *      The wired attribute of the page table entry is not a hardware
4904  *      feature, so there is no need to invalidate any TLB entries.
4905  *      Since pmap_demote_pde() for the wired entry must never fail,
4906  *      pmap_delayed_invl_started()/finished() calls around the
4907  *      function are not needed.
4908  */
4909 void
4910 pmap_unwire(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
4911 {
4912         vm_offset_t va_next;
4913         pml4_entry_t *pml4e;
4914         pdp_entry_t *pdpe;
4915         pd_entry_t *pde;
4916         pt_entry_t *pte, PG_V;
4917
4918         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
4919         PMAP_LOCK(pmap);
4920         for (; sva < eva; sva = va_next) {
4921                 pml4e = pmap_pml4e(pmap, sva);
4922                 if ((*pml4e & PG_V) == 0) {
4923                         va_next = (sva + NBPML4) & ~PML4MASK;
4924                         if (va_next < sva)
4925                                 va_next = eva;
4926                         continue;
4927                 }
4928                 pdpe = pmap_pml4e_to_pdpe(pml4e, sva);
4929                 if ((*pdpe & PG_V) == 0) {
4930                         va_next = (sva + NBPDP) & ~PDPMASK;
4931                         if (va_next < sva)
4932                                 va_next = eva;
4933                         continue;
4934                 }
4935                 va_next = (sva + NBPDR) & ~PDRMASK;
4936                 if (va_next < sva)
4937                         va_next = eva;
4938                 pde = pmap_pdpe_to_pde(pdpe, sva);
4939                 if ((*pde & PG_V) == 0)
4940                         continue;
4941                 if ((*pde & PG_PS) != 0) {
4942                         if ((*pde & PG_W) == 0)
4943                                 panic("pmap_unwire: pde %#jx is missing PG_W",
4944                                     (uintmax_t)*pde);
4945
4946                         /*
4947                          * Are we unwiring the entire large page?  If not,
4948                          * demote the mapping and fall through.
4949                          */
4950                         if (sva + NBPDR == va_next && eva >= va_next) {
4951                                 atomic_clear_long(pde, PG_W);
4952                                 pmap->pm_stats.wired_count -= NBPDR /
4953                                     PAGE_SIZE;
4954                                 continue;
4955                         } else if (!pmap_demote_pde(pmap, pde, sva))
4956                                 panic("pmap_unwire: demotion failed");
4957                 }
4958                 if (va_next > eva)
4959                         va_next = eva;
4960                 for (pte = pmap_pde_to_pte(pde, sva); sva != va_next; pte++,
4961                     sva += PAGE_SIZE) {
4962                         if ((*pte & PG_V) == 0)
4963                                 continue;
4964                         if ((*pte & PG_W) == 0)
4965                                 panic("pmap_unwire: pte %#jx is missing PG_W",
4966                                     (uintmax_t)*pte);
4967
4968                         /*
4969                          * PG_W must be cleared atomically.  Although the pmap
4970                          * lock synchronizes access to PG_W, another processor
4971                          * could be setting PG_M and/or PG_A concurrently.
4972                          */
4973                         atomic_clear_long(pte, PG_W);
4974                         pmap->pm_stats.wired_count--;
4975                 }
4976         }
4977         PMAP_UNLOCK(pmap);
4978 }
4979
4980 /*
4981  *      Copy the range specified by src_addr/len
4982  *      from the source map to the range dst_addr/len
4983  *      in the destination map.
4984  *
4985  *      This routine is only advisory and need not do anything.
4986  */
4987
4988 void
4989 pmap_copy(pmap_t dst_pmap, pmap_t src_pmap, vm_offset_t dst_addr, vm_size_t len,
4990     vm_offset_t src_addr)
4991 {
4992         struct rwlock *lock;
4993         struct spglist free;
4994         vm_offset_t addr;
4995         vm_offset_t end_addr = src_addr + len;
4996         vm_offset_t va_next;
4997         pt_entry_t PG_A, PG_M, PG_V;
4998
4999         if (dst_addr != src_addr)
5000                 return;
5001
5002         if (dst_pmap->pm_type != src_pmap->pm_type)
5003                 return;
5004
5005         /*
5006          * EPT page table entries that require emulation of A/D bits are
5007          * sensitive to clearing the PG_A bit (aka EPT_PG_READ). Although
5008          * we clear PG_M (aka EPT_PG_WRITE) concomitantly, the PG_U bit
5009          * (aka EPT_PG_EXECUTE) could still be set. Since some EPT
5010          * implementations flag an EPT misconfiguration for exec-only
5011          * mappings we skip this function entirely for emulated pmaps.
5012          */
5013         if (pmap_emulate_ad_bits(dst_pmap))
5014                 return;
5015
5016         lock = NULL;
5017         if (dst_pmap < src_pmap) {
5018                 PMAP_LOCK(dst_pmap);
5019                 PMAP_LOCK(src_pmap);
5020         } else {
5021                 PMAP_LOCK(src_pmap);
5022                 PMAP_LOCK(dst_pmap);
5023         }
5024
5025         PG_A = pmap_accessed_bit(dst_pmap);
5026         PG_M = pmap_modified_bit(dst_pmap);
5027         PG_V = pmap_valid_bit(dst_pmap);
5028
5029         for (addr = src_addr; addr < end_addr; addr = va_next) {
5030                 pt_entry_t *src_pte, *dst_pte;
5031                 vm_page_t dstmpde, dstmpte, srcmpte;
5032                 pml4_entry_t *pml4e;
5033                 pdp_entry_t *pdpe;
5034                 pd_entry_t srcptepaddr, *pde;
5035
5036                 KASSERT(addr < UPT_MIN_ADDRESS,
5037                     ("pmap_copy: invalid to pmap_copy page tables"));
5038
5039                 pml4e = pmap_pml4e(src_pmap, addr);
5040                 if ((*pml4e & PG_V) == 0) {
5041                         va_next = (addr + NBPML4) & ~PML4MASK;
5042                         if (va_next < addr)
5043                                 va_next = end_addr;
5044                         continue;
5045                 }
5046
5047                 pdpe = pmap_pml4e_to_pdpe(pml4e, addr);
5048                 if ((*pdpe & PG_V) == 0) {
5049                         va_next = (addr + NBPDP) & ~PDPMASK;
5050                         if (va_next < addr)
5051                                 va_next = end_addr;
5052                         continue;
5053                 }
5054
5055                 va_next = (addr + NBPDR) & ~PDRMASK;
5056                 if (va_next < addr)
5057                         va_next = end_addr;
5058
5059                 pde = pmap_pdpe_to_pde(pdpe, addr);
5060                 srcptepaddr = *pde;
5061                 if (srcptepaddr == 0)
5062                         continue;
5063                         
5064                 if (srcptepaddr & PG_PS) {
5065                         if ((addr & PDRMASK) != 0 || addr + NBPDR > end_addr)
5066                                 continue;
5067                         dstmpde = pmap_allocpde(dst_pmap, addr, NULL);
5068                         if (dstmpde == NULL)
5069                                 break;
5070                         pde = (pd_entry_t *)
5071                             PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(dstmpde));
5072                         pde = &pde[pmap_pde_index(addr)];
5073                         if (*pde == 0 && ((srcptepaddr & PG_MANAGED) == 0 ||
5074                             pmap_pv_insert_pde(dst_pmap, addr, srcptepaddr &
5075                             PG_PS_FRAME, &lock))) {
5076                                 *pde = srcptepaddr & ~PG_W;
5077                                 pmap_resident_count_inc(dst_pmap, NBPDR / PAGE_SIZE);
5078                                 atomic_add_long(&pmap_pde_mappings, 1);
5079                         } else
5080                                 dstmpde->wire_count--;
5081                         continue;
5082                 }
5083
5084                 srcptepaddr &= PG_FRAME;
5085                 srcmpte = PHYS_TO_VM_PAGE(srcptepaddr);
5086                 KASSERT(srcmpte->wire_count > 0,
5087                     ("pmap_copy: source page table page is unused"));
5088
5089                 if (va_next > end_addr)
5090                         va_next = end_addr;
5091
5092                 src_pte = (pt_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(srcptepaddr);
5093                 src_pte = &src_pte[pmap_pte_index(addr)];
5094                 dstmpte = NULL;
5095                 while (addr < va_next) {
5096                         pt_entry_t ptetemp;
5097                         ptetemp = *src_pte;
5098                         /*
5099                          * we only virtual copy managed pages
5100                          */
5101                         if ((ptetemp & PG_MANAGED) != 0) {
5102                                 if (dstmpte != NULL &&
5103                                     dstmpte->pindex == pmap_pde_pindex(addr))
5104                                         dstmpte->wire_count++;
5105                                 else if ((dstmpte = pmap_allocpte(dst_pmap,
5106                                     addr, NULL)) == NULL)
5107                                         goto out;
5108                                 dst_pte = (pt_entry_t *)
5109                                     PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(dstmpte));
5110                                 dst_pte = &dst_pte[pmap_pte_index(addr)];
5111                                 if (*dst_pte == 0 &&
5112                                     pmap_try_insert_pv_entry(dst_pmap, addr,
5113                                     PHYS_TO_VM_PAGE(ptetemp & PG_FRAME),
5114                                     &lock)) {
5115                                         /*
5116                                          * Clear the wired, modified, and
5117                                          * accessed (referenced) bits
5118                                          * during the copy.
5119                                          */
5120                                         *dst_pte = ptetemp & ~(PG_W | PG_M |
5121                                             PG_A);
5122                                         pmap_resident_count_inc(dst_pmap, 1);
5123                                 } else {
5124                                         SLIST_INIT(&free);
5125                                         if (pmap_unwire_ptp(dst_pmap, addr,
5126                                             dstmpte, &free)) {
5127                                                 /*
5128                                                  * Although "addr" is not
5129                                                  * mapped, paging-structure
5130                                                  * caches could nonetheless
5131                                                  * have entries that refer to
5132                                                  * the freed page table pages.
5133                                                  * Invalidate those entries.
5134                                                  */
5135                                                 pmap_invalidate_page(dst_pmap,
5136                                                     addr);
5137                                                 pmap_free_zero_pages(&free);
5138                                         }
5139                                         goto out;
5140                                 }
5141                                 if (dstmpte->wire_count >= srcmpte->wire_count)
5142                                         break;
5143                         }
5144                         addr += PAGE_SIZE;
5145                         src_pte++;
5146                 }
5147         }
5148 out:
5149         if (lock != NULL)
5150                 rw_wunlock(lock);
5151         PMAP_UNLOCK(src_pmap);
5152         PMAP_UNLOCK(dst_pmap);
5153 }
5154
5155 /*
5156  *      pmap_zero_page zeros the specified hardware page by mapping
5157  *      the page into KVM and using bzero to clear its contents.
5158  */
5159 void
5160 pmap_zero_page(vm_page_t m)
5161 {
5162         vm_offset_t va = PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
5163
5164         pagezero((void *)va);
5165 }
5166
5167 /*
5168  *      pmap_zero_page_area zeros the specified hardware page by mapping 
5169  *      the page into KVM and using bzero to clear its contents.
5170  *
5171  *      off and size may not cover an area beyond a single hardware page.
5172  */
5173 void
5174 pmap_zero_page_area(vm_page_t m, int off, int size)
5175 {
5176         vm_offset_t va = PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
5177
5178         if (off == 0 && size == PAGE_SIZE)
5179                 pagezero((void *)va);
5180         else
5181                 bzero((char *)va + off, size);
5182 }
5183
5184 /*
5185  *      pmap_zero_page_idle zeros the specified hardware page by mapping 
5186  *      the page into KVM and using bzero to clear its contents.  This
5187  *      is intended to be called from the vm_pagezero process only and
5188  *      outside of Giant.
5189  */
5190 void
5191 pmap_zero_page_idle(vm_page_t m)
5192 {
5193         vm_offset_t va = PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
5194
5195         pagezero((void *)va);
5196 }
5197
5198 /*
5199  *      pmap_copy_page copies the specified (machine independent)
5200  *      page by mapping the page into virtual memory and using
5201  *      bcopy to copy the page, one machine dependent page at a
5202  *      time.
5203  */
5204 void
5205 pmap_copy_page(vm_page_t msrc, vm_page_t mdst)
5206 {
5207         vm_offset_t src = PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(msrc));
5208         vm_offset_t dst = PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(mdst));
5209
5210         pagecopy((void *)src, (void *)dst);
5211 }
5212
5213 int unmapped_buf_allowed = 1;
5214
5215 void
5216 pmap_copy_pages(vm_page_t ma[], vm_offset_t a_offset, vm_page_t mb[],
5217     vm_offset_t b_offset, int xfersize)
5218 {
5219         void *a_cp, *b_cp;
5220         vm_page_t pages[2];
5221         vm_offset_t vaddr[2], a_pg_offset, b_pg_offset;
5222         int cnt;
5223         boolean_t mapped;
5224
5225         while (xfersize > 0) {
5226                 a_pg_offset = a_offset & PAGE_MASK;
5227                 pages[0] = ma[a_offset >> PAGE_SHIFT];
5228                 b_pg_offset = b_offset & PAGE_MASK;
5229                 pages[1] = mb[b_offset >> PAGE_SHIFT];
5230                 cnt = min(xfersize, PAGE_SIZE - a_pg_offset);
5231                 cnt = min(cnt, PAGE_SIZE - b_pg_offset);
5232                 mapped = pmap_map_io_transient(pages, vaddr, 2, FALSE);
5233                 a_cp = (char *)vaddr[0] + a_pg_offset;
5234                 b_cp = (char *)vaddr[1] + b_pg_offset;
5235                 bcopy(a_cp, b_cp, cnt);
5236                 if (__predict_false(mapped))
5237                         pmap_unmap_io_transient(pages, vaddr, 2, FALSE);
5238                 a_offset += cnt;
5239                 b_offset += cnt;
5240                 xfersize -= cnt;
5241         }
5242 }
5243
5244 /*
5245  * Returns true if the pmap's pv is one of the first
5246  * 16 pvs linked to from this page.  This count may
5247  * be changed upwards or downwards in the future; it
5248  * is only necessary that true be returned for a small
5249  * subset of pmaps for proper page aging.
5250  */
5251 boolean_t
5252 pmap_page_exists_quick(pmap_t pmap, vm_page_t m)
5253 {
5254         struct md_page *pvh;
5255         struct rwlock *lock;
5256         pv_entry_t pv;
5257         int loops = 0;
5258         boolean_t rv;
5259
5260         KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
5261             ("pmap_page_exists_quick: page %p is not managed", m));
5262         rv = FALSE;
5263         lock = VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m);
5264         rw_rlock(lock);
5265         TAILQ_FOREACH(pv, &m->md.pv_list, pv_next) {
5266                 if (PV_PMAP(pv) == pmap) {
5267                         rv = TRUE;
5268                         break;
5269                 }
5270                 loops++;
5271                 if (loops >= 16)
5272                         break;
5273         }
5274         if (!rv && loops < 16 && (m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0) {
5275                 pvh = pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
5276                 TAILQ_FOREACH(pv, &pvh->pv_list, pv_next) {
5277                         if (PV_PMAP(pv) == pmap) {
5278                                 rv = TRUE;
5279                                 break;
5280                         }
5281                         loops++;
5282                         if (loops >= 16)
5283                                 break;
5284                 }
5285         }
5286         rw_runlock(lock);
5287         return (rv);
5288 }
5289
5290 /*
5291  *      pmap_page_wired_mappings:
5292  *
5293  *      Return the number of managed mappings to the given physical page
5294  *      that are wired.
5295  */
5296 int
5297 pmap_page_wired_mappings(vm_page_t m)
5298 {
5299         struct rwlock *lock;
5300         struct md_page *pvh;
5301         pmap_t pmap;
5302         pt_entry_t *pte;
5303         pv_entry_t pv;
5304         int count, md_gen, pvh_gen;
5305
5306         if ((m->oflags & VPO_UNMANAGED) != 0)
5307                 return (0);
5308         lock = VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m);
5309         rw_rlock(lock);
5310 restart:
5311         count = 0;
5312         TAILQ_FOREACH(pv, &m->md.pv_list, pv_next) {
5313                 pmap = PV_PMAP(pv);
5314                 if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
5315                         md_gen = m->md.pv_gen;
5316                         rw_runlock(lock);
5317                         PMAP_LOCK(pmap);
5318                         rw_rlock(lock);
5319                         if (md_gen != m->md.pv_gen) {
5320                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
5321                                 goto restart;
5322                         }
5323                 }
5324                 pte = pmap_pte(pmap, pv->pv_va);
5325                 if ((*pte & PG_W) != 0)
5326                         count++;
5327                 PMAP_UNLOCK(pmap);
5328         }
5329         if ((m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0) {
5330                 pvh = pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
5331                 TAILQ_FOREACH(pv, &pvh->pv_list, pv_next) {
5332                         pmap = PV_PMAP(pv);
5333                         if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
5334                                 md_gen = m->md.pv_gen;
5335                                 pvh_gen = pvh->pv_gen;
5336                                 rw_runlock(lock);
5337                                 PMAP_LOCK(pmap);
5338                                 rw_rlock(lock);
5339                                 if (md_gen != m->md.pv_gen ||
5340                                     pvh_gen != pvh->pv_gen) {
5341                                         PMAP_UNLOCK(pmap);
5342                                         goto restart;
5343                                 }
5344                         }
5345                         pte = pmap_pde(pmap, pv->pv_va);
5346                         if ((*pte & PG_W) != 0)
5347                                 count++;
5348                         PMAP_UNLOCK(pmap);
5349                 }
5350         }
5351         rw_runlock(lock);
5352         return (count);
5353 }
5354
5355 /*
5356  * Returns TRUE if the given page is mapped individually or as part of
5357  * a 2mpage.  Otherwise, returns FALSE.
5358  */
5359 boolean_t
5360 pmap_page_is_mapped(vm_page_t m)
5361 {
5362         struct rwlock *lock;
5363         boolean_t rv;
5364
5365         if ((m->oflags & VPO_UNMANAGED) != 0)
5366                 return (FALSE);
5367         lock = VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m);
5368         rw_rlock(lock);
5369         rv = !TAILQ_EMPTY(&m->md.pv_list) ||
5370             ((m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0 &&
5371             !TAILQ_EMPTY(&pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m))->pv_list));
5372         rw_runlock(lock);
5373         return (rv);
5374 }
5375
5376 /*
5377  * Destroy all managed, non-wired mappings in the given user-space
5378  * pmap.  This pmap cannot be active on any processor besides the
5379  * caller.
5380  *
5381  * This function cannot be applied to the kernel pmap.  Moreover, it
5382  * is not intended for general use.  It is only to be used during
5383  * process termination.  Consequently, it can be implemented in ways
5384  * that make it faster than pmap_remove().  First, it can more quickly
5385  * destroy mappings by iterating over the pmap's collection of PV
5386  * entries, rather than searching the page table.  Second, it doesn't
5387  * have to test and clear the page table entries atomically, because
5388  * no processor is currently accessing the user address space.  In
5389  * particular, a page table entry's dirty bit won't change state once
5390  * this function starts.
5391  */
5392 void
5393 pmap_remove_pages(pmap_t pmap)
5394 {
5395         pd_entry_t ptepde;
5396         pt_entry_t *pte, tpte;
5397         pt_entry_t PG_M, PG_RW, PG_V;
5398         struct spglist free;
5399         vm_page_t m, mpte, mt;
5400         pv_entry_t pv;
5401         struct md_page *pvh;
5402         struct pv_chunk *pc, *npc;
5403         struct rwlock *lock;
5404         int64_t bit;
5405         uint64_t inuse, bitmask;
5406         int allfree, field, freed, idx;
5407         boolean_t superpage;
5408         vm_paddr_t pa;
5409
5410         /*
5411          * Assert that the given pmap is only active on the current
5412          * CPU.  Unfortunately, we cannot block another CPU from
5413          * activating the pmap while this function is executing.
5414          */
5415         KASSERT(pmap == PCPU_GET(curpmap), ("non-current pmap %p", pmap));
5416 #ifdef INVARIANTS
5417         {
5418                 cpuset_t other_cpus;
5419
5420                 other_cpus = all_cpus;
5421                 critical_enter();
5422                 CPU_CLR(PCPU_GET(cpuid), &other_cpus);
5423                 CPU_AND(&other_cpus, &pmap->pm_active);
5424                 critical_exit();
5425                 KASSERT(CPU_EMPTY(&other_cpus), ("pmap active %p", pmap));
5426         }
5427 #endif
5428
5429         lock = NULL;
5430         PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
5431         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
5432         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
5433
5434         SLIST_INIT(&free);
5435         PMAP_LOCK(pmap);
5436         TAILQ_FOREACH_SAFE(pc, &pmap->pm_pvchunk, pc_list, npc) {
5437                 allfree = 1;
5438                 freed = 0;
5439                 for (field = 0; field < _NPCM; field++) {
5440                         inuse = ~pc->pc_map[field] & pc_freemask[field];
5441                         while (inuse != 0) {
5442                                 bit = bsfq(inuse);
5443                                 bitmask = 1UL << bit;
5444                                 idx = field * 64 + bit;
5445                                 pv = &pc->pc_pventry[idx];
5446                                 inuse &= ~bitmask;
5447
5448                                 pte = pmap_pdpe(pmap, pv->pv_va);
5449                                 ptepde = *pte;
5450                                 pte = pmap_pdpe_to_pde(pte, pv->pv_va);
5451                                 tpte = *pte;
5452                                 if ((tpte & (PG_PS | PG_V)) == PG_V) {
5453                                         superpage = FALSE;
5454                                         ptepde = tpte;
5455                                         pte = (pt_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(tpte &
5456                                             PG_FRAME);
5457                                         pte = &pte[pmap_pte_index(pv->pv_va)];
5458                                         tpte = *pte;
5459                                 } else {
5460                                         /*
5461                                          * Keep track whether 'tpte' is a
5462                                          * superpage explicitly instead of
5463                                          * relying on PG_PS being set.
5464                                          *
5465                                          * This is because PG_PS is numerically
5466                                          * identical to PG_PTE_PAT and thus a
5467                                          * regular page could be mistaken for
5468                                          * a superpage.
5469                                          */
5470                                         superpage = TRUE;
5471                                 }
5472
5473                                 if ((tpte & PG_V) == 0) {
5474                                         panic("bad pte va %lx pte %lx",
5475                                             pv->pv_va, tpte);
5476                                 }
5477
5478 /*
5479  * We cannot remove wired pages from a process' mapping at this time
5480  */
5481                                 if (tpte & PG_W) {
5482                                         allfree = 0;
5483                                         continue;
5484                                 }
5485
5486                                 if (superpage)
5487                                         pa = tpte & PG_PS_FRAME;
5488                                 else
5489                                         pa = tpte & PG_FRAME;
5490
5491                                 m = PHYS_TO_VM_PAGE(pa);
5492                                 KASSERT(m->phys_addr == pa,
5493                                     ("vm_page_t %p phys_addr mismatch %016jx %016jx",
5494                                     m, (uintmax_t)m->phys_addr,
5495                                     (uintmax_t)tpte));
5496
5497                                 KASSERT((m->flags & PG_FICTITIOUS) != 0 ||
5498                                     m < &vm_page_array[vm_page_array_size],
5499                                     ("pmap_remove_pages: bad tpte %#jx",
5500                                     (uintmax_t)tpte));
5501
5502                                 pte_clear(pte);
5503
5504                                 /*
5505                                  * Update the vm_page_t clean/reference bits.
5506                                  */
5507                                 if ((tpte & (PG_M | PG_RW)) == (PG_M | PG_RW)) {
5508                                         if (superpage) {
5509                                                 for (mt = m; mt < &m[NBPDR / PAGE_SIZE]; mt++)
5510                                                         vm_page_dirty(mt);
5511                                         } else
5512                                                 vm_page_dirty(m);
5513                                 }
5514
5515                                 CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_VM_PAGE(&lock, m);
5516
5517                                 /* Mark free */
5518                                 pc->pc_map[field] |= bitmask;
5519                                 if (superpage) {
5520                                         pmap_resident_count_dec(pmap, NBPDR / PAGE_SIZE);
5521                                         pvh = pa_to_pvh(tpte & PG_PS_FRAME);
5522                                         TAILQ_REMOVE(&pvh->pv_list, pv, pv_next);
5523                                         pvh->pv_gen++;
5524                                         if (TAILQ_EMPTY(&pvh->pv_list)) {
5525                                                 for (mt = m; mt < &m[NBPDR / PAGE_SIZE]; mt++)
5526                                                         if ((mt->aflags & PGA_WRITEABLE) != 0 &&
5527                                                             TAILQ_EMPTY(&mt->md.pv_list))
5528                                                                 vm_page_aflag_clear(mt, PGA_WRITEABLE);
5529                                         }
5530                                         mpte = pmap_lookup_pt_page(pmap, pv->pv_va);
5531                                         if (mpte != NULL) {
5532                                                 pmap_remove_pt_page(pmap, mpte);
5533                                                 pmap_resident_count_dec(pmap, 1);
5534                                                 KASSERT(mpte->wire_count == NPTEPG,
5535                                                     ("pmap_remove_pages: pte page wire count error"));
5536                                                 mpte->wire_count = 0;
5537                                                 pmap_add_delayed_free_list(mpte, &free, FALSE);
5538                                                 atomic_subtract_int(&vm_cnt.v_wire_count, 1);
5539                                         }
5540                                 } else {
5541                                         pmap_resident_count_dec(pmap, 1);
5542                                         TAILQ_REMOVE(&m->md.pv_list, pv, pv_next);
5543                                         m->md.pv_gen++;
5544                                         if ((m->aflags & PGA_WRITEABLE) != 0 &&
5545                                             TAILQ_EMPTY(&m->md.pv_list) &&
5546                                             (m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0) {
5547                                                 pvh = pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
5548                                                 if (TAILQ_EMPTY(&pvh->pv_list))
5549                                                         vm_page_aflag_clear(m, PGA_WRITEABLE);
5550                                         }
5551                                 }
5552                                 pmap_unuse_pt(pmap, pv->pv_va, ptepde, &free);
5553                                 freed++;
5554                         }
5555                 }
5556                 PV_STAT(atomic_add_long(&pv_entry_frees, freed));
5557                 PV_STAT(atomic_add_int(&pv_entry_spare, freed));
5558                 PV_STAT(atomic_subtract_long(&pv_entry_count, freed));
5559                 if (allfree) {
5560                         TAILQ_REMOVE(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
5561                         free_pv_chunk(pc);
5562                 }
5563         }
5564         if (lock != NULL)
5565                 rw_wunlock(lock);
5566         pmap_invalidate_all(pmap);
5567         PMAP_UNLOCK(pmap);
5568         pmap_free_zero_pages(&free);
5569 }
5570
5571 static boolean_t
5572 pmap_page_test_mappings(vm_page_t m, boolean_t accessed, boolean_t modified)
5573 {
5574         struct rwlock *lock;
5575         pv_entry_t pv;
5576         struct md_page *pvh;
5577         pt_entry_t *pte, mask;
5578         pt_entry_t PG_A, PG_M, PG_RW, PG_V;
5579         pmap_t pmap;
5580         int md_gen, pvh_gen;
5581         boolean_t rv;
5582
5583         rv = FALSE;
5584         lock = VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m);
5585         rw_rlock(lock);
5586 restart:
5587         TAILQ_FOREACH(pv, &m->md.pv_list, pv_next) {
5588                 pmap = PV_PMAP(pv);
5589                 if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
5590                         md_gen = m->md.pv_gen;
5591                         rw_runlock(lock);
5592                         PMAP_LOCK(pmap);
5593                         rw_rlock(lock);
5594                         if (md_gen != m->md.pv_gen) {
5595                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
5596                                 goto restart;
5597                         }
5598                 }
5599                 pte = pmap_pte(pmap, pv->pv_va);
5600                 mask = 0;
5601                 if (modified) {
5602                         PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
5603                         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
5604                         mask |= PG_RW | PG_M;
5605                 }
5606                 if (accessed) {
5607                         PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
5608                         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
5609                         mask |= PG_V | PG_A;
5610                 }
5611                 rv = (*pte & mask) == mask;
5612                 PMAP_UNLOCK(pmap);
5613                 if (rv)
5614                         goto out;
5615         }
5616         if ((m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0) {
5617                 pvh = pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
5618                 TAILQ_FOREACH(pv, &pvh->pv_list, pv_next) {
5619                         pmap = PV_PMAP(pv);
5620                         if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
5621                                 md_gen = m->md.pv_gen;
5622                                 pvh_gen = pvh->pv_gen;
5623                                 rw_runlock(lock);
5624                                 PMAP_LOCK(pmap);
5625                                 rw_rlock(lock);
5626                                 if (md_gen != m->md.pv_gen ||
5627                                     pvh_gen != pvh->pv_gen) {
5628                                         PMAP_UNLOCK(pmap);
5629                                         goto restart;
5630                                 }
5631                         }
5632                         pte = pmap_pde(pmap, pv->pv_va);
5633                         mask = 0;
5634                         if (modified) {
5635                                 PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
5636                                 PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
5637                                 mask |= PG_RW | PG_M;
5638                         }
5639                         if (accessed) {
5640                                 PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
5641                                 PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
5642                                 mask |= PG_V | PG_A;
5643                         }
5644                         rv = (*pte & mask) == mask;
5645                         PMAP_UNLOCK(pmap);
5646                         if (rv)
5647                                 goto out;
5648                 }
5649         }
5650 out:
5651         rw_runlock(lock);
5652         return (rv);
5653 }
5654
5655 /*
5656  *      pmap_is_modified:
5657  *
5658  *      Return whether or not the specified physical page was modified
5659  *      in any physical maps.
5660  */
5661 boolean_t
5662 pmap_is_modified(vm_page_t m)
5663 {
5664
5665         KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
5666             ("pmap_is_modified: page %p is not managed", m));
5667
5668         /*
5669          * If the page is not exclusive busied, then PGA_WRITEABLE cannot be
5670          * concurrently set while the object is locked.  Thus, if PGA_WRITEABLE
5671          * is clear, no PTEs can have PG_M set.
5672          */
5673         VM_OBJECT_ASSERT_WLOCKED(m->object);
5674         if (!vm_page_xbusied(m) && (m->aflags & PGA_WRITEABLE) == 0)
5675                 return (FALSE);
5676         return (pmap_page_test_mappings(m, FALSE, TRUE));
5677 }
5678
5679 /*
5680  *      pmap_is_prefaultable:
5681  *
5682  *      Return whether or not the specified virtual address is eligible
5683  *      for prefault.
5684  */
5685 boolean_t
5686 pmap_is_prefaultable(pmap_t pmap, vm_offset_t addr)
5687 {
5688         pd_entry_t *pde;
5689         pt_entry_t *pte, PG_V;
5690         boolean_t rv;
5691
5692         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
5693         rv = FALSE;
5694         PMAP_LOCK(pmap);
5695         pde = pmap_pde(pmap, addr);
5696         if (pde != NULL && (*pde & (PG_PS | PG_V)) == PG_V) {
5697                 pte = pmap_pde_to_pte(pde, addr);
5698                 rv = (*pte & PG_V) == 0;
5699         }
5700         PMAP_UNLOCK(pmap);
5701         return (rv);
5702 }
5703
5704 /*
5705  *      pmap_is_referenced:
5706  *
5707  *      Return whether or not the specified physical page was referenced
5708  *      in any physical maps.
5709  */
5710 boolean_t
5711 pmap_is_referenced(vm_page_t m)
5712 {
5713
5714         KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
5715             ("pmap_is_referenced: page %p is not managed", m));
5716         return (pmap_page_test_mappings(m, TRUE, FALSE));
5717 }
5718
5719 /*
5720  * Clear the write and modified bits in each of the given page's mappings.
5721  */
5722 void
5723 pmap_remove_write(vm_page_t m)
5724 {
5725         struct md_page *pvh;
5726         pmap_t pmap;
5727         struct rwlock *lock;
5728         pv_entry_t next_pv, pv;
5729         pd_entry_t *pde;
5730         pt_entry_t oldpte, *pte, PG_M, PG_RW;
5731         vm_offset_t va;
5732         int pvh_gen, md_gen;
5733
5734         KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
5735             ("pmap_remove_write: page %p is not managed", m));
5736
5737         /*
5738          * If the page is not exclusive busied, then PGA_WRITEABLE cannot be
5739          * set by another thread while the object is locked.  Thus,
5740          * if PGA_WRITEABLE is clear, no page table entries need updating.
5741          */
5742         VM_OBJECT_ASSERT_WLOCKED(m->object);
5743         if (!vm_page_xbusied(m) && (m->aflags & PGA_WRITEABLE) == 0)
5744                 return;
5745         lock = VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m);
5746         pvh = pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
5747 retry_pv_loop:
5748         rw_wlock(lock);
5749         if ((m->flags & PG_FICTITIOUS) != 0)
5750                 goto small_mappings;
5751         TAILQ_FOREACH_SAFE(pv, &pvh->pv_list, pv_next, next_pv) {
5752                 pmap = PV_PMAP(pv);
5753                 if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
5754                         pvh_gen = pvh->pv_gen;
5755                         rw_wunlock(lock);
5756                         PMAP_LOCK(pmap);
5757                         rw_wlock(lock);
5758                         if (pvh_gen != pvh->pv_gen) {
5759                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
5760                                 rw_wunlock(lock);
5761                                 goto retry_pv_loop;
5762                         }
5763                 }
5764                 PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
5765                 va = pv->pv_va;
5766                 pde = pmap_pde(pmap, va);
5767                 if ((*pde & PG_RW) != 0)
5768                         (void)pmap_demote_pde_locked(pmap, pde, va, &lock);
5769                 KASSERT(lock == VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m),
5770                     ("inconsistent pv lock %p %p for page %p",
5771                     lock, VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m), m));
5772                 PMAP_UNLOCK(pmap);
5773         }
5774 small_mappings:
5775         TAILQ_FOREACH(pv, &m->md.pv_list, pv_next) {
5776                 pmap = PV_PMAP(pv);
5777                 if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
5778                         pvh_gen = pvh->pv_gen;
5779                         md_gen = m->md.pv_gen;
5780                         rw_wunlock(lock);
5781                         PMAP_LOCK(pmap);
5782                         rw_wlock(lock);
5783                         if (pvh_gen != pvh->pv_gen ||
5784                             md_gen != m->md.pv_gen) {
5785                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
5786                                 rw_wunlock(lock);
5787                                 goto retry_pv_loop;
5788                         }
5789                 }
5790                 PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
5791                 PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
5792                 pde = pmap_pde(pmap, pv->pv_va);
5793                 KASSERT((*pde & PG_PS) == 0,
5794                     ("pmap_remove_write: found a 2mpage in page %p's pv list",
5795                     m));
5796                 pte = pmap_pde_to_pte(pde, pv->pv_va);
5797 retry:
5798                 oldpte = *pte;
5799                 if (oldpte & PG_RW) {
5800                         if (!atomic_cmpset_long(pte, oldpte, oldpte &
5801                             ~(PG_RW | PG_M)))
5802                                 goto retry;
5803                         if ((oldpte & PG_M) != 0)
5804                                 vm_page_dirty(m);
5805                         pmap_invalidate_page(pmap, pv->pv_va);
5806                 }
5807                 PMAP_UNLOCK(pmap);
5808         }
5809         rw_wunlock(lock);
5810         vm_page_aflag_clear(m, PGA_WRITEABLE);
5811         pmap_delayed_invl_wait(m);
5812 }
5813
5814 static __inline boolean_t
5815 safe_to_clear_referenced(pmap_t pmap, pt_entry_t pte)
5816 {
5817
5818         if (!pmap_emulate_ad_bits(pmap))
5819                 return (TRUE);
5820
5821         KASSERT(pmap->pm_type == PT_EPT, ("invalid pm_type %d", pmap->pm_type));
5822
5823         /*
5824          * XWR = 010 or 110 will cause an unconditional EPT misconfiguration
5825          * so we don't let the referenced (aka EPT_PG_READ) bit to be cleared
5826          * if the EPT_PG_WRITE bit is set.
5827          */
5828         if ((pte & EPT_PG_WRITE) != 0)
5829                 return (FALSE);
5830
5831         /*
5832          * XWR = 100 is allowed only if the PMAP_SUPPORTS_EXEC_ONLY is set.
5833          */
5834         if ((pte & EPT_PG_EXECUTE) == 0 ||
5835             ((pmap->pm_flags & PMAP_SUPPORTS_EXEC_ONLY) != 0))
5836                 return (TRUE);
5837         else
5838                 return (FALSE);
5839 }
5840
5841 #define PMAP_TS_REFERENCED_MAX  5
5842
5843 /*
5844  *      pmap_ts_referenced:
5845  *
5846  *      Return a count of reference bits for a page, clearing those bits.
5847  *      It is not necessary for every reference bit to be cleared, but it
5848  *      is necessary that 0 only be returned when there are truly no
5849  *      reference bits set.
5850  *
5851  *      XXX: The exact number of bits to check and clear is a matter that
5852  *      should be tested and standardized at some point in the future for
5853  *      optimal aging of shared pages.
5854  *
5855  *      A DI block is not needed within this function, because
5856  *      invalidations are performed before the PV list lock is
5857  *      released.
5858  */
5859 int
5860 pmap_ts_referenced(vm_page_t m)
5861 {
5862         struct md_page *pvh;
5863         pv_entry_t pv, pvf;
5864         pmap_t pmap;
5865         struct rwlock *lock;
5866         pd_entry_t oldpde, *pde;
5867         pt_entry_t *pte, PG_A;
5868         vm_offset_t va;
5869         vm_paddr_t pa;
5870         int cleared, md_gen, not_cleared, pvh_gen;
5871         struct spglist free;
5872         boolean_t demoted;
5873
5874         KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
5875             ("pmap_ts_referenced: page %p is not managed", m));
5876         SLIST_INIT(&free);
5877         cleared = 0;
5878         pa = VM_PAGE_TO_PHYS(m);
5879         lock = PHYS_TO_PV_LIST_LOCK(pa);
5880         pvh = pa_to_pvh(pa);
5881         rw_wlock(lock);
5882 retry:
5883         not_cleared = 0;
5884         if ((m->flags & PG_FICTITIOUS) != 0 ||
5885             (pvf = TAILQ_FIRST(&pvh->pv_list)) == NULL)
5886                 goto small_mappings;
5887         pv = pvf;
5888         do {
5889                 if (pvf == NULL)
5890                         pvf = pv;
5891                 pmap = PV_PMAP(pv);
5892                 if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
5893                         pvh_gen = pvh->pv_gen;
5894                         rw_wunlock(lock);
5895                         PMAP_LOCK(pmap);
5896                         rw_wlock(lock);
5897                         if (pvh_gen != pvh->pv_gen) {
5898                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
5899                                 goto retry;
5900                         }
5901                 }
5902                 PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
5903                 va = pv->pv_va;
5904                 pde = pmap_pde(pmap, pv->pv_va);
5905                 oldpde = *pde;
5906                 if ((*pde & PG_A) != 0) {
5907                         /*
5908                          * Since this reference bit is shared by 512 4KB
5909                          * pages, it should not be cleared every time it is
5910                          * tested.  Apply a simple "hash" function on the
5911                          * physical page number, the virtual superpage number,
5912                          * and the pmap address to select one 4KB page out of
5913                          * the 512 on which testing the reference bit will
5914                          * result in clearing that reference bit.  This
5915                          * function is designed to avoid the selection of the
5916                          * same 4KB page for every 2MB page mapping.
5917                          *
5918                          * On demotion, a mapping that hasn't been referenced
5919                          * is simply destroyed.  To avoid the possibility of a
5920                          * subsequent page fault on a demoted wired mapping,
5921                          * always leave its reference bit set.  Moreover,
5922                          * since the superpage is wired, the current state of
5923                          * its reference bit won't affect page replacement.
5924                          */
5925                         if ((((pa >> PAGE_SHIFT) ^ (pv->pv_va >> PDRSHIFT) ^
5926                             (uintptr_t)pmap) & (NPTEPG - 1)) == 0 &&
5927                             (*pde & PG_W) == 0) {
5928                                 if (safe_to_clear_referenced(pmap, oldpde)) {
5929                                         atomic_clear_long(pde, PG_A);
5930                                         pmap_invalidate_page(pmap, pv->pv_va);
5931                                         demoted = FALSE;
5932                                 } else if (pmap_demote_pde_locked(pmap, pde,
5933                                     pv->pv_va, &lock)) {
5934                                         /*
5935                                          * Remove the mapping to a single page
5936                                          * so that a subsequent access may
5937                                          * repromote.  Since the underlying
5938                                          * page table page is fully populated,
5939                                          * this removal never frees a page
5940                                          * table page.
5941                                          */
5942                                         demoted = TRUE;
5943                                         va += VM_PAGE_TO_PHYS(m) - (oldpde &
5944                                             PG_PS_FRAME);
5945                                         pte = pmap_pde_to_pte(pde, va);
5946                                         pmap_remove_pte(pmap, pte, va, *pde,
5947                                             NULL, &lock);
5948                                         pmap_invalidate_page(pmap, va);
5949                                 } else
5950                                         demoted = TRUE;
5951
5952                                 if (demoted) {
5953                                         /*
5954                                          * The superpage mapping was removed
5955                                          * entirely and therefore 'pv' is no
5956                                          * longer valid.
5957                                          */
5958                                         if (pvf == pv)
5959                                                 pvf = NULL;
5960                                         pv = NULL;
5961                                 }
5962                                 cleared++;
5963                                 KASSERT(lock == VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m),
5964                                     ("inconsistent pv lock %p %p for page %p",
5965                                     lock, VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m), m));
5966                         } else
5967                                 not_cleared++;
5968                 }
5969                 PMAP_UNLOCK(pmap);
5970                 /* Rotate the PV list if it has more than one entry. */
5971                 if (pv != NULL && TAILQ_NEXT(pv, pv_next) != NULL) {
5972                         TAILQ_REMOVE(&pvh->pv_list, pv, pv_next);
5973                         TAILQ_INSERT_TAIL(&pvh->pv_list, pv, pv_next);
5974                         pvh->pv_gen++;
5975                 }
5976                 if (cleared + not_cleared >= PMAP_TS_REFERENCED_MAX)
5977                         goto out;
5978         } while ((pv = TAILQ_FIRST(&pvh->pv_list)) != pvf);
5979 small_mappings:
5980         if ((pvf = TAILQ_FIRST(&m->md.pv_list)) == NULL)
5981                 goto out;
5982         pv = pvf;
5983         do {
5984                 if (pvf == NULL)
5985                         pvf = pv;
5986                 pmap = PV_PMAP(pv);
5987                 if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
5988                         pvh_gen = pvh->pv_gen;
5989                         md_gen = m->md.pv_gen;
5990                         rw_wunlock(lock);
5991                         PMAP_LOCK(pmap);
5992                         rw_wlock(lock);
5993                         if (pvh_gen != pvh->pv_gen || md_gen != m->md.pv_gen) {
5994                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
5995                                 goto retry;
5996                         }
5997                 }
5998                 PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
5999                 pde = pmap_pde(pmap, pv->pv_va);
6000                 KASSERT((*pde & PG_PS) == 0,
6001                     ("pmap_ts_referenced: found a 2mpage in page %p's pv list",
6002                     m));
6003                 pte = pmap_pde_to_pte(pde, pv->pv_va);
6004                 if ((*pte & PG_A) != 0) {
6005                         if (safe_to_clear_referenced(pmap, *pte)) {
6006                                 atomic_clear_long(pte, PG_A);
6007                                 pmap_invalidate_page(pmap, pv->pv_va);
6008                                 cleared++;
6009                         } else if ((*pte & PG_W) == 0) {
6010                                 /*
6011                                  * Wired pages cannot be paged out so
6012                                  * doing accessed bit emulation for
6013                                  * them is wasted effort. We do the
6014                                  * hard work for unwired pages only.
6015                                  */
6016                                 pmap_remove_pte(pmap, pte, pv->pv_va,
6017                                     *pde, &free, &lock);
6018                                 pmap_invalidate_page(pmap, pv->pv_va);
6019                                 cleared++;
6020                                 if (pvf == pv)
6021                                         pvf = NULL;
6022                                 pv = NULL;
6023                                 KASSERT(lock == VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m),
6024                                     ("inconsistent pv lock %p %p for page %p",
6025                                     lock, VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m), m));
6026                         } else
6027                                 not_cleared++;
6028                 }
6029                 PMAP_UNLOCK(pmap);
6030                 /* Rotate the PV list if it has more than one entry. */
6031                 if (pv != NULL && TAILQ_NEXT(pv, pv_next) != NULL) {
6032                         TAILQ_REMOVE(&m->md.pv_list, pv, pv_next);
6033                         TAILQ_INSERT_TAIL(&m->md.pv_list, pv, pv_next);
6034                         m->md.pv_gen++;
6035                 }
6036         } while ((pv = TAILQ_FIRST(&m->md.pv_list)) != pvf && cleared +
6037             not_cleared < PMAP_TS_REFERENCED_MAX);
6038 out:
6039         rw_wunlock(lock);
6040         pmap_free_zero_pages(&free);
6041         return (cleared + not_cleared);
6042 }
6043
6044 /*
6045  *      Apply the given advice to the specified range of addresses within the
6046  *      given pmap.  Depending on the advice, clear the referenced and/or
6047  *      modified flags in each mapping and set the mapped page's dirty field.
6048  */
6049 void
6050 pmap_advise(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva, int advice)
6051 {
6052         struct rwlock *lock;
6053         pml4_entry_t *pml4e;
6054         pdp_entry_t *pdpe;
6055         pd_entry_t oldpde, *pde;
6056         pt_entry_t *pte, PG_A, PG_G, PG_M, PG_RW, PG_V;
6057         vm_offset_t va_next;
6058         vm_page_t m;
6059         boolean_t anychanged;
6060
6061         if (advice != MADV_DONTNEED && advice != MADV_FREE)
6062                 return;
6063         pmap_delayed_invl_started();
6064
6065         /*
6066          * A/D bit emulation requires an alternate code path when clearing
6067          * the modified and accessed bits below. Since this function is
6068          * advisory in nature we skip it entirely for pmaps that require
6069          * A/D bit emulation.
6070          */
6071         if (pmap_emulate_ad_bits(pmap))
6072                 return;
6073
6074         PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
6075         PG_G = pmap_global_bit(pmap);
6076         PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
6077         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
6078         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
6079         anychanged = FALSE;
6080         PMAP_LOCK(pmap);
6081         for (; sva < eva; sva = va_next) {
6082                 pml4e = pmap_pml4e(pmap, sva);
6083                 if ((*pml4e & PG_V) == 0) {
6084                         va_next = (sva + NBPML4) & ~PML4MASK;
6085                         if (va_next < sva)
6086                                 va_next = eva;
6087                         continue;
6088                 }
6089                 pdpe = pmap_pml4e_to_pdpe(pml4e, sva);
6090                 if ((*pdpe & PG_V) == 0) {
6091                         va_next = (sva + NBPDP) & ~PDPMASK;
6092                         if (va_next < sva)
6093                                 va_next = eva;
6094                         continue;
6095                 }
6096                 va_next = (sva + NBPDR) & ~PDRMASK;
6097                 if (va_next < sva)
6098                         va_next = eva;
6099                 pde = pmap_pdpe_to_pde(pdpe, sva);
6100                 oldpde = *pde;
6101                 if ((oldpde & PG_V) == 0)
6102                         continue;
6103                 else if ((oldpde & PG_PS) != 0) {
6104                         if ((oldpde & PG_MANAGED) == 0)
6105                                 continue;
6106                         lock = NULL;
6107                         if (!pmap_demote_pde_locked(pmap, pde, sva, &lock)) {
6108                                 if (lock != NULL)
6109                                         rw_wunlock(lock);
6110
6111                                 /*
6112                                  * The large page mapping was destroyed.
6113                                  */
6114                                 continue;
6115                         }
6116
6117                         /*
6118                          * Unless the page mappings are wired, remove the
6119                          * mapping to a single page so that a subsequent
6120                          * access may repromote.  Since the underlying page
6121                          * table page is fully populated, this removal never
6122                          * frees a page table page.
6123                          */
6124                         if ((oldpde & PG_W) == 0) {
6125                                 pte = pmap_pde_to_pte(pde, sva);
6126                                 KASSERT((*pte & PG_V) != 0,
6127                                     ("pmap_advise: invalid PTE"));
6128                                 pmap_remove_pte(pmap, pte, sva, *pde, NULL,
6129                                     &lock);
6130                                 anychanged = TRUE;
6131                         }
6132                         if (lock != NULL)
6133                                 rw_wunlock(lock);
6134                 }
6135                 if (va_next > eva)
6136                         va_next = eva;
6137                 for (pte = pmap_pde_to_pte(pde, sva); sva != va_next; pte++,
6138                     sva += PAGE_SIZE) {
6139                         if ((*pte & (PG_MANAGED | PG_V)) != (PG_MANAGED |
6140                             PG_V))
6141                                 continue;
6142                         else if ((*pte & (PG_M | PG_RW)) == (PG_M | PG_RW)) {
6143                                 if (advice == MADV_DONTNEED) {
6144                                         /*
6145                                          * Future calls to pmap_is_modified()
6146                                          * can be avoided by making the page
6147                                          * dirty now.
6148                                          */
6149                                         m = PHYS_TO_VM_PAGE(*pte & PG_FRAME);
6150                                         vm_page_dirty(m);
6151                                 }
6152                                 atomic_clear_long(pte, PG_M | PG_A);
6153                         } else if ((*pte & PG_A) != 0)
6154                                 atomic_clear_long(pte, PG_A);
6155                         else
6156                                 continue;
6157                         if ((*pte & PG_G) != 0)
6158                                 pmap_invalidate_page(pmap, sva);
6159                         else
6160                                 anychanged = TRUE;
6161                 }
6162         }
6163         if (anychanged)
6164                 pmap_invalidate_all(pmap);
6165         PMAP_UNLOCK(pmap);
6166         pmap_delayed_invl_finished();
6167 }
6168
6169 /*
6170  *      Clear the modify bits on the specified physical page.
6171  */
6172 void
6173 pmap_clear_modify(vm_page_t m)
6174 {
6175         struct md_page *pvh;
6176         pmap_t pmap;
6177         pv_entry_t next_pv, pv;
6178         pd_entry_t oldpde, *pde;
6179         pt_entry_t oldpte, *pte, PG_M, PG_RW, PG_V;
6180         struct rwlock *lock;
6181         vm_offset_t va;
6182         int md_gen, pvh_gen;
6183
6184         KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
6185             ("pmap_clear_modify: page %p is not managed", m));
6186         VM_OBJECT_ASSERT_WLOCKED(m->object);
6187         KASSERT(!vm_page_xbusied(m),
6188             ("pmap_clear_modify: page %p is exclusive busied", m));
6189
6190         /*
6191          * If the page is not PGA_WRITEABLE, then no PTEs can have PG_M set.
6192          * If the object containing the page is locked and the page is not
6193          * exclusive busied, then PGA_WRITEABLE cannot be concurrently set.
6194          */
6195         if ((m->aflags & PGA_WRITEABLE) == 0)
6196                 return;
6197         pvh = pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
6198         lock = VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m);
6199         rw_wlock(lock);
6200 restart:
6201         if ((m->flags & PG_FICTITIOUS) != 0)
6202                 goto small_mappings;
6203         TAILQ_FOREACH_SAFE(pv, &pvh->pv_list, pv_next, next_pv) {
6204                 pmap = PV_PMAP(pv);
6205                 if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
6206                         pvh_gen = pvh->pv_gen;
6207                         rw_wunlock(lock);
6208                         PMAP_LOCK(pmap);
6209                         rw_wlock(lock);
6210                         if (pvh_gen != pvh->pv_gen) {
6211                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
6212                                 goto restart;
6213                         }
6214                 }
6215                 PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
6216                 PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
6217                 PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
6218                 va = pv->pv_va;
6219                 pde = pmap_pde(pmap, va);
6220                 oldpde = *pde;
6221                 if ((oldpde & PG_RW) != 0) {
6222                         if (pmap_demote_pde_locked(pmap, pde, va, &lock)) {
6223                                 if ((oldpde & PG_W) == 0) {
6224                                         /*
6225                                          * Write protect the mapping to a
6226                                          * single page so that a subsequent
6227                                          * write access may repromote.
6228                                          */
6229                                         va += VM_PAGE_TO_PHYS(m) - (oldpde &
6230                                             PG_PS_FRAME);
6231                                         pte = pmap_pde_to_pte(pde, va);
6232                                         oldpte = *pte;
6233                                         if ((oldpte & PG_V) != 0) {
6234                                                 while (!atomic_cmpset_long(pte,
6235                                                     oldpte,
6236                                                     oldpte & ~(PG_M | PG_RW)))
6237                                                         oldpte = *pte;
6238                                                 vm_page_dirty(m);
6239                                                 pmap_invalidate_page(pmap, va);
6240                                         }
6241                                 }
6242                         }
6243                 }
6244                 PMAP_UNLOCK(pmap);
6245         }
6246 small_mappings:
6247         TAILQ_FOREACH(pv, &m->md.pv_list, pv_next) {
6248                 pmap = PV_PMAP(pv);
6249                 if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
6250                         md_gen = m->md.pv_gen;
6251                         pvh_gen = pvh->pv_gen;
6252                         rw_wunlock(lock);
6253                         PMAP_LOCK(pmap);
6254                         rw_wlock(lock);
6255                         if (pvh_gen != pvh->pv_gen || md_gen != m->md.pv_gen) {
6256                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
6257                                 goto restart;
6258                         }
6259                 }
6260                 PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
6261                 PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
6262                 pde = pmap_pde(pmap, pv->pv_va);
6263                 KASSERT((*pde & PG_PS) == 0, ("pmap_clear_modify: found"
6264                     " a 2mpage in page %p's pv list", m));
6265                 pte = pmap_pde_to_pte(pde, pv->pv_va);
6266                 if ((*pte & (PG_M | PG_RW)) == (PG_M | PG_RW)) {
6267                         atomic_clear_long(pte, PG_M);
6268                         pmap_invalidate_page(pmap, pv->pv_va);
6269                 }
6270                 PMAP_UNLOCK(pmap);
6271         }
6272         rw_wunlock(lock);
6273 }
6274
6275 /*
6276  * Miscellaneous support routines follow
6277  */
6278
6279 /* Adjust the cache mode for a 4KB page mapped via a PTE. */
6280 static __inline void
6281 pmap_pte_attr(pt_entry_t *pte, int cache_bits, int mask)
6282 {
6283         u_int opte, npte;
6284
6285         /*
6286          * The cache mode bits are all in the low 32-bits of the
6287          * PTE, so we can just spin on updating the low 32-bits.
6288          */
6289         do {
6290                 opte = *(u_int *)pte;
6291                 npte = opte & ~mask;
6292                 npte |= cache_bits;
6293         } while (npte != opte && !atomic_cmpset_int((u_int *)pte, opte, npte));
6294 }
6295
6296 /* Adjust the cache mode for a 2MB page mapped via a PDE. */
6297 static __inline void
6298 pmap_pde_attr(pd_entry_t *pde, int cache_bits, int mask)
6299 {
6300         u_int opde, npde;
6301
6302         /*
6303          * The cache mode bits are all in the low 32-bits of the
6304          * PDE, so we can just spin on updating the low 32-bits.
6305          */
6306         do {
6307                 opde = *(u_int *)pde;
6308                 npde = opde & ~mask;
6309                 npde |= cache_bits;
6310         } while (npde != opde && !atomic_cmpset_int((u_int *)pde, opde, npde));
6311 }
6312
6313 /*
6314  * Map a set of physical memory pages into the kernel virtual
6315  * address space. Return a pointer to where it is mapped. This
6316  * routine is intended to be used for mapping device memory,
6317  * NOT real memory.
6318  */
6319 void *
6320 pmap_mapdev_attr(vm_paddr_t pa, vm_size_t size, int mode)
6321 {
6322         struct pmap_preinit_mapping *ppim;
6323         vm_offset_t va, offset;
6324         vm_size_t tmpsize;
6325         int i;
6326
6327         offset = pa & PAGE_MASK;
6328         size = round_page(offset + size);
6329         pa = trunc_page(pa);
6330
6331         if (!pmap_initialized) {
6332                 va = 0;
6333                 for (i = 0; i < PMAP_PREINIT_MAPPING_COUNT; i++) {
6334                         ppim = pmap_preinit_mapping + i;
6335                         if (ppim->va == 0) {
6336                                 ppim->pa = pa;
6337                                 ppim->sz = size;
6338                                 ppim->mode = mode;
6339                                 ppim->va = virtual_avail;
6340                                 virtual_avail += size;
6341                                 va = ppim->va;
6342                                 break;
6343                         }
6344                 }
6345                 if (va == 0)
6346                         panic("%s: too many preinit mappings", __func__);
6347         } else {
6348                 /*
6349                  * If we have a preinit mapping, re-use it.
6350                  */
6351                 for (i = 0; i < PMAP_PREINIT_MAPPING_COUNT; i++) {
6352                         ppim = pmap_preinit_mapping + i;
6353                         if (ppim->pa == pa && ppim->sz == size &&
6354                             ppim->mode == mode)
6355                                 return ((void *)(ppim->va + offset));
6356                 }
6357                 /*
6358                  * If the specified range of physical addresses fits within
6359                  * the direct map window, use the direct map.
6360                  */
6361                 if (pa < dmaplimit && pa + size < dmaplimit) {
6362                         va = PHYS_TO_DMAP(pa);
6363                         if (!pmap_change_attr(va, size, mode))
6364                                 return ((void *)(va + offset));
6365                 }
6366                 va = kva_alloc(size);
6367                 if (va == 0)
6368                         panic("%s: Couldn't allocate KVA", __func__);
6369         }
6370         for (tmpsize = 0; tmpsize < size; tmpsize += PAGE_SIZE)
6371                 pmap_kenter_attr(va + tmpsize, pa + tmpsize, mode);
6372         pmap_invalidate_range(kernel_pmap, va, va + tmpsize);
6373         pmap_invalidate_cache_range(va, va + tmpsize, FALSE);
6374         return ((void *)(va + offset));
6375 }
6376
6377 void *
6378 pmap_mapdev(vm_paddr_t pa, vm_size_t size)
6379 {
6380
6381         return (pmap_mapdev_attr(pa, size, PAT_UNCACHEABLE));
6382 }
6383
6384 void *
6385 pmap_mapbios(vm_paddr_t pa, vm_size_t size)
6386 {
6387
6388         return (pmap_mapdev_attr(pa, size, PAT_WRITE_BACK));
6389 }
6390
6391 void
6392 pmap_unmapdev(vm_offset_t va, vm_size_t size)
6393 {
6394         struct pmap_preinit_mapping *ppim;
6395         vm_offset_t offset;
6396         int i;
6397
6398         /* If we gave a direct map region in pmap_mapdev, do nothing */
6399         if (va >= DMAP_MIN_ADDRESS && va < DMAP_MAX_ADDRESS)
6400                 return;
6401         offset = va & PAGE_MASK;
6402         size = round_page(offset + size);
6403         va = trunc_page(va);
6404         for (i = 0; i < PMAP_PREINIT_MAPPING_COUNT; i++) {
6405                 ppim = pmap_preinit_mapping + i;
6406                 if (ppim->va == va && ppim->sz == size) {
6407                         if (pmap_initialized)
6408                                 return;
6409                         ppim->pa = 0;
6410                         ppim->va = 0;
6411                         ppim->sz = 0;
6412                         ppim->mode = 0;
6413                         if (va + size == virtual_avail)
6414                                 virtual_avail = va;
6415                         return;
6416                 }
6417         }
6418         if (pmap_initialized)
6419                 kva_free(va, size);
6420 }
6421
6422 /*
6423  * Tries to demote a 1GB page mapping.
6424  */
6425 static boolean_t
6426 pmap_demote_pdpe(pmap_t pmap, pdp_entry_t *pdpe, vm_offset_t va)
6427 {
6428         pdp_entry_t newpdpe, oldpdpe;
6429         pd_entry_t *firstpde, newpde, *pde;
6430         pt_entry_t PG_A, PG_M, PG_RW, PG_V;
6431         vm_paddr_t mpdepa;
6432         vm_page_t mpde;
6433
6434         PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
6435         PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
6436         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
6437         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
6438
6439         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
6440         oldpdpe = *pdpe;
6441         KASSERT((oldpdpe & (PG_PS | PG_V)) == (PG_PS | PG_V),
6442             ("pmap_demote_pdpe: oldpdpe is missing PG_PS and/or PG_V"));
6443         if ((mpde = vm_page_alloc(NULL, va >> PDPSHIFT, VM_ALLOC_INTERRUPT |
6444             VM_ALLOC_NOOBJ | VM_ALLOC_WIRED)) == NULL) {
6445                 CTR2(KTR_PMAP, "pmap_demote_pdpe: failure for va %#lx"
6446                     " in pmap %p", va, pmap);
6447                 return (FALSE);
6448         }
6449         mpdepa = VM_PAGE_TO_PHYS(mpde);
6450         firstpde = (pd_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(mpdepa);
6451         newpdpe = mpdepa | PG_M | PG_A | (oldpdpe & PG_U) | PG_RW | PG_V;
6452         KASSERT((oldpdpe & PG_A) != 0,
6453             ("pmap_demote_pdpe: oldpdpe is missing PG_A"));
6454         KASSERT((oldpdpe & (PG_M | PG_RW)) != PG_RW,
6455             ("pmap_demote_pdpe: oldpdpe is missing PG_M"));
6456         newpde = oldpdpe;
6457
6458         /*
6459          * Initialize the page directory page.
6460          */
6461         for (pde = firstpde; pde < firstpde + NPDEPG; pde++) {
6462                 *pde = newpde;
6463                 newpde += NBPDR;
6464         }
6465
6466         /*
6467          * Demote the mapping.
6468          */
6469         *pdpe = newpdpe;
6470
6471         /*
6472          * Invalidate a stale recursive mapping of the page directory page.
6473          */
6474         pmap_invalidate_page(pmap, (vm_offset_t)vtopde(va));
6475
6476         pmap_pdpe_demotions++;
6477         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_demote_pdpe: success for va %#lx"
6478             " in pmap %p", va, pmap);
6479         return (TRUE);
6480 }
6481
6482 /*
6483  * Sets the memory attribute for the specified page.
6484  */
6485 void
6486 pmap_page_set_memattr(vm_page_t m, vm_memattr_t ma)
6487 {
6488
6489         m->md.pat_mode = ma;
6490
6491         /*
6492          * If "m" is a normal page, update its direct mapping.  This update
6493          * can be relied upon to perform any cache operations that are
6494          * required for data coherence.
6495          */
6496         if ((m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0 &&
6497             pmap_change_attr(PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(m)), PAGE_SIZE,
6498             m->md.pat_mode))
6499                 panic("memory attribute change on the direct map failed");
6500 }
6501
6502 /*
6503  * Changes the specified virtual address range's memory type to that given by
6504  * the parameter "mode".  The specified virtual address range must be
6505  * completely contained within either the direct map or the kernel map.  If
6506  * the virtual address range is contained within the kernel map, then the
6507  * memory type for each of the corresponding ranges of the direct map is also
6508  * changed.  (The corresponding ranges of the direct map are those ranges that
6509  * map the same physical pages as the specified virtual address range.)  These
6510  * changes to the direct map are necessary because Intel describes the
6511  * behavior of their processors as "undefined" if two or more mappings to the
6512  * same physical page have different memory types.
6513  *
6514  * Returns zero if the change completed successfully, and either EINVAL or
6515  * ENOMEM if the change failed.  Specifically, EINVAL is returned if some part
6516  * of the virtual address range was not mapped, and ENOMEM is returned if
6517  * there was insufficient memory available to complete the change.  In the
6518  * latter case, the memory type may have been changed on some part of the
6519  * virtual address range or the direct map.
6520  */
6521 int
6522 pmap_change_attr(vm_offset_t va, vm_size_t size, int mode)
6523 {
6524         int error;
6525
6526         PMAP_LOCK(kernel_pmap);
6527         error = pmap_change_attr_locked(va, size, mode);
6528         PMAP_UNLOCK(kernel_pmap);
6529         return (error);
6530 }
6531
6532 static int
6533 pmap_change_attr_locked(vm_offset_t va, vm_size_t size, int mode)
6534 {
6535         vm_offset_t base, offset, tmpva;
6536         vm_paddr_t pa_start, pa_end;
6537         pdp_entry_t *pdpe;
6538         pd_entry_t *pde;
6539         pt_entry_t *pte;
6540         int cache_bits_pte, cache_bits_pde, error;
6541         boolean_t changed;
6542
6543         PMAP_LOCK_ASSERT(kernel_pmap, MA_OWNED);
6544         base = trunc_page(va);
6545         offset = va & PAGE_MASK;
6546         size = round_page(offset + size);
6547
6548         /*
6549          * Only supported on kernel virtual addresses, including the direct
6550          * map but excluding the recursive map.
6551          */
6552         if (base < DMAP_MIN_ADDRESS)
6553                 return (EINVAL);
6554
6555         cache_bits_pde = pmap_cache_bits(kernel_pmap, mode, 1);
6556         cache_bits_pte = pmap_cache_bits(kernel_pmap, mode, 0);
6557         changed = FALSE;
6558
6559         /*
6560          * Pages that aren't mapped aren't supported.  Also break down 2MB pages
6561          * into 4KB pages if required.
6562          */
6563         for (tmpva = base; tmpva < base + size; ) {
6564                 pdpe = pmap_pdpe(kernel_pmap, tmpva);
6565                 if (pdpe == NULL || *pdpe == 0)
6566                         return (EINVAL);
6567                 if (*pdpe & PG_PS) {
6568                         /*
6569                          * If the current 1GB page already has the required
6570                          * memory type, then we need not demote this page. Just
6571                          * increment tmpva to the next 1GB page frame.
6572                          */
6573                         if ((*pdpe & X86_PG_PDE_CACHE) == cache_bits_pde) {
6574                                 tmpva = trunc_1gpage(tmpva) + NBPDP;
6575                                 continue;
6576                         }
6577
6578                         /*
6579                          * If the current offset aligns with a 1GB page frame
6580                          * and there is at least 1GB left within the range, then
6581                          * we need not break down this page into 2MB pages.
6582                          */
6583                         if ((tmpva & PDPMASK) == 0 &&
6584                             tmpva + PDPMASK < base + size) {
6585                                 tmpva += NBPDP;
6586                                 continue;
6587                         }
6588                         if (!pmap_demote_pdpe(kernel_pmap, pdpe, tmpva))
6589                                 return (ENOMEM);
6590                 }
6591                 pde = pmap_pdpe_to_pde(pdpe, tmpva);
6592                 if (*pde == 0)
6593                         return (EINVAL);
6594                 if (*pde & PG_PS) {
6595                         /*
6596                          * If the current 2MB page already has the required
6597                          * memory type, then we need not demote this page. Just
6598                          * increment tmpva to the next 2MB page frame.
6599                          */
6600                         if ((*pde & X86_PG_PDE_CACHE) == cache_bits_pde) {
6601                                 tmpva = trunc_2mpage(tmpva) + NBPDR;
6602                                 continue;
6603                         }
6604
6605                         /*
6606                          * If the current offset aligns with a 2MB page frame
6607                          * and there is at least 2MB left within the range, then
6608                          * we need not break down this page into 4KB pages.
6609                          */
6610                         if ((tmpva & PDRMASK) == 0 &&
6611                             tmpva + PDRMASK < base + size) {
6612                                 tmpva += NBPDR;
6613                                 continue;
6614                         }
6615                         if (!pmap_demote_pde(kernel_pmap, pde, tmpva))
6616                                 return (ENOMEM);
6617                 }
6618                 pte = pmap_pde_to_pte(pde, tmpva);
6619                 if (*pte == 0)
6620                         return (EINVAL);
6621                 tmpva += PAGE_SIZE;
6622         }
6623         error = 0;
6624
6625         /*
6626          * Ok, all the pages exist, so run through them updating their
6627          * cache mode if required.
6628          */
6629         pa_start = pa_end = 0;
6630         for (tmpva = base; tmpva < base + size; ) {
6631                 pdpe = pmap_pdpe(kernel_pmap, tmpva);
6632                 if (*pdpe & PG_PS) {
6633                         if ((*pdpe & X86_PG_PDE_CACHE) != cache_bits_pde) {
6634                                 pmap_pde_attr(pdpe, cache_bits_pde,
6635                                     X86_PG_PDE_CACHE);
6636                                 changed = TRUE;
6637                         }
6638                         if (tmpva >= VM_MIN_KERNEL_ADDRESS &&
6639                             (*pdpe & PG_PS_FRAME) < dmaplimit) {
6640                                 if (pa_start == pa_end) {
6641                                         /* Start physical address run. */
6642                                         pa_start = *pdpe & PG_PS_FRAME;
6643                                         pa_end = pa_start + NBPDP;
6644                                 } else if (pa_end == (*pdpe & PG_PS_FRAME))
6645                                         pa_end += NBPDP;
6646                                 else {
6647                                         /* Run ended, update direct map. */
6648                                         error = pmap_change_attr_locked(
6649                                             PHYS_TO_DMAP(pa_start),
6650                                             pa_end - pa_start, mode);
6651                                         if (error != 0)
6652                                                 break;
6653                                         /* Start physical address run. */
6654                                         pa_start = *pdpe & PG_PS_FRAME;
6655                                         pa_end = pa_start + NBPDP;
6656                                 }
6657                         }
6658                         tmpva = trunc_1gpage(tmpva) + NBPDP;
6659                         continue;
6660                 }
6661                 pde = pmap_pdpe_to_pde(pdpe, tmpva);
6662                 if (*pde & PG_PS) {
6663                         if ((*pde & X86_PG_PDE_CACHE) != cache_bits_pde) {
6664                                 pmap_pde_attr(pde, cache_bits_pde,
6665                                     X86_PG_PDE_CACHE);
6666                                 changed = TRUE;
6667                         }
6668                         if (tmpva >= VM_MIN_KERNEL_ADDRESS &&
6669                             (*pde & PG_PS_FRAME) < dmaplimit) {
6670                                 if (pa_start == pa_end) {
6671                                         /* Start physical address run. */
6672                                         pa_start = *pde & PG_PS_FRAME;
6673                                         pa_end = pa_start + NBPDR;
6674                                 } else if (pa_end == (*pde & PG_PS_FRAME))
6675                                         pa_end += NBPDR;
6676                                 else {
6677                                         /* Run ended, update direct map. */
6678                                         error = pmap_change_attr_locked(
6679                                             PHYS_TO_DMAP(pa_start),
6680                                             pa_end - pa_start, mode);
6681                                         if (error != 0)
6682                                                 break;
6683                                         /* Start physical address run. */
6684                                         pa_start = *pde & PG_PS_FRAME;
6685                                         pa_end = pa_start + NBPDR;
6686                                 }
6687                         }
6688                         tmpva = trunc_2mpage(tmpva) + NBPDR;
6689                 } else {
6690                         pte = pmap_pde_to_pte(pde, tmpva);
6691                         if ((*pte & X86_PG_PTE_CACHE) != cache_bits_pte) {
6692                                 pmap_pte_attr(pte, cache_bits_pte,
6693                                     X86_PG_PTE_CACHE);
6694                                 changed = TRUE;
6695                         }
6696                         if (tmpva >= VM_MIN_KERNEL_ADDRESS &&
6697                             (*pte & PG_PS_FRAME) < dmaplimit) {
6698                                 if (pa_start == pa_end) {
6699                                         /* Start physical address run. */
6700                                         pa_start = *pte & PG_FRAME;
6701                                         pa_end = pa_start + PAGE_SIZE;
6702                                 } else if (pa_end == (*pte & PG_FRAME))
6703                                         pa_end += PAGE_SIZE;
6704                                 else {
6705                                         /* Run ended, update direct map. */
6706                                         error = pmap_change_attr_locked(
6707                                             PHYS_TO_DMAP(pa_start),
6708                                             pa_end - pa_start, mode);
6709                                         if (error != 0)
6710                                                 break;
6711                                         /* Start physical address run. */
6712                                         pa_start = *pte & PG_FRAME;
6713                                         pa_end = pa_start + PAGE_SIZE;
6714                                 }
6715                         }
6716                         tmpva += PAGE_SIZE;
6717                 }
6718         }
6719         if (error == 0 && pa_start != pa_end)
6720                 error = pmap_change_attr_locked(PHYS_TO_DMAP(pa_start),
6721                     pa_end - pa_start, mode);
6722
6723         /*
6724          * Flush CPU caches if required to make sure any data isn't cached that
6725          * shouldn't be, etc.
6726          */
6727         if (changed) {
6728                 pmap_invalidate_range(kernel_pmap, base, tmpva);
6729                 pmap_invalidate_cache_range(base, tmpva, FALSE);
6730         }
6731         return (error);
6732 }
6733
6734 /*
6735  * Demotes any mapping within the direct map region that covers more than the
6736  * specified range of physical addresses.  This range's size must be a power
6737  * of two and its starting address must be a multiple of its size.  Since the
6738  * demotion does not change any attributes of the mapping, a TLB invalidation
6739  * is not mandatory.  The caller may, however, request a TLB invalidation.
6740  */
6741 void
6742 pmap_demote_DMAP(vm_paddr_t base, vm_size_t len, boolean_t invalidate)
6743 {
6744         pdp_entry_t *pdpe;
6745         pd_entry_t *pde;
6746         vm_offset_t va;
6747         boolean_t changed;
6748
6749         if (len == 0)
6750                 return;
6751         KASSERT(powerof2(len), ("pmap_demote_DMAP: len is not a power of 2"));
6752         KASSERT((base & (len - 1)) == 0,
6753             ("pmap_demote_DMAP: base is not a multiple of len"));
6754         if (len < NBPDP && base < dmaplimit) {
6755                 va = PHYS_TO_DMAP(base);
6756                 changed = FALSE;
6757                 PMAP_LOCK(kernel_pmap);
6758                 pdpe = pmap_pdpe(kernel_pmap, va);
6759                 if ((*pdpe & X86_PG_V) == 0)
6760                         panic("pmap_demote_DMAP: invalid PDPE");
6761                 if ((*pdpe & PG_PS) != 0) {
6762                         if (!pmap_demote_pdpe(kernel_pmap, pdpe, va))
6763                                 panic("pmap_demote_DMAP: PDPE failed");
6764                         changed = TRUE;
6765                 }
6766                 if (len < NBPDR) {
6767                         pde = pmap_pdpe_to_pde(pdpe, va);
6768                         if ((*pde & X86_PG_V) == 0)
6769                                 panic("pmap_demote_DMAP: invalid PDE");
6770                         if ((*pde & PG_PS) != 0) {
6771                                 if (!pmap_demote_pde(kernel_pmap, pde, va))
6772                                         panic("pmap_demote_DMAP: PDE failed");
6773                                 changed = TRUE;
6774                         }
6775                 }
6776                 if (changed && invalidate)
6777                         pmap_invalidate_page(kernel_pmap, va);
6778                 PMAP_UNLOCK(kernel_pmap);
6779         }
6780 }
6781
6782 /*
6783  * perform the pmap work for mincore
6784  */
6785 int
6786 pmap_mincore(pmap_t pmap, vm_offset_t addr, vm_paddr_t *locked_pa)
6787 {
6788         pd_entry_t *pdep;
6789         pt_entry_t pte, PG_A, PG_M, PG_RW, PG_V;
6790         vm_paddr_t pa;
6791         int val;
6792
6793         PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
6794         PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
6795         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
6796         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
6797
6798         PMAP_LOCK(pmap);
6799 retry:
6800         pdep = pmap_pde(pmap, addr);
6801         if (pdep != NULL && (*pdep & PG_V)) {
6802                 if (*pdep & PG_PS) {
6803                         pte = *pdep;
6804                         /* Compute the physical address of the 4KB page. */
6805                         pa = ((*pdep & PG_PS_FRAME) | (addr & PDRMASK)) &
6806                             PG_FRAME;
6807                         val = MINCORE_SUPER;
6808                 } else {
6809                         pte = *pmap_pde_to_pte(pdep, addr);
6810                         pa = pte & PG_FRAME;
6811                         val = 0;
6812                 }
6813         } else {
6814                 pte = 0;
6815                 pa = 0;
6816                 val = 0;
6817         }
6818         if ((pte & PG_V) != 0) {
6819                 val |= MINCORE_INCORE;
6820                 if ((pte & (PG_M | PG_RW)) == (PG_M | PG_RW))
6821                         val |= MINCORE_MODIFIED | MINCORE_MODIFIED_OTHER;
6822                 if ((pte & PG_A) != 0)
6823                         val |= MINCORE_REFERENCED | MINCORE_REFERENCED_OTHER;
6824         }
6825         if ((val & (MINCORE_MODIFIED_OTHER | MINCORE_REFERENCED_OTHER)) !=
6826             (MINCORE_MODIFIED_OTHER | MINCORE_REFERENCED_OTHER) &&
6827             (pte & (PG_MANAGED | PG_V)) == (PG_MANAGED | PG_V)) {
6828                 /* Ensure that "PHYS_TO_VM_PAGE(pa)->object" doesn't change. */
6829                 if (vm_page_pa_tryrelock(pmap, pa, locked_pa))
6830                         goto retry;
6831         } else
6832                 PA_UNLOCK_COND(*locked_pa);
6833         PMAP_UNLOCK(pmap);
6834         return (val);
6835 }
6836
6837 static uint64_t
6838 pmap_pcid_alloc(pmap_t pmap, u_int cpuid)
6839 {
6840         uint32_t gen, new_gen, pcid_next;
6841
6842         CRITICAL_ASSERT(curthread);
6843         gen = PCPU_GET(pcid_gen);
6844         if (pmap->pm_pcids[cpuid].pm_pcid == PMAP_PCID_KERN ||
6845             pmap->pm_pcids[cpuid].pm_gen == gen)
6846                 return (CR3_PCID_SAVE);
6847         pcid_next = PCPU_GET(pcid_next);
6848         KASSERT(pcid_next <= PMAP_PCID_OVERMAX, ("cpu %d pcid_next %#x",
6849             cpuid, pcid_next));
6850         if (pcid_next == PMAP_PCID_OVERMAX) {
6851                 new_gen = gen + 1;
6852                 if (new_gen == 0)
6853                         new_gen = 1;
6854                 PCPU_SET(pcid_gen, new_gen);
6855                 pcid_next = PMAP_PCID_KERN + 1;
6856         } else {
6857                 new_gen = gen;
6858         }
6859         pmap->pm_pcids[cpuid].pm_pcid = pcid_next;
6860         pmap->pm_pcids[cpuid].pm_gen = new_gen;
6861         PCPU_SET(pcid_next, pcid_next + 1);
6862         return (0);
6863 }
6864
6865 void
6866 pmap_activate_sw(struct thread *td)
6867 {
6868         pmap_t oldpmap, pmap;
6869         uint64_t cached, cr3;
6870         u_int cpuid;
6871
6872         oldpmap = PCPU_GET(curpmap);
6873         pmap = vmspace_pmap(td->td_proc->p_vmspace);
6874         if (oldpmap == pmap)
6875                 return;
6876         cpuid = PCPU_GET(cpuid);
6877 #ifdef SMP
6878         CPU_SET_ATOMIC(cpuid, &pmap->pm_active);
6879 #else
6880         CPU_SET(cpuid, &pmap->pm_active);
6881 #endif
6882         cr3 = rcr3();
6883         if (pmap_pcid_enabled) {
6884                 cached = pmap_pcid_alloc(pmap, cpuid);
6885                 KASSERT(pmap->pm_pcids[cpuid].pm_pcid >= 0 &&
6886                     pmap->pm_pcids[cpuid].pm_pcid < PMAP_PCID_OVERMAX,
6887                     ("pmap %p cpu %d pcid %#x", pmap, cpuid,
6888                     pmap->pm_pcids[cpuid].pm_pcid));
6889                 KASSERT(pmap->pm_pcids[cpuid].pm_pcid != PMAP_PCID_KERN ||
6890                     pmap == kernel_pmap,
6891                     ("non-kernel pmap thread %p pmap %p cpu %d pcid %#x",
6892                     td, pmap, cpuid, pmap->pm_pcids[cpuid].pm_pcid));
6893                 if (!cached || (cr3 & ~CR3_PCID_MASK) != pmap->pm_cr3) {
6894                         load_cr3(pmap->pm_cr3 | pmap->pm_pcids[cpuid].pm_pcid |
6895                             cached);
6896                         if (cached)
6897                                 PCPU_INC(pm_save_cnt);
6898                 }
6899         } else if (cr3 != pmap->pm_cr3) {
6900                 load_cr3(pmap->pm_cr3);
6901         }
6902         PCPU_SET(curpmap, pmap);
6903 #ifdef SMP
6904         CPU_CLR_ATOMIC(cpuid, &oldpmap->pm_active);
6905 #else
6906         CPU_CLR(cpuid, &oldpmap->pm_active);
6907 #endif
6908 }
6909
6910 void
6911 pmap_activate(struct thread *td)
6912 {
6913
6914         critical_enter();
6915         pmap_activate_sw(td);
6916         critical_exit();
6917 }
6918
6919 void
6920 pmap_sync_icache(pmap_t pm, vm_offset_t va, vm_size_t sz)
6921 {
6922 }
6923
6924 /*
6925  *      Increase the starting virtual address of the given mapping if a
6926  *      different alignment might result in more superpage mappings.
6927  */
6928 void
6929 pmap_align_superpage(vm_object_t object, vm_ooffset_t offset,
6930     vm_offset_t *addr, vm_size_t size)
6931 {
6932         vm_offset_t superpage_offset;
6933
6934         if (size < NBPDR)
6935                 return;
6936         if (object != NULL && (object->flags & OBJ_COLORED) != 0)
6937                 offset += ptoa(object->pg_color);
6938         superpage_offset = offset & PDRMASK;
6939         if (size - ((NBPDR - superpage_offset) & PDRMASK) < NBPDR ||
6940             (*addr & PDRMASK) == superpage_offset)
6941                 return;
6942         if ((*addr & PDRMASK) < superpage_offset)
6943                 *addr = (*addr & ~PDRMASK) + superpage_offset;
6944         else
6945                 *addr = ((*addr + PDRMASK) & ~PDRMASK) + superpage_offset;
6946 }
6947
6948 #ifdef INVARIANTS
6949 static unsigned long num_dirty_emulations;
6950 SYSCTL_ULONG(_vm_pmap, OID_AUTO, num_dirty_emulations, CTLFLAG_RW,
6951              &num_dirty_emulations, 0, NULL);
6952
6953 static unsigned long num_accessed_emulations;
6954 SYSCTL_ULONG(_vm_pmap, OID_AUTO, num_accessed_emulations, CTLFLAG_RW,
6955              &num_accessed_emulations, 0, NULL);
6956
6957 static unsigned long num_superpage_accessed_emulations;
6958 SYSCTL_ULONG(_vm_pmap, OID_AUTO, num_superpage_accessed_emulations, CTLFLAG_RW,
6959              &num_superpage_accessed_emulations, 0, NULL);
6960
6961 static unsigned long ad_emulation_superpage_promotions;
6962 SYSCTL_ULONG(_vm_pmap, OID_AUTO, ad_emulation_superpage_promotions, CTLFLAG_RW,
6963              &ad_emulation_superpage_promotions, 0, NULL);
6964 #endif  /* INVARIANTS */
6965
6966 int
6967 pmap_emulate_accessed_dirty(pmap_t pmap, vm_offset_t va, int ftype)
6968 {
6969         int rv;
6970         struct rwlock *lock;
6971         vm_page_t m, mpte;
6972         pd_entry_t *pde;
6973         pt_entry_t *pte, PG_A, PG_M, PG_RW, PG_V;
6974
6975         KASSERT(ftype == VM_PROT_READ || ftype == VM_PROT_WRITE,
6976             ("pmap_emulate_accessed_dirty: invalid fault type %d", ftype));
6977
6978         if (!pmap_emulate_ad_bits(pmap))
6979                 return (-1);
6980
6981         PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
6982         PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
6983         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
6984         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
6985
6986         rv = -1;
6987         lock = NULL;
6988         PMAP_LOCK(pmap);
6989
6990         pde = pmap_pde(pmap, va);
6991         if (pde == NULL || (*pde & PG_V) == 0)
6992                 goto done;
6993
6994         if ((*pde & PG_PS) != 0) {
6995                 if (ftype == VM_PROT_READ) {
6996 #ifdef INVARIANTS
6997                         atomic_add_long(&num_superpage_accessed_emulations, 1);
6998 #endif
6999                         *pde |= PG_A;
7000                         rv = 0;
7001                 }
7002                 goto done;
7003         }
7004
7005         pte = pmap_pde_to_pte(pde, va);
7006         if ((*pte & PG_V) == 0)
7007                 goto done;
7008
7009         if (ftype == VM_PROT_WRITE) {
7010                 if ((*pte & PG_RW) == 0)
7011                         goto done;
7012                 /*
7013                  * Set the modified and accessed bits simultaneously.
7014                  *
7015                  * Intel EPT PTEs that do software emulation of A/D bits map
7016                  * PG_A and PG_M to EPT_PG_READ and EPT_PG_WRITE respectively.
7017                  * An EPT misconfiguration is triggered if the PTE is writable
7018                  * but not readable (WR=10). This is avoided by setting PG_A
7019                  * and PG_M simultaneously.
7020                  */
7021                 *pte |= PG_M | PG_A;
7022         } else {
7023                 *pte |= PG_A;
7024         }
7025
7026         /* try to promote the mapping */
7027         if (va < VM_MAXUSER_ADDRESS)
7028                 mpte = PHYS_TO_VM_PAGE(*pde & PG_FRAME);
7029         else
7030                 mpte = NULL;
7031
7032         m = PHYS_TO_VM_PAGE(*pte & PG_FRAME);
7033
7034         if ((mpte == NULL || mpte->wire_count == NPTEPG) &&
7035             pmap_ps_enabled(pmap) &&
7036             (m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0 &&
7037             vm_reserv_level_iffullpop(m) == 0) {
7038                 pmap_promote_pde(pmap, pde, va, &lock);
7039 #ifdef INVARIANTS
7040                 atomic_add_long(&ad_emulation_superpage_promotions, 1);
7041 #endif
7042         }
7043 #ifdef INVARIANTS
7044         if (ftype == VM_PROT_WRITE)
7045                 atomic_add_long(&num_dirty_emulations, 1);
7046         else
7047                 atomic_add_long(&num_accessed_emulations, 1);
7048 #endif
7049         rv = 0;         /* success */
7050 done:
7051         if (lock != NULL)
7052                 rw_wunlock(lock);
7053         PMAP_UNLOCK(pmap);
7054         return (rv);
7055 }
7056
7057 void
7058 pmap_get_mapping(pmap_t pmap, vm_offset_t va, uint64_t *ptr, int *num)
7059 {
7060         pml4_entry_t *pml4;
7061         pdp_entry_t *pdp;
7062         pd_entry_t *pde;
7063         pt_entry_t *pte, PG_V;
7064         int idx;
7065
7066         idx = 0;
7067         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
7068         PMAP_LOCK(pmap);
7069
7070         pml4 = pmap_pml4e(pmap, va);
7071         ptr[idx++] = *pml4;
7072         if ((*pml4 & PG_V) == 0)
7073                 goto done;
7074
7075         pdp = pmap_pml4e_to_pdpe(pml4, va);
7076         ptr[idx++] = *pdp;
7077         if ((*pdp & PG_V) == 0 || (*pdp & PG_PS) != 0)
7078                 goto done;
7079
7080         pde = pmap_pdpe_to_pde(pdp, va);
7081         ptr[idx++] = *pde;
7082         if ((*pde & PG_V) == 0 || (*pde & PG_PS) != 0)
7083                 goto done;
7084
7085         pte = pmap_pde_to_pte(pde, va);
7086         ptr[idx++] = *pte;
7087
7088 done:
7089         PMAP_UNLOCK(pmap);
7090         *num = idx;
7091 }
7092
7093 /**
7094  * Get the kernel virtual address of a set of physical pages. If there are
7095  * physical addresses not covered by the DMAP perform a transient mapping
7096  * that will be removed when calling pmap_unmap_io_transient.
7097  *
7098  * \param page        The pages the caller wishes to obtain the virtual
7099  *                    address on the kernel memory map.
7100  * \param vaddr       On return contains the kernel virtual memory address
7101  *                    of the pages passed in the page parameter.
7102  * \param count       Number of pages passed in.
7103  * \param can_fault   TRUE if the thread using the mapped pages can take
7104  *                    page faults, FALSE otherwise.
7105  *
7106  * \returns TRUE if the caller must call pmap_unmap_io_transient when
7107  *          finished or FALSE otherwise.
7108  *
7109  */
7110 boolean_t
7111 pmap_map_io_transient(vm_page_t page[], vm_offset_t vaddr[], int count,
7112     boolean_t can_fault)
7113 {
7114         vm_paddr_t paddr;
7115         boolean_t needs_mapping;
7116         pt_entry_t *pte;
7117         int cache_bits, error, i;
7118
7119         /*
7120          * Allocate any KVA space that we need, this is done in a separate
7121          * loop to prevent calling vmem_alloc while pinned.
7122          */
7123         needs_mapping = FALSE;
7124         for (i = 0; i < count; i++) {
7125                 paddr = VM_PAGE_TO_PHYS(page[i]);
7126                 if (__predict_false(paddr >= dmaplimit)) {
7127                         error = vmem_alloc(kernel_arena, PAGE_SIZE,
7128                             M_BESTFIT | M_WAITOK, &vaddr[i]);
7129                         KASSERT(error == 0, ("vmem_alloc failed: %d", error));
7130                         needs_mapping = TRUE;
7131                 } else {
7132                         vaddr[i] = PHYS_TO_DMAP(paddr);
7133                 }
7134         }
7135
7136         /* Exit early if everything is covered by the DMAP */
7137         if (!needs_mapping)
7138                 return (FALSE);
7139
7140         /*
7141          * NB:  The sequence of updating a page table followed by accesses
7142          * to the corresponding pages used in the !DMAP case is subject to
7143          * the situation described in the "AMD64 Architecture Programmer's
7144          * Manual Volume 2: System Programming" rev. 3.23, "7.3.1 Special
7145          * Coherency Considerations".  Therefore, issuing the INVLPG right
7146          * after modifying the PTE bits is crucial.
7147          */
7148         if (!can_fault)
7149                 sched_pin();
7150         for (i = 0; i < count; i++) {
7151                 paddr = VM_PAGE_TO_PHYS(page[i]);
7152                 if (paddr >= dmaplimit) {
7153                         if (can_fault) {
7154                                 /*
7155                                  * Slow path, since we can get page faults
7156                                  * while mappings are active don't pin the
7157                                  * thread to the CPU and instead add a global
7158                                  * mapping visible to all CPUs.
7159                                  */
7160                                 pmap_qenter(vaddr[i], &page[i], 1);
7161                         } else {
7162                                 pte = vtopte(vaddr[i]);
7163                                 cache_bits = pmap_cache_bits(kernel_pmap,
7164                                     page[i]->md.pat_mode, 0);
7165                                 pte_store(pte, paddr | X86_PG_RW | X86_PG_V |
7166                                     cache_bits);
7167                                 invlpg(vaddr[i]);
7168                         }
7169                 }
7170         }
7171
7172         return (needs_mapping);
7173 }
7174
7175 void
7176 pmap_unmap_io_transient(vm_page_t page[], vm_offset_t vaddr[], int count,
7177     boolean_t can_fault)
7178 {
7179         vm_paddr_t paddr;
7180         int i;
7181
7182         if (!can_fault)
7183                 sched_unpin();
7184         for (i = 0; i < count; i++) {
7185                 paddr = VM_PAGE_TO_PHYS(page[i]);
7186                 if (paddr >= dmaplimit) {
7187                         if (can_fault)
7188                                 pmap_qremove(vaddr[i], 1);
7189                         vmem_free(kernel_arena, vaddr[i], PAGE_SIZE);
7190                 }
7191         }
7192 }
7193
7194 vm_offset_t
7195 pmap_quick_enter_page(vm_page_t m)
7196 {
7197         vm_paddr_t paddr;
7198
7199         paddr = VM_PAGE_TO_PHYS(m);
7200         if (paddr < dmaplimit)
7201                 return (PHYS_TO_DMAP(paddr));
7202         mtx_lock_spin(&qframe_mtx);
7203         KASSERT(*vtopte(qframe) == 0, ("qframe busy"));
7204         pte_store(vtopte(qframe), paddr | X86_PG_RW | X86_PG_V | X86_PG_A |
7205             X86_PG_M | pmap_cache_bits(kernel_pmap, m->md.pat_mode, 0));
7206         return (qframe);
7207 }
7208
7209 void
7210 pmap_quick_remove_page(vm_offset_t addr)
7211 {
7212
7213         if (addr != qframe)
7214                 return;
7215         pte_store(vtopte(qframe), 0);
7216         invlpg(qframe);
7217         mtx_unlock_spin(&qframe_mtx);
7218 }
7219
7220 #include "opt_ddb.h"
7221 #ifdef DDB
7222 #include <ddb/ddb.h>
7223
7224 DB_SHOW_COMMAND(pte, pmap_print_pte)
7225 {
7226         pmap_t pmap;
7227         pml4_entry_t *pml4;
7228         pdp_entry_t *pdp;
7229         pd_entry_t *pde;
7230         pt_entry_t *pte, PG_V;
7231         vm_offset_t va;
7232
7233         if (have_addr) {
7234                 va = (vm_offset_t)addr;
7235                 pmap = PCPU_GET(curpmap); /* XXX */
7236         } else {
7237                 db_printf("show pte addr\n");
7238                 return;
7239         }
7240         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
7241         pml4 = pmap_pml4e(pmap, va);
7242         db_printf("VA %#016lx pml4e %#016lx", va, *pml4);
7243         if ((*pml4 & PG_V) == 0) {
7244                 db_printf("\n");
7245                 return;
7246         }
7247         pdp = pmap_pml4e_to_pdpe(pml4, va);
7248         db_printf(" pdpe %#016lx", *pdp);
7249         if ((*pdp & PG_V) == 0 || (*pdp & PG_PS) != 0) {
7250                 db_printf("\n");
7251                 return;
7252         }
7253         pde = pmap_pdpe_to_pde(pdp, va);
7254         db_printf(" pde %#016lx", *pde);
7255         if ((*pde & PG_V) == 0 || (*pde & PG_PS) != 0) {
7256                 db_printf("\n");
7257                 return;
7258         }
7259         pte = pmap_pde_to_pte(pde, va);
7260         db_printf(" pte %#016lx\n", *pte);
7261 }
7262
7263 DB_SHOW_COMMAND(phys2dmap, pmap_phys2dmap)
7264 {
7265         vm_paddr_t a;
7266
7267         if (have_addr) {
7268                 a = (vm_paddr_t)addr;
7269                 db_printf("0x%jx\n", (uintmax_t)PHYS_TO_DMAP(a));
7270         } else {
7271                 db_printf("show phys2dmap addr\n");
7272         }
7273 }
7274 #endif