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