]> CyberLeo.Net >> Repos - FreeBSD/FreeBSD.git/blob - sys/amd64/amd64/pmap.c
ntp: import ntp-4.2.8p17
[FreeBSD/FreeBSD.git] / sys / amd64 / amd64 / pmap.c
1 /*-
2  * SPDX-License-Identifier: BSD-4-Clause
3  *
4  * Copyright (c) 1991 Regents of the University of California.
5  * All rights reserved.
6  * Copyright (c) 1994 John S. Dyson
7  * All rights reserved.
8  * Copyright (c) 1994 David Greenman
9  * All rights reserved.
10  * Copyright (c) 2003 Peter Wemm
11  * All rights reserved.
12  * Copyright (c) 2005-2010 Alan L. Cox <alc@cs.rice.edu>
13  * All rights reserved.
14  *
15  * This code is derived from software contributed to Berkeley by
16  * the Systems Programming Group of the University of Utah Computer
17  * Science Department and William Jolitz of UUNET Technologies Inc.
18  *
19  * Redistribution and use in source and binary forms, with or without
20  * modification, are permitted provided that the following conditions
21  * are met:
22  * 1. Redistributions of source code must retain the above copyright
23  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer.
24  * 2. Redistributions in binary form must reproduce the above copyright
25  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer in the
26  *    documentation and/or other materials provided with the distribution.
27  * 3. All advertising materials mentioning features or use of this software
28  *    must display the following acknowledgement:
29  *      This product includes software developed by the University of
30  *      California, Berkeley and its contributors.
31  * 4. Neither the name of the University nor the names of its contributors
32  *    may be used to endorse or promote products derived from this software
33  *    without specific prior written permission.
34  *
35  * THIS SOFTWARE IS PROVIDED BY THE REGENTS AND CONTRIBUTORS ``AS IS'' AND
36  * ANY EXPRESS OR IMPLIED WARRANTIES, INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, THE
37  * IMPLIED WARRANTIES OF MERCHANTABILITY AND FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE
38  * ARE DISCLAIMED.  IN NO EVENT SHALL THE REGENTS OR CONTRIBUTORS BE LIABLE
39  * FOR ANY DIRECT, INDIRECT, INCIDENTAL, SPECIAL, EXEMPLARY, OR CONSEQUENTIAL
40  * DAMAGES (INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, PROCUREMENT OF SUBSTITUTE GOODS
41  * OR SERVICES; LOSS OF USE, DATA, OR PROFITS; OR BUSINESS INTERRUPTION)
42  * HOWEVER CAUSED AND ON ANY THEORY OF LIABILITY, WHETHER IN CONTRACT, STRICT
43  * LIABILITY, OR TORT (INCLUDING NEGLIGENCE OR OTHERWISE) ARISING IN ANY WAY
44  * OUT OF THE USE OF THIS SOFTWARE, EVEN IF ADVISED OF THE POSSIBILITY OF
45  * SUCH DAMAGE.
46  *
47  *      from:   @(#)pmap.c      7.7 (Berkeley)  5/12/91
48  */
49 /*-
50  * Copyright (c) 2003 Networks Associates Technology, Inc.
51  * Copyright (c) 2014-2020 The FreeBSD Foundation
52  * All rights reserved.
53  *
54  * This software was developed for the FreeBSD Project by Jake Burkholder,
55  * Safeport Network Services, and Network Associates Laboratories, the
56  * Security Research Division of Network Associates, Inc. under
57  * DARPA/SPAWAR contract N66001-01-C-8035 ("CBOSS"), as part of the DARPA
58  * CHATS research program.
59  *
60  * Portions of this software were developed by
61  * Konstantin Belousov <kib@FreeBSD.org> under sponsorship from
62  * the FreeBSD Foundation.
63  *
64  * Redistribution and use in source and binary forms, with or without
65  * modification, are permitted provided that the following conditions
66  * are met:
67  * 1. Redistributions of source code must retain the above copyright
68  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer.
69  * 2. Redistributions in binary form must reproduce the above copyright
70  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer in the
71  *    documentation and/or other materials provided with the distribution.
72  *
73  * THIS SOFTWARE IS PROVIDED BY THE AUTHOR AND CONTRIBUTORS ``AS IS'' AND
74  * ANY EXPRESS OR IMPLIED WARRANTIES, INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, THE
75  * IMPLIED WARRANTIES OF MERCHANTABILITY AND FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE
76  * ARE DISCLAIMED.  IN NO EVENT SHALL THE AUTHOR OR CONTRIBUTORS BE LIABLE
77  * FOR ANY DIRECT, INDIRECT, INCIDENTAL, SPECIAL, EXEMPLARY, OR CONSEQUENTIAL
78  * DAMAGES (INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, PROCUREMENT OF SUBSTITUTE GOODS
79  * OR SERVICES; LOSS OF USE, DATA, OR PROFITS; OR BUSINESS INTERRUPTION)
80  * HOWEVER CAUSED AND ON ANY THEORY OF LIABILITY, WHETHER IN CONTRACT, STRICT
81  * LIABILITY, OR TORT (INCLUDING NEGLIGENCE OR OTHERWISE) ARISING IN ANY WAY
82  * OUT OF THE USE OF THIS SOFTWARE, EVEN IF ADVISED OF THE POSSIBILITY OF
83  * SUCH DAMAGE.
84  */
85
86 #define AMD64_NPT_AWARE
87
88 #include <sys/cdefs.h>
89 __FBSDID("$FreeBSD$");
90
91 /*
92  *      Manages physical address maps.
93  *
94  *      Since the information managed by this module is
95  *      also stored by the logical address mapping module,
96  *      this module may throw away valid virtual-to-physical
97  *      mappings at almost any time.  However, invalidations
98  *      of virtual-to-physical mappings must be done as
99  *      requested.
100  *
101  *      In order to cope with hardware architectures which
102  *      make virtual-to-physical map invalidates expensive,
103  *      this module may delay invalidate or reduced protection
104  *      operations until such time as they are actually
105  *      necessary.  This module is given full information as
106  *      to which processors are currently using which maps,
107  *      and to when physical maps must be made correct.
108  */
109
110 #include "opt_ddb.h"
111 #include "opt_pmap.h"
112 #include "opt_vm.h"
113
114 #include <sys/param.h>
115 #include <sys/asan.h>
116 #include <sys/bitstring.h>
117 #include <sys/bus.h>
118 #include <sys/systm.h>
119 #include <sys/counter.h>
120 #include <sys/kernel.h>
121 #include <sys/ktr.h>
122 #include <sys/lock.h>
123 #include <sys/malloc.h>
124 #include <sys/mman.h>
125 #include <sys/msan.h>
126 #include <sys/mutex.h>
127 #include <sys/proc.h>
128 #include <sys/rangeset.h>
129 #include <sys/rwlock.h>
130 #include <sys/sbuf.h>
131 #include <sys/smr.h>
132 #include <sys/sx.h>
133 #include <sys/turnstile.h>
134 #include <sys/vmem.h>
135 #include <sys/vmmeter.h>
136 #include <sys/sched.h>
137 #include <sys/sysctl.h>
138 #include <sys/smp.h>
139 #ifdef DDB
140 #include <sys/kdb.h>
141 #include <ddb/ddb.h>
142 #endif
143
144 #include <vm/vm.h>
145 #include <vm/vm_param.h>
146 #include <vm/vm_kern.h>
147 #include <vm/vm_page.h>
148 #include <vm/vm_map.h>
149 #include <vm/vm_object.h>
150 #include <vm/vm_extern.h>
151 #include <vm/vm_pageout.h>
152 #include <vm/vm_pager.h>
153 #include <vm/vm_phys.h>
154 #include <vm/vm_radix.h>
155 #include <vm/vm_reserv.h>
156 #include <vm/vm_dumpset.h>
157 #include <vm/uma.h>
158
159 #include <machine/asan.h>
160 #include <machine/intr_machdep.h>
161 #include <x86/apicvar.h>
162 #include <x86/ifunc.h>
163 #include <machine/cpu.h>
164 #include <machine/cputypes.h>
165 #include <machine/md_var.h>
166 #include <machine/msan.h>
167 #include <machine/pcb.h>
168 #include <machine/specialreg.h>
169 #ifdef SMP
170 #include <machine/smp.h>
171 #endif
172 #include <machine/sysarch.h>
173 #include <machine/tss.h>
174
175 #ifdef NUMA
176 #define PMAP_MEMDOM     MAXMEMDOM
177 #else
178 #define PMAP_MEMDOM     1
179 #endif
180
181 static __inline boolean_t
182 pmap_type_guest(pmap_t pmap)
183 {
184
185         return ((pmap->pm_type == PT_EPT) || (pmap->pm_type == PT_RVI));
186 }
187
188 static __inline boolean_t
189 pmap_emulate_ad_bits(pmap_t pmap)
190 {
191
192         return ((pmap->pm_flags & PMAP_EMULATE_AD_BITS) != 0);
193 }
194
195 static __inline pt_entry_t
196 pmap_valid_bit(pmap_t pmap)
197 {
198         pt_entry_t mask;
199
200         switch (pmap->pm_type) {
201         case PT_X86:
202         case PT_RVI:
203                 mask = X86_PG_V;
204                 break;
205         case PT_EPT:
206                 if (pmap_emulate_ad_bits(pmap))
207                         mask = EPT_PG_EMUL_V;
208                 else
209                         mask = EPT_PG_READ;
210                 break;
211         default:
212                 panic("pmap_valid_bit: invalid pm_type %d", pmap->pm_type);
213         }
214
215         return (mask);
216 }
217
218 static __inline pt_entry_t
219 pmap_rw_bit(pmap_t pmap)
220 {
221         pt_entry_t mask;
222
223         switch (pmap->pm_type) {
224         case PT_X86:
225         case PT_RVI:
226                 mask = X86_PG_RW;
227                 break;
228         case PT_EPT:
229                 if (pmap_emulate_ad_bits(pmap))
230                         mask = EPT_PG_EMUL_RW;
231                 else
232                         mask = EPT_PG_WRITE;
233                 break;
234         default:
235                 panic("pmap_rw_bit: invalid pm_type %d", pmap->pm_type);
236         }
237
238         return (mask);
239 }
240
241 static pt_entry_t pg_g;
242
243 static __inline pt_entry_t
244 pmap_global_bit(pmap_t pmap)
245 {
246         pt_entry_t mask;
247
248         switch (pmap->pm_type) {
249         case PT_X86:
250                 mask = pg_g;
251                 break;
252         case PT_RVI:
253         case PT_EPT:
254                 mask = 0;
255                 break;
256         default:
257                 panic("pmap_global_bit: invalid pm_type %d", pmap->pm_type);
258         }
259
260         return (mask);
261 }
262
263 static __inline pt_entry_t
264 pmap_accessed_bit(pmap_t pmap)
265 {
266         pt_entry_t mask;
267
268         switch (pmap->pm_type) {
269         case PT_X86:
270         case PT_RVI:
271                 mask = X86_PG_A;
272                 break;
273         case PT_EPT:
274                 if (pmap_emulate_ad_bits(pmap))
275                         mask = EPT_PG_READ;
276                 else
277                         mask = EPT_PG_A;
278                 break;
279         default:
280                 panic("pmap_accessed_bit: invalid pm_type %d", pmap->pm_type);
281         }
282
283         return (mask);
284 }
285
286 static __inline pt_entry_t
287 pmap_modified_bit(pmap_t pmap)
288 {
289         pt_entry_t mask;
290
291         switch (pmap->pm_type) {
292         case PT_X86:
293         case PT_RVI:
294                 mask = X86_PG_M;
295                 break;
296         case PT_EPT:
297                 if (pmap_emulate_ad_bits(pmap))
298                         mask = EPT_PG_WRITE;
299                 else
300                         mask = EPT_PG_M;
301                 break;
302         default:
303                 panic("pmap_modified_bit: invalid pm_type %d", pmap->pm_type);
304         }
305
306         return (mask);
307 }
308
309 static __inline pt_entry_t
310 pmap_pku_mask_bit(pmap_t pmap)
311 {
312
313         return (pmap->pm_type == PT_X86 ? X86_PG_PKU_MASK : 0);
314 }
315
316 #if !defined(DIAGNOSTIC)
317 #ifdef __GNUC_GNU_INLINE__
318 #define PMAP_INLINE     __attribute__((__gnu_inline__)) inline
319 #else
320 #define PMAP_INLINE     extern inline
321 #endif
322 #else
323 #define PMAP_INLINE
324 #endif
325
326 #ifdef PV_STATS
327 #define PV_STAT(x)      do { x ; } while (0)
328 #else
329 #define PV_STAT(x)      do { } while (0)
330 #endif
331
332 #undef pa_index
333 #ifdef NUMA
334 #define pa_index(pa)    ({                                      \
335         KASSERT((pa) <= vm_phys_segs[vm_phys_nsegs - 1].end,    \
336             ("address %lx beyond the last segment", (pa)));     \
337         (pa) >> PDRSHIFT;                                       \
338 })
339 #define pa_to_pmdp(pa)  (&pv_table[pa_index(pa)])
340 #define pa_to_pvh(pa)   (&(pa_to_pmdp(pa)->pv_page))
341 #define PHYS_TO_PV_LIST_LOCK(pa)        ({                      \
342         struct rwlock *_lock;                                   \
343         if (__predict_false((pa) > pmap_last_pa))               \
344                 _lock = &pv_dummy_large.pv_lock;                \
345         else                                                    \
346                 _lock = &(pa_to_pmdp(pa)->pv_lock);             \
347         _lock;                                                  \
348 })
349 #else
350 #define pa_index(pa)    ((pa) >> PDRSHIFT)
351 #define pa_to_pvh(pa)   (&pv_table[pa_index(pa)])
352
353 #define NPV_LIST_LOCKS  MAXCPU
354
355 #define PHYS_TO_PV_LIST_LOCK(pa)        \
356                         (&pv_list_locks[pa_index(pa) % NPV_LIST_LOCKS])
357 #endif
358
359 #define CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_PHYS(lockp, pa)  do {    \
360         struct rwlock **_lockp = (lockp);               \
361         struct rwlock *_new_lock;                       \
362                                                         \
363         _new_lock = PHYS_TO_PV_LIST_LOCK(pa);           \
364         if (_new_lock != *_lockp) {                     \
365                 if (*_lockp != NULL)                    \
366                         rw_wunlock(*_lockp);            \
367                 *_lockp = _new_lock;                    \
368                 rw_wlock(*_lockp);                      \
369         }                                               \
370 } while (0)
371
372 #define CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_VM_PAGE(lockp, m)        \
373                         CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_PHYS(lockp, VM_PAGE_TO_PHYS(m))
374
375 #define RELEASE_PV_LIST_LOCK(lockp)             do {    \
376         struct rwlock **_lockp = (lockp);               \
377                                                         \
378         if (*_lockp != NULL) {                          \
379                 rw_wunlock(*_lockp);                    \
380                 *_lockp = NULL;                         \
381         }                                               \
382 } while (0)
383
384 #define VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m)      \
385                         PHYS_TO_PV_LIST_LOCK(VM_PAGE_TO_PHYS(m))
386
387 /*
388  * Statically allocate kernel pmap memory.  However, memory for
389  * pm_pcids is obtained after the dynamic allocator is operational.
390  * Initialize it with a non-canonical pointer to catch early accesses
391  * regardless of the active mapping.
392  */
393 struct pmap kernel_pmap_store = {
394         .pm_pcidp = (void *)0xdeadbeefdeadbeef,
395 };
396
397 vm_offset_t virtual_avail;      /* VA of first avail page (after kernel bss) */
398 vm_offset_t virtual_end;        /* VA of last avail page (end of kernel AS) */
399
400 int nkpt;
401 SYSCTL_INT(_machdep, OID_AUTO, nkpt, CTLFLAG_RD, &nkpt, 0,
402     "Number of kernel page table pages allocated on bootup");
403
404 static int ndmpdp;
405 vm_paddr_t dmaplimit;
406 vm_offset_t kernel_vm_end = VM_MIN_KERNEL_ADDRESS;
407 pt_entry_t pg_nx;
408
409 static SYSCTL_NODE(_vm, OID_AUTO, pmap, CTLFLAG_RD | CTLFLAG_MPSAFE, 0,
410     "VM/pmap parameters");
411
412 static int pg_ps_enabled = 1;
413 SYSCTL_INT(_vm_pmap, OID_AUTO, pg_ps_enabled, CTLFLAG_RDTUN | CTLFLAG_NOFETCH,
414     &pg_ps_enabled, 0, "Are large page mappings enabled?");
415
416 int __read_frequently la57 = 0;
417 SYSCTL_INT(_vm_pmap, OID_AUTO, la57, CTLFLAG_RDTUN | CTLFLAG_NOFETCH,
418     &la57, 0,
419     "5-level paging for host is enabled");
420
421 static bool
422 pmap_is_la57(pmap_t pmap)
423 {
424         if (pmap->pm_type == PT_X86)
425                 return (la57);
426         return (false);         /* XXXKIB handle EPT */
427 }
428
429 #define PAT_INDEX_SIZE  8
430 static int pat_index[PAT_INDEX_SIZE];   /* cache mode to PAT index conversion */
431
432 static u_int64_t        KPTphys;        /* phys addr of kernel level 1 */
433 static u_int64_t        KPDphys;        /* phys addr of kernel level 2 */
434 static u_int64_t        KPDPphys;       /* phys addr of kernel level 3 */
435 u_int64_t               KPML4phys;      /* phys addr of kernel level 4 */
436 u_int64_t               KPML5phys;      /* phys addr of kernel level 5,
437                                            if supported */
438
439 #ifdef KASAN
440 static uint64_t         KASANPDPphys;
441 #endif
442 #ifdef KMSAN
443 static uint64_t         KMSANSHADPDPphys;
444 static uint64_t         KMSANORIGPDPphys;
445
446 /*
447  * To support systems with large amounts of memory, it is necessary to extend
448  * the maximum size of the direct map.  This could eat into the space reserved
449  * for the shadow map.
450  */
451 _Static_assert(DMPML4I + NDMPML4E <= KMSANSHADPML4I, "direct map overflow");
452 #endif
453
454 static pml4_entry_t     *kernel_pml4;
455 static u_int64_t        DMPDphys;       /* phys addr of direct mapped level 2 */
456 static u_int64_t        DMPDPphys;      /* phys addr of direct mapped level 3 */
457 static int              ndmpdpphys;     /* number of DMPDPphys pages */
458
459 vm_paddr_t              kernphys;       /* phys addr of start of bootstrap data */
460 vm_paddr_t              KERNend;        /* and the end */
461
462 /*
463  * pmap_mapdev support pre initialization (i.e. console)
464  */
465 #define PMAP_PREINIT_MAPPING_COUNT      8
466 static struct pmap_preinit_mapping {
467         vm_paddr_t      pa;
468         vm_offset_t     va;
469         vm_size_t       sz;
470         int             mode;
471 } pmap_preinit_mapping[PMAP_PREINIT_MAPPING_COUNT];
472 static int pmap_initialized;
473
474 /*
475  * Data for the pv entry allocation mechanism.
476  * Updates to pv_invl_gen are protected by the pv list lock but reads are not.
477  */
478 #ifdef NUMA
479 static __inline int
480 pc_to_domain(struct pv_chunk *pc)
481 {
482
483         return (vm_phys_domain(DMAP_TO_PHYS((vm_offset_t)pc)));
484 }
485 #else
486 static __inline int
487 pc_to_domain(struct pv_chunk *pc __unused)
488 {
489
490         return (0);
491 }
492 #endif
493
494 struct pv_chunks_list {
495         struct mtx pvc_lock;
496         TAILQ_HEAD(pch, pv_chunk) pvc_list;
497         int active_reclaims;
498 } __aligned(CACHE_LINE_SIZE);
499
500 struct pv_chunks_list __exclusive_cache_line pv_chunks[PMAP_MEMDOM];
501
502 #ifdef  NUMA
503 struct pmap_large_md_page {
504         struct rwlock   pv_lock;
505         struct md_page  pv_page;
506         u_long pv_invl_gen;
507 };
508 __exclusive_cache_line static struct pmap_large_md_page pv_dummy_large;
509 #define pv_dummy pv_dummy_large.pv_page
510 __read_mostly static struct pmap_large_md_page *pv_table;
511 __read_mostly vm_paddr_t pmap_last_pa;
512 #else
513 static struct rwlock __exclusive_cache_line pv_list_locks[NPV_LIST_LOCKS];
514 static u_long pv_invl_gen[NPV_LIST_LOCKS];
515 static struct md_page *pv_table;
516 static struct md_page pv_dummy;
517 #endif
518
519 /*
520  * All those kernel PT submaps that BSD is so fond of
521  */
522 pt_entry_t *CMAP1 = NULL;
523 caddr_t CADDR1 = 0;
524 static vm_offset_t qframe = 0;
525 static struct mtx qframe_mtx;
526
527 static int pmap_flags = PMAP_PDE_SUPERPAGE;     /* flags for x86 pmaps */
528
529 static vmem_t *large_vmem;
530 static u_int lm_ents;
531 #define PMAP_ADDRESS_IN_LARGEMAP(va)    ((va) >= LARGEMAP_MIN_ADDRESS && \
532         (va) < LARGEMAP_MIN_ADDRESS + NBPML4 * (u_long)lm_ents)
533
534 int pmap_pcid_enabled = 1;
535 SYSCTL_INT(_vm_pmap, OID_AUTO, pcid_enabled, CTLFLAG_RDTUN | CTLFLAG_NOFETCH,
536     &pmap_pcid_enabled, 0, "Is TLB Context ID enabled ?");
537 int invpcid_works = 0;
538 SYSCTL_INT(_vm_pmap, OID_AUTO, invpcid_works, CTLFLAG_RD, &invpcid_works, 0,
539     "Is the invpcid instruction available ?");
540 int pmap_pcid_invlpg_workaround = 0;
541 SYSCTL_INT(_vm_pmap, OID_AUTO, pcid_invlpg_workaround,
542     CTLFLAG_RDTUN | CTLFLAG_NOFETCH,
543     &pmap_pcid_invlpg_workaround, 0,
544     "Enable small core PCID/INVLPG workaround");
545 int pmap_pcid_invlpg_workaround_uena = 1;
546
547 int __read_frequently pti = 0;
548 SYSCTL_INT(_vm_pmap, OID_AUTO, pti, CTLFLAG_RDTUN | CTLFLAG_NOFETCH,
549     &pti, 0,
550     "Page Table Isolation enabled");
551 static vm_object_t pti_obj;
552 static pml4_entry_t *pti_pml4;
553 static vm_pindex_t pti_pg_idx;
554 static bool pti_finalized;
555
556 struct pmap_pkru_range {
557         struct rs_el    pkru_rs_el;
558         u_int           pkru_keyidx;
559         int             pkru_flags;
560 };
561
562 static uma_zone_t pmap_pkru_ranges_zone;
563 static bool pmap_pkru_same(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva);
564 static pt_entry_t pmap_pkru_get(pmap_t pmap, vm_offset_t va);
565 static void pmap_pkru_on_remove(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva);
566 static void *pkru_dup_range(void *ctx, void *data);
567 static void pkru_free_range(void *ctx, void *node);
568 static int pmap_pkru_copy(pmap_t dst_pmap, pmap_t src_pmap);
569 static int pmap_pkru_deassign(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva);
570 static void pmap_pkru_deassign_all(pmap_t pmap);
571
572 static COUNTER_U64_DEFINE_EARLY(pcid_save_cnt);
573 SYSCTL_COUNTER_U64(_vm_pmap, OID_AUTO, pcid_save_cnt, CTLFLAG_RD,
574     &pcid_save_cnt, "Count of saved TLB context on switch");
575
576 static LIST_HEAD(, pmap_invl_gen) pmap_invl_gen_tracker =
577     LIST_HEAD_INITIALIZER(&pmap_invl_gen_tracker);
578 static struct mtx invl_gen_mtx;
579 /* Fake lock object to satisfy turnstiles interface. */
580 static struct lock_object invl_gen_ts = {
581         .lo_name = "invlts",
582 };
583 static struct pmap_invl_gen pmap_invl_gen_head = {
584         .gen = 1,
585         .next = NULL,
586 };
587 static u_long pmap_invl_gen = 1;
588 static int pmap_invl_waiters;
589 static struct callout pmap_invl_callout;
590 static bool pmap_invl_callout_inited;
591
592 #define PMAP_ASSERT_NOT_IN_DI() \
593     KASSERT(pmap_not_in_di(), ("DI already started"))
594
595 static bool
596 pmap_di_locked(void)
597 {
598         int tun;
599
600         if ((cpu_feature2 & CPUID2_CX16) == 0)
601                 return (true);
602         tun = 0;
603         TUNABLE_INT_FETCH("vm.pmap.di_locked", &tun);
604         return (tun != 0);
605 }
606
607 static int
608 sysctl_pmap_di_locked(SYSCTL_HANDLER_ARGS)
609 {
610         int locked;
611
612         locked = pmap_di_locked();
613         return (sysctl_handle_int(oidp, &locked, 0, req));
614 }
615 SYSCTL_PROC(_vm_pmap, OID_AUTO, di_locked, CTLTYPE_INT | CTLFLAG_RDTUN |
616     CTLFLAG_MPSAFE, 0, 0, sysctl_pmap_di_locked, "",
617     "Locked delayed invalidation");
618
619 static bool pmap_not_in_di_l(void);
620 static bool pmap_not_in_di_u(void);
621 DEFINE_IFUNC(, bool, pmap_not_in_di, (void))
622 {
623
624         return (pmap_di_locked() ? pmap_not_in_di_l : pmap_not_in_di_u);
625 }
626
627 static bool
628 pmap_not_in_di_l(void)
629 {
630         struct pmap_invl_gen *invl_gen;
631
632         invl_gen = &curthread->td_md.md_invl_gen;
633         return (invl_gen->gen == 0);
634 }
635
636 static void
637 pmap_thread_init_invl_gen_l(struct thread *td)
638 {
639         struct pmap_invl_gen *invl_gen;
640
641         invl_gen = &td->td_md.md_invl_gen;
642         invl_gen->gen = 0;
643 }
644
645 static void
646 pmap_delayed_invl_wait_block(u_long *m_gen, u_long *invl_gen)
647 {
648         struct turnstile *ts;
649
650         ts = turnstile_trywait(&invl_gen_ts);
651         if (*m_gen > atomic_load_long(invl_gen))
652                 turnstile_wait(ts, NULL, TS_SHARED_QUEUE);
653         else
654                 turnstile_cancel(ts);
655 }
656
657 static void
658 pmap_delayed_invl_finish_unblock(u_long new_gen)
659 {
660         struct turnstile *ts;
661
662         turnstile_chain_lock(&invl_gen_ts);
663         ts = turnstile_lookup(&invl_gen_ts);
664         if (new_gen != 0)
665                 pmap_invl_gen = new_gen;
666         if (ts != NULL) {
667                 turnstile_broadcast(ts, TS_SHARED_QUEUE);
668                 turnstile_unpend(ts);
669         }
670         turnstile_chain_unlock(&invl_gen_ts);
671 }
672
673 /*
674  * Start a new Delayed Invalidation (DI) block of code, executed by
675  * the current thread.  Within a DI block, the current thread may
676  * destroy both the page table and PV list entries for a mapping and
677  * then release the corresponding PV list lock before ensuring that
678  * the mapping is flushed from the TLBs of any processors with the
679  * pmap active.
680  */
681 static void
682 pmap_delayed_invl_start_l(void)
683 {
684         struct pmap_invl_gen *invl_gen;
685         u_long currgen;
686
687         invl_gen = &curthread->td_md.md_invl_gen;
688         PMAP_ASSERT_NOT_IN_DI();
689         mtx_lock(&invl_gen_mtx);
690         if (LIST_EMPTY(&pmap_invl_gen_tracker))
691                 currgen = pmap_invl_gen;
692         else
693                 currgen = LIST_FIRST(&pmap_invl_gen_tracker)->gen;
694         invl_gen->gen = currgen + 1;
695         LIST_INSERT_HEAD(&pmap_invl_gen_tracker, invl_gen, link);
696         mtx_unlock(&invl_gen_mtx);
697 }
698
699 /*
700  * Finish the DI block, previously started by the current thread.  All
701  * required TLB flushes for the pages marked by
702  * pmap_delayed_invl_page() must be finished before this function is
703  * called.
704  *
705  * This function works by bumping the global DI generation number to
706  * the generation number of the current thread's DI, unless there is a
707  * pending DI that started earlier.  In the latter case, bumping the
708  * global DI generation number would incorrectly signal that the
709  * earlier DI had finished.  Instead, this function bumps the earlier
710  * DI's generation number to match the generation number of the
711  * current thread's DI.
712  */
713 static void
714 pmap_delayed_invl_finish_l(void)
715 {
716         struct pmap_invl_gen *invl_gen, *next;
717
718         invl_gen = &curthread->td_md.md_invl_gen;
719         KASSERT(invl_gen->gen != 0, ("missed invl_start"));
720         mtx_lock(&invl_gen_mtx);
721         next = LIST_NEXT(invl_gen, link);
722         if (next == NULL)
723                 pmap_delayed_invl_finish_unblock(invl_gen->gen);
724         else
725                 next->gen = invl_gen->gen;
726         LIST_REMOVE(invl_gen, link);
727         mtx_unlock(&invl_gen_mtx);
728         invl_gen->gen = 0;
729 }
730
731 static bool
732 pmap_not_in_di_u(void)
733 {
734         struct pmap_invl_gen *invl_gen;
735
736         invl_gen = &curthread->td_md.md_invl_gen;
737         return (((uintptr_t)invl_gen->next & PMAP_INVL_GEN_NEXT_INVALID) != 0);
738 }
739
740 static void
741 pmap_thread_init_invl_gen_u(struct thread *td)
742 {
743         struct pmap_invl_gen *invl_gen;
744
745         invl_gen = &td->td_md.md_invl_gen;
746         invl_gen->gen = 0;
747         invl_gen->next = (void *)PMAP_INVL_GEN_NEXT_INVALID;
748 }
749
750 static bool
751 pmap_di_load_invl(struct pmap_invl_gen *ptr, struct pmap_invl_gen *out)
752 {
753         uint64_t new_high, new_low, old_high, old_low;
754         char res;
755
756         old_low = new_low = 0;
757         old_high = new_high = (uintptr_t)0;
758
759         __asm volatile("lock;cmpxchg16b\t%1"
760             : "=@cce" (res), "+m" (*ptr), "+a" (old_low), "+d" (old_high)
761             : "b"(new_low), "c" (new_high)
762             : "memory", "cc");
763         if (res == 0) {
764                 if ((old_high & PMAP_INVL_GEN_NEXT_INVALID) != 0)
765                         return (false);
766                 out->gen = old_low;
767                 out->next = (void *)old_high;
768         } else {
769                 out->gen = new_low;
770                 out->next = (void *)new_high;
771         }
772         return (true);
773 }
774
775 static bool
776 pmap_di_store_invl(struct pmap_invl_gen *ptr, struct pmap_invl_gen *old_val,
777     struct pmap_invl_gen *new_val)
778 {
779         uint64_t new_high, new_low, old_high, old_low;
780         char res;
781
782         new_low = new_val->gen;
783         new_high = (uintptr_t)new_val->next;
784         old_low = old_val->gen;
785         old_high = (uintptr_t)old_val->next;
786
787         __asm volatile("lock;cmpxchg16b\t%1"
788             : "=@cce" (res), "+m" (*ptr), "+a" (old_low), "+d" (old_high)
789             : "b"(new_low), "c" (new_high)
790             : "memory", "cc");
791         return (res);
792 }
793
794 static COUNTER_U64_DEFINE_EARLY(pv_page_count);
795 SYSCTL_COUNTER_U64(_vm_pmap, OID_AUTO, pv_page_count, CTLFLAG_RD,
796     &pv_page_count, "Current number of allocated pv pages");
797
798 static COUNTER_U64_DEFINE_EARLY(user_pt_page_count);
799 SYSCTL_COUNTER_U64(_vm_pmap, OID_AUTO, user_pt_page_count, CTLFLAG_RD,
800     &user_pt_page_count,
801     "Current number of allocated page table pages for userspace");
802
803 static COUNTER_U64_DEFINE_EARLY(kernel_pt_page_count);
804 SYSCTL_COUNTER_U64(_vm_pmap, OID_AUTO, kernel_pt_page_count, CTLFLAG_RD,
805     &kernel_pt_page_count,
806     "Current number of allocated page table pages for the kernel");
807
808 #ifdef PV_STATS
809
810 static COUNTER_U64_DEFINE_EARLY(invl_start_restart);
811 SYSCTL_COUNTER_U64(_vm_pmap, OID_AUTO, invl_start_restart,
812     CTLFLAG_RD, &invl_start_restart,
813     "Number of delayed TLB invalidation request restarts");
814
815 static COUNTER_U64_DEFINE_EARLY(invl_finish_restart);
816 SYSCTL_COUNTER_U64(_vm_pmap, OID_AUTO, invl_finish_restart, CTLFLAG_RD,
817     &invl_finish_restart,
818     "Number of delayed TLB invalidation completion restarts");
819
820 static int invl_max_qlen;
821 SYSCTL_INT(_vm_pmap, OID_AUTO, invl_max_qlen, CTLFLAG_RD,
822     &invl_max_qlen, 0,
823     "Maximum delayed TLB invalidation request queue length");
824 #endif
825
826 #define di_delay        locks_delay
827
828 static void
829 pmap_delayed_invl_start_u(void)
830 {
831         struct pmap_invl_gen *invl_gen, *p, prev, new_prev;
832         struct thread *td;
833         struct lock_delay_arg lda;
834         uintptr_t prevl;
835         u_char pri;
836 #ifdef PV_STATS
837         int i, ii;
838 #endif
839
840         td = curthread;
841         invl_gen = &td->td_md.md_invl_gen;
842         PMAP_ASSERT_NOT_IN_DI();
843         lock_delay_arg_init(&lda, &di_delay);
844         invl_gen->saved_pri = 0;
845         pri = td->td_base_pri;
846         if (pri > PVM) {
847                 thread_lock(td);
848                 pri = td->td_base_pri;
849                 if (pri > PVM) {
850                         invl_gen->saved_pri = pri;
851                         sched_prio(td, PVM);
852                 }
853                 thread_unlock(td);
854         }
855 again:
856         PV_STAT(i = 0);
857         for (p = &pmap_invl_gen_head;; p = prev.next) {
858                 PV_STAT(i++);
859                 prevl = (uintptr_t)atomic_load_ptr(&p->next);
860                 if ((prevl & PMAP_INVL_GEN_NEXT_INVALID) != 0) {
861                         PV_STAT(counter_u64_add(invl_start_restart, 1));
862                         lock_delay(&lda);
863                         goto again;
864                 }
865                 if (prevl == 0)
866                         break;
867                 prev.next = (void *)prevl;
868         }
869 #ifdef PV_STATS
870         if ((ii = invl_max_qlen) < i)
871                 atomic_cmpset_int(&invl_max_qlen, ii, i);
872 #endif
873
874         if (!pmap_di_load_invl(p, &prev) || prev.next != NULL) {
875                 PV_STAT(counter_u64_add(invl_start_restart, 1));
876                 lock_delay(&lda);
877                 goto again;
878         }
879
880         new_prev.gen = prev.gen;
881         new_prev.next = invl_gen;
882         invl_gen->gen = prev.gen + 1;
883
884         /* Formal fence between store to invl->gen and updating *p. */
885         atomic_thread_fence_rel();
886
887         /*
888          * After inserting an invl_gen element with invalid bit set,
889          * this thread blocks any other thread trying to enter the
890          * delayed invalidation block.  Do not allow to remove us from
891          * the CPU, because it causes starvation for other threads.
892          */
893         critical_enter();
894
895         /*
896          * ABA for *p is not possible there, since p->gen can only
897          * increase.  So if the *p thread finished its di, then
898          * started a new one and got inserted into the list at the
899          * same place, its gen will appear greater than the previously
900          * read gen.
901          */
902         if (!pmap_di_store_invl(p, &prev, &new_prev)) {
903                 critical_exit();
904                 PV_STAT(counter_u64_add(invl_start_restart, 1));
905                 lock_delay(&lda);
906                 goto again;
907         }
908
909         /*
910          * There we clear PMAP_INVL_GEN_NEXT_INVALID in
911          * invl_gen->next, allowing other threads to iterate past us.
912          * pmap_di_store_invl() provides fence between the generation
913          * write and the update of next.
914          */
915         invl_gen->next = NULL;
916         critical_exit();
917 }
918
919 static bool
920 pmap_delayed_invl_finish_u_crit(struct pmap_invl_gen *invl_gen,
921     struct pmap_invl_gen *p)
922 {
923         struct pmap_invl_gen prev, new_prev;
924         u_long mygen;
925
926         /*
927          * Load invl_gen->gen after setting invl_gen->next
928          * PMAP_INVL_GEN_NEXT_INVALID.  This prevents larger
929          * generations to propagate to our invl_gen->gen.  Lock prefix
930          * in atomic_set_ptr() worked as seq_cst fence.
931          */
932         mygen = atomic_load_long(&invl_gen->gen);
933
934         if (!pmap_di_load_invl(p, &prev) || prev.next != invl_gen)
935                 return (false);
936
937         KASSERT(prev.gen < mygen,
938             ("invalid di gen sequence %lu %lu", prev.gen, mygen));
939         new_prev.gen = mygen;
940         new_prev.next = (void *)((uintptr_t)invl_gen->next &
941             ~PMAP_INVL_GEN_NEXT_INVALID);
942
943         /* Formal fence between load of prev and storing update to it. */
944         atomic_thread_fence_rel();
945
946         return (pmap_di_store_invl(p, &prev, &new_prev));
947 }
948
949 static void
950 pmap_delayed_invl_finish_u(void)
951 {
952         struct pmap_invl_gen *invl_gen, *p;
953         struct thread *td;
954         struct lock_delay_arg lda;
955         uintptr_t prevl;
956
957         td = curthread;
958         invl_gen = &td->td_md.md_invl_gen;
959         KASSERT(invl_gen->gen != 0, ("missed invl_start: gen 0"));
960         KASSERT(((uintptr_t)invl_gen->next & PMAP_INVL_GEN_NEXT_INVALID) == 0,
961             ("missed invl_start: INVALID"));
962         lock_delay_arg_init(&lda, &di_delay);
963
964 again:
965         for (p = &pmap_invl_gen_head; p != NULL; p = (void *)prevl) {
966                 prevl = (uintptr_t)atomic_load_ptr(&p->next);
967                 if ((prevl & PMAP_INVL_GEN_NEXT_INVALID) != 0) {
968                         PV_STAT(counter_u64_add(invl_finish_restart, 1));
969                         lock_delay(&lda);
970                         goto again;
971                 }
972                 if ((void *)prevl == invl_gen)
973                         break;
974         }
975
976         /*
977          * It is legitimate to not find ourself on the list if a
978          * thread before us finished its DI and started it again.
979          */
980         if (__predict_false(p == NULL)) {
981                 PV_STAT(counter_u64_add(invl_finish_restart, 1));
982                 lock_delay(&lda);
983                 goto again;
984         }
985
986         critical_enter();
987         atomic_set_ptr((uintptr_t *)&invl_gen->next,
988             PMAP_INVL_GEN_NEXT_INVALID);
989         if (!pmap_delayed_invl_finish_u_crit(invl_gen, p)) {
990                 atomic_clear_ptr((uintptr_t *)&invl_gen->next,
991                     PMAP_INVL_GEN_NEXT_INVALID);
992                 critical_exit();
993                 PV_STAT(counter_u64_add(invl_finish_restart, 1));
994                 lock_delay(&lda);
995                 goto again;
996         }
997         critical_exit();
998         if (atomic_load_int(&pmap_invl_waiters) > 0)
999                 pmap_delayed_invl_finish_unblock(0);
1000         if (invl_gen->saved_pri != 0) {
1001                 thread_lock(td);
1002                 sched_prio(td, invl_gen->saved_pri);
1003                 thread_unlock(td);
1004         }
1005 }
1006
1007 #ifdef DDB
1008 DB_SHOW_COMMAND(di_queue, pmap_di_queue)
1009 {
1010         struct pmap_invl_gen *p, *pn;
1011         struct thread *td;
1012         uintptr_t nextl;
1013         bool first;
1014
1015         for (p = &pmap_invl_gen_head, first = true; p != NULL; p = pn,
1016             first = false) {
1017                 nextl = (uintptr_t)atomic_load_ptr(&p->next);
1018                 pn = (void *)(nextl & ~PMAP_INVL_GEN_NEXT_INVALID);
1019                 td = first ? NULL : __containerof(p, struct thread,
1020                     td_md.md_invl_gen);
1021                 db_printf("gen %lu inv %d td %p tid %d\n", p->gen,
1022                     (nextl & PMAP_INVL_GEN_NEXT_INVALID) != 0, td,
1023                     td != NULL ? td->td_tid : -1);
1024         }
1025 }
1026 #endif
1027
1028 #ifdef PV_STATS
1029 static COUNTER_U64_DEFINE_EARLY(invl_wait);
1030 SYSCTL_COUNTER_U64(_vm_pmap, OID_AUTO, invl_wait,
1031     CTLFLAG_RD, &invl_wait,
1032     "Number of times DI invalidation blocked pmap_remove_all/write");
1033
1034 static COUNTER_U64_DEFINE_EARLY(invl_wait_slow);
1035 SYSCTL_COUNTER_U64(_vm_pmap, OID_AUTO, invl_wait_slow, CTLFLAG_RD,
1036      &invl_wait_slow, "Number of slow invalidation waits for lockless DI");
1037
1038 #endif
1039
1040 #ifdef NUMA
1041 static u_long *
1042 pmap_delayed_invl_genp(vm_page_t m)
1043 {
1044         vm_paddr_t pa;
1045         u_long *gen;
1046
1047         pa = VM_PAGE_TO_PHYS(m);
1048         if (__predict_false((pa) > pmap_last_pa))
1049                 gen = &pv_dummy_large.pv_invl_gen;
1050         else
1051                 gen = &(pa_to_pmdp(pa)->pv_invl_gen);
1052
1053         return (gen);
1054 }
1055 #else
1056 static u_long *
1057 pmap_delayed_invl_genp(vm_page_t m)
1058 {
1059
1060         return (&pv_invl_gen[pa_index(VM_PAGE_TO_PHYS(m)) % NPV_LIST_LOCKS]);
1061 }
1062 #endif
1063
1064 static void
1065 pmap_delayed_invl_callout_func(void *arg __unused)
1066 {
1067
1068         if (atomic_load_int(&pmap_invl_waiters) == 0)
1069                 return;
1070         pmap_delayed_invl_finish_unblock(0);
1071 }
1072
1073 static void
1074 pmap_delayed_invl_callout_init(void *arg __unused)
1075 {
1076
1077         if (pmap_di_locked())
1078                 return;
1079         callout_init(&pmap_invl_callout, 1);
1080         pmap_invl_callout_inited = true;
1081 }
1082 SYSINIT(pmap_di_callout, SI_SUB_CPU + 1, SI_ORDER_ANY,
1083     pmap_delayed_invl_callout_init, NULL);
1084
1085 /*
1086  * Ensure that all currently executing DI blocks, that need to flush
1087  * TLB for the given page m, actually flushed the TLB at the time the
1088  * function returned.  If the page m has an empty PV list and we call
1089  * pmap_delayed_invl_wait(), upon its return we know that no CPU has a
1090  * valid mapping for the page m in either its page table or TLB.
1091  *
1092  * This function works by blocking until the global DI generation
1093  * number catches up with the generation number associated with the
1094  * given page m and its PV list.  Since this function's callers
1095  * typically own an object lock and sometimes own a page lock, it
1096  * cannot sleep.  Instead, it blocks on a turnstile to relinquish the
1097  * processor.
1098  */
1099 static void
1100 pmap_delayed_invl_wait_l(vm_page_t m)
1101 {
1102         u_long *m_gen;
1103 #ifdef PV_STATS
1104         bool accounted = false;
1105 #endif
1106
1107         m_gen = pmap_delayed_invl_genp(m);
1108         while (*m_gen > pmap_invl_gen) {
1109 #ifdef PV_STATS
1110                 if (!accounted) {
1111                         counter_u64_add(invl_wait, 1);
1112                         accounted = true;
1113                 }
1114 #endif
1115                 pmap_delayed_invl_wait_block(m_gen, &pmap_invl_gen);
1116         }
1117 }
1118
1119 static void
1120 pmap_delayed_invl_wait_u(vm_page_t m)
1121 {
1122         u_long *m_gen;
1123         struct lock_delay_arg lda;
1124         bool fast;
1125
1126         fast = true;
1127         m_gen = pmap_delayed_invl_genp(m);
1128         lock_delay_arg_init(&lda, &di_delay);
1129         while (*m_gen > atomic_load_long(&pmap_invl_gen_head.gen)) {
1130                 if (fast || !pmap_invl_callout_inited) {
1131                         PV_STAT(counter_u64_add(invl_wait, 1));
1132                         lock_delay(&lda);
1133                         fast = false;
1134                 } else {
1135                         /*
1136                          * The page's invalidation generation number
1137                          * is still below the current thread's number.
1138                          * Prepare to block so that we do not waste
1139                          * CPU cycles or worse, suffer livelock.
1140                          *
1141                          * Since it is impossible to block without
1142                          * racing with pmap_delayed_invl_finish_u(),
1143                          * prepare for the race by incrementing
1144                          * pmap_invl_waiters and arming a 1-tick
1145                          * callout which will unblock us if we lose
1146                          * the race.
1147                          */
1148                         atomic_add_int(&pmap_invl_waiters, 1);
1149
1150                         /*
1151                          * Re-check the current thread's invalidation
1152                          * generation after incrementing
1153                          * pmap_invl_waiters, so that there is no race
1154                          * with pmap_delayed_invl_finish_u() setting
1155                          * the page generation and checking
1156                          * pmap_invl_waiters.  The only race allowed
1157                          * is for a missed unblock, which is handled
1158                          * by the callout.
1159                          */
1160                         if (*m_gen >
1161                             atomic_load_long(&pmap_invl_gen_head.gen)) {
1162                                 callout_reset(&pmap_invl_callout, 1,
1163                                     pmap_delayed_invl_callout_func, NULL);
1164                                 PV_STAT(counter_u64_add(invl_wait_slow, 1));
1165                                 pmap_delayed_invl_wait_block(m_gen,
1166                                     &pmap_invl_gen_head.gen);
1167                         }
1168                         atomic_add_int(&pmap_invl_waiters, -1);
1169                 }
1170         }
1171 }
1172
1173 DEFINE_IFUNC(, void, pmap_thread_init_invl_gen, (struct thread *))
1174 {
1175
1176         return (pmap_di_locked() ? pmap_thread_init_invl_gen_l :
1177             pmap_thread_init_invl_gen_u);
1178 }
1179
1180 DEFINE_IFUNC(static, void, pmap_delayed_invl_start, (void))
1181 {
1182
1183         return (pmap_di_locked() ? pmap_delayed_invl_start_l :
1184             pmap_delayed_invl_start_u);
1185 }
1186
1187 DEFINE_IFUNC(static, void, pmap_delayed_invl_finish, (void))
1188 {
1189
1190         return (pmap_di_locked() ? pmap_delayed_invl_finish_l :
1191             pmap_delayed_invl_finish_u);
1192 }
1193
1194 DEFINE_IFUNC(static, void, pmap_delayed_invl_wait, (vm_page_t))
1195 {
1196
1197         return (pmap_di_locked() ? pmap_delayed_invl_wait_l :
1198             pmap_delayed_invl_wait_u);
1199 }
1200
1201 /*
1202  * Mark the page m's PV list as participating in the current thread's
1203  * DI block.  Any threads concurrently using m's PV list to remove or
1204  * restrict all mappings to m will wait for the current thread's DI
1205  * block to complete before proceeding.
1206  *
1207  * The function works by setting the DI generation number for m's PV
1208  * list to at least the DI generation number of the current thread.
1209  * This forces a caller of pmap_delayed_invl_wait() to block until
1210  * current thread calls pmap_delayed_invl_finish().
1211  */
1212 static void
1213 pmap_delayed_invl_page(vm_page_t m)
1214 {
1215         u_long gen, *m_gen;
1216
1217         rw_assert(VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m), RA_WLOCKED);
1218         gen = curthread->td_md.md_invl_gen.gen;
1219         if (gen == 0)
1220                 return;
1221         m_gen = pmap_delayed_invl_genp(m);
1222         if (*m_gen < gen)
1223                 *m_gen = gen;
1224 }
1225
1226 /*
1227  * Crashdump maps.
1228  */
1229 static caddr_t crashdumpmap;
1230
1231 /*
1232  * Internal flags for pmap_enter()'s helper functions.
1233  */
1234 #define PMAP_ENTER_NORECLAIM    0x1000000       /* Don't reclaim PV entries. */
1235 #define PMAP_ENTER_NOREPLACE    0x2000000       /* Don't replace mappings. */
1236
1237 /*
1238  * Internal flags for pmap_mapdev_internal() and
1239  * pmap_change_props_locked().
1240  */
1241 #define MAPDEV_FLUSHCACHE       0x00000001      /* Flush cache after mapping. */
1242 #define MAPDEV_SETATTR          0x00000002      /* Modify existing attrs. */
1243 #define MAPDEV_ASSERTVALID      0x00000004      /* Assert mapping validity. */
1244
1245 TAILQ_HEAD(pv_chunklist, pv_chunk);
1246
1247 static void     free_pv_chunk(struct pv_chunk *pc);
1248 static void     free_pv_chunk_batch(struct pv_chunklist *batch);
1249 static void     free_pv_entry(pmap_t pmap, pv_entry_t pv);
1250 static pv_entry_t get_pv_entry(pmap_t pmap, struct rwlock **lockp);
1251 static int      popcnt_pc_map_pq(uint64_t *map);
1252 static vm_page_t reclaim_pv_chunk(pmap_t locked_pmap, struct rwlock **lockp);
1253 static void     reserve_pv_entries(pmap_t pmap, int needed,
1254                     struct rwlock **lockp);
1255 static void     pmap_pv_demote_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_paddr_t pa,
1256                     struct rwlock **lockp);
1257 static bool     pmap_pv_insert_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t pde,
1258                     u_int flags, struct rwlock **lockp);
1259 #if VM_NRESERVLEVEL > 0
1260 static void     pmap_pv_promote_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_paddr_t pa,
1261                     struct rwlock **lockp);
1262 #endif
1263 static void     pmap_pvh_free(struct md_page *pvh, pmap_t pmap, vm_offset_t va);
1264 static pv_entry_t pmap_pvh_remove(struct md_page *pvh, pmap_t pmap,
1265                     vm_offset_t va);
1266
1267 static void     pmap_abort_ptp(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t mpte);
1268 static int pmap_change_props_locked(vm_offset_t va, vm_size_t size,
1269     vm_prot_t prot, int mode, int flags);
1270 static boolean_t pmap_demote_pde(pmap_t pmap, pd_entry_t *pde, vm_offset_t va);
1271 static boolean_t pmap_demote_pde_locked(pmap_t pmap, pd_entry_t *pde,
1272     vm_offset_t va, struct rwlock **lockp);
1273 static boolean_t pmap_demote_pdpe(pmap_t pmap, pdp_entry_t *pdpe,
1274     vm_offset_t va);
1275 static int      pmap_enter_2mpage(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m,
1276                     vm_prot_t prot, struct rwlock **lockp);
1277 static int      pmap_enter_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t newpde,
1278                     u_int flags, vm_page_t m, struct rwlock **lockp);
1279 static vm_page_t pmap_enter_quick_locked(pmap_t pmap, vm_offset_t va,
1280     vm_page_t m, vm_prot_t prot, vm_page_t mpte, struct rwlock **lockp);
1281 static void pmap_fill_ptp(pt_entry_t *firstpte, pt_entry_t newpte);
1282 static int pmap_insert_pt_page(pmap_t pmap, vm_page_t mpte, bool promoted);
1283 static void pmap_invalidate_cache_range_selfsnoop(vm_offset_t sva,
1284     vm_offset_t eva);
1285 static void pmap_invalidate_cache_range_all(vm_offset_t sva,
1286     vm_offset_t eva);
1287 static void pmap_invalidate_pde_page(pmap_t pmap, vm_offset_t va,
1288                     pd_entry_t pde);
1289 static void pmap_kenter_attr(vm_offset_t va, vm_paddr_t pa, int mode);
1290 static vm_page_t pmap_large_map_getptp_unlocked(void);
1291 static vm_paddr_t pmap_large_map_kextract(vm_offset_t va);
1292 #if VM_NRESERVLEVEL > 0
1293 static void pmap_promote_pde(pmap_t pmap, pd_entry_t *pde, vm_offset_t va,
1294     vm_page_t mpte, struct rwlock **lockp);
1295 #endif
1296 static boolean_t pmap_protect_pde(pmap_t pmap, pd_entry_t *pde, vm_offset_t sva,
1297     vm_prot_t prot);
1298 static void pmap_pte_props(pt_entry_t *pte, u_long bits, u_long mask);
1299 static void pmap_pti_add_kva_locked(vm_offset_t sva, vm_offset_t eva,
1300     bool exec);
1301 static pdp_entry_t *pmap_pti_pdpe(vm_offset_t va);
1302 static pd_entry_t *pmap_pti_pde(vm_offset_t va);
1303 static void pmap_pti_wire_pte(void *pte);
1304 static int pmap_remove_pde(pmap_t pmap, pd_entry_t *pdq, vm_offset_t sva,
1305     struct spglist *free, struct rwlock **lockp);
1306 static int pmap_remove_pte(pmap_t pmap, pt_entry_t *ptq, vm_offset_t sva,
1307     pd_entry_t ptepde, struct spglist *free, struct rwlock **lockp);
1308 static vm_page_t pmap_remove_pt_page(pmap_t pmap, vm_offset_t va);
1309 static void pmap_remove_page(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t *pde,
1310     struct spglist *free);
1311 static bool     pmap_remove_ptes(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva,
1312                     pd_entry_t *pde, struct spglist *free,
1313                     struct rwlock **lockp);
1314 static boolean_t pmap_try_insert_pv_entry(pmap_t pmap, vm_offset_t va,
1315     vm_page_t m, struct rwlock **lockp);
1316 static void pmap_update_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t *pde,
1317     pd_entry_t newpde);
1318 static void pmap_update_pde_invalidate(pmap_t, vm_offset_t va, pd_entry_t pde);
1319
1320 static pd_entry_t *pmap_alloc_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t *pdpgp,
1321                 struct rwlock **lockp);
1322 static vm_page_t pmap_allocpte_alloc(pmap_t pmap, vm_pindex_t ptepindex,
1323                 struct rwlock **lockp, vm_offset_t va);
1324 static vm_page_t pmap_allocpte_nosleep(pmap_t pmap, vm_pindex_t ptepindex,
1325                 struct rwlock **lockp, vm_offset_t va);
1326 static vm_page_t pmap_allocpte(pmap_t pmap, vm_offset_t va,
1327                 struct rwlock **lockp);
1328
1329 static void _pmap_unwire_ptp(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m,
1330     struct spglist *free);
1331 static int pmap_unuse_pt(pmap_t, vm_offset_t, pd_entry_t, struct spglist *);
1332
1333 static vm_page_t pmap_alloc_pt_page(pmap_t, vm_pindex_t, int);
1334 static void pmap_free_pt_page(pmap_t, vm_page_t, bool);
1335
1336 /********************/
1337 /* Inline functions */
1338 /********************/
1339
1340 /*
1341  * Return a non-clipped indexes for a given VA, which are page table
1342  * pages indexes at the corresponding level.
1343  */
1344 static __inline vm_pindex_t
1345 pmap_pde_pindex(vm_offset_t va)
1346 {
1347         return (va >> PDRSHIFT);
1348 }
1349
1350 static __inline vm_pindex_t
1351 pmap_pdpe_pindex(vm_offset_t va)
1352 {
1353         return (NUPDE + (va >> PDPSHIFT));
1354 }
1355
1356 static __inline vm_pindex_t
1357 pmap_pml4e_pindex(vm_offset_t va)
1358 {
1359         return (NUPDE + NUPDPE + (va >> PML4SHIFT));
1360 }
1361
1362 static __inline vm_pindex_t
1363 pmap_pml5e_pindex(vm_offset_t va)
1364 {
1365         return (NUPDE + NUPDPE + NUPML4E + (va >> PML5SHIFT));
1366 }
1367
1368 static __inline pml4_entry_t *
1369 pmap_pml5e(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
1370 {
1371
1372         MPASS(pmap_is_la57(pmap));
1373         return (&pmap->pm_pmltop[pmap_pml5e_index(va)]);
1374 }
1375
1376 static __inline pml4_entry_t *
1377 pmap_pml5e_u(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
1378 {
1379
1380         MPASS(pmap_is_la57(pmap));
1381         return (&pmap->pm_pmltopu[pmap_pml5e_index(va)]);
1382 }
1383
1384 static __inline pml4_entry_t *
1385 pmap_pml5e_to_pml4e(pml5_entry_t *pml5e, vm_offset_t va)
1386 {
1387         pml4_entry_t *pml4e;
1388
1389         /* XXX MPASS(pmap_is_la57(pmap); */
1390         pml4e = (pml4_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(*pml5e & PG_FRAME);
1391         return (&pml4e[pmap_pml4e_index(va)]);
1392 }
1393
1394 /* Return a pointer to the PML4 slot that corresponds to a VA */
1395 static __inline pml4_entry_t *
1396 pmap_pml4e(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
1397 {
1398         pml5_entry_t *pml5e;
1399         pml4_entry_t *pml4e;
1400         pt_entry_t PG_V;
1401
1402         if (pmap_is_la57(pmap)) {
1403                 pml5e = pmap_pml5e(pmap, va);
1404                 PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
1405                 if ((*pml5e & PG_V) == 0)
1406                         return (NULL);
1407                 pml4e = (pml4_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(*pml5e & PG_FRAME);
1408         } else {
1409                 pml4e = pmap->pm_pmltop;
1410         }
1411         return (&pml4e[pmap_pml4e_index(va)]);
1412 }
1413
1414 static __inline pml4_entry_t *
1415 pmap_pml4e_u(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
1416 {
1417         MPASS(!pmap_is_la57(pmap));
1418         return (&pmap->pm_pmltopu[pmap_pml4e_index(va)]);
1419 }
1420
1421 /* Return a pointer to the PDP slot that corresponds to a VA */
1422 static __inline pdp_entry_t *
1423 pmap_pml4e_to_pdpe(pml4_entry_t *pml4e, vm_offset_t va)
1424 {
1425         pdp_entry_t *pdpe;
1426
1427         pdpe = (pdp_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(*pml4e & PG_FRAME);
1428         return (&pdpe[pmap_pdpe_index(va)]);
1429 }
1430
1431 /* Return a pointer to the PDP slot that corresponds to a VA */
1432 static __inline pdp_entry_t *
1433 pmap_pdpe(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
1434 {
1435         pml4_entry_t *pml4e;
1436         pt_entry_t PG_V;
1437
1438         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
1439         pml4e = pmap_pml4e(pmap, va);
1440         if (pml4e == NULL || (*pml4e & PG_V) == 0)
1441                 return (NULL);
1442         return (pmap_pml4e_to_pdpe(pml4e, va));
1443 }
1444
1445 /* Return a pointer to the PD slot that corresponds to a VA */
1446 static __inline pd_entry_t *
1447 pmap_pdpe_to_pde(pdp_entry_t *pdpe, vm_offset_t va)
1448 {
1449         pd_entry_t *pde;
1450
1451         KASSERT((*pdpe & PG_PS) == 0,
1452             ("%s: pdpe %#lx is a leaf", __func__, *pdpe));
1453         pde = (pd_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(*pdpe & PG_FRAME);
1454         return (&pde[pmap_pde_index(va)]);
1455 }
1456
1457 /* Return a pointer to the PD slot that corresponds to a VA */
1458 static __inline pd_entry_t *
1459 pmap_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
1460 {
1461         pdp_entry_t *pdpe;
1462         pt_entry_t PG_V;
1463
1464         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
1465         pdpe = pmap_pdpe(pmap, va);
1466         if (pdpe == NULL || (*pdpe & PG_V) == 0)
1467                 return (NULL);
1468         KASSERT((*pdpe & PG_PS) == 0,
1469             ("pmap_pde for 1G page, pmap %p va %#lx", pmap, va));
1470         return (pmap_pdpe_to_pde(pdpe, va));
1471 }
1472
1473 /* Return a pointer to the PT slot that corresponds to a VA */
1474 static __inline pt_entry_t *
1475 pmap_pde_to_pte(pd_entry_t *pde, vm_offset_t va)
1476 {
1477         pt_entry_t *pte;
1478
1479         KASSERT((*pde & PG_PS) == 0,
1480             ("%s: pde %#lx is a leaf", __func__, *pde));
1481         pte = (pt_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(*pde & PG_FRAME);
1482         return (&pte[pmap_pte_index(va)]);
1483 }
1484
1485 /* Return a pointer to the PT slot that corresponds to a VA */
1486 static __inline pt_entry_t *
1487 pmap_pte(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
1488 {
1489         pd_entry_t *pde;
1490         pt_entry_t PG_V;
1491
1492         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
1493         pde = pmap_pde(pmap, va);
1494         if (pde == NULL || (*pde & PG_V) == 0)
1495                 return (NULL);
1496         if ((*pde & PG_PS) != 0)        /* compat with i386 pmap_pte() */
1497                 return ((pt_entry_t *)pde);
1498         return (pmap_pde_to_pte(pde, va));
1499 }
1500
1501 static __inline void
1502 pmap_resident_count_adj(pmap_t pmap, int count)
1503 {
1504
1505         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
1506         KASSERT(pmap->pm_stats.resident_count + count >= 0,
1507             ("pmap %p resident count underflow %ld %d", pmap,
1508             pmap->pm_stats.resident_count, count));
1509         pmap->pm_stats.resident_count += count;
1510 }
1511
1512 static __inline void
1513 pmap_pt_page_count_pinit(pmap_t pmap, int count)
1514 {
1515         KASSERT(pmap->pm_stats.resident_count + count >= 0,
1516             ("pmap %p resident count underflow %ld %d", pmap,
1517             pmap->pm_stats.resident_count, count));
1518         pmap->pm_stats.resident_count += count;
1519 }
1520
1521 static __inline void
1522 pmap_pt_page_count_adj(pmap_t pmap, int count)
1523 {
1524         if (pmap == kernel_pmap)
1525                 counter_u64_add(kernel_pt_page_count, count);
1526         else {
1527                 if (pmap != NULL)
1528                         pmap_resident_count_adj(pmap, count);
1529                 counter_u64_add(user_pt_page_count, count);
1530         }
1531 }
1532
1533 pt_entry_t vtoptem __read_mostly = ((1ul << (NPTEPGSHIFT + NPDEPGSHIFT +
1534     NPDPEPGSHIFT + NPML4EPGSHIFT)) - 1) << 3;
1535 vm_offset_t PTmap __read_mostly = (vm_offset_t)P4Tmap;
1536
1537 PMAP_INLINE pt_entry_t *
1538 vtopte(vm_offset_t va)
1539 {
1540         KASSERT(va >= VM_MAXUSER_ADDRESS, ("vtopte on a uva/gpa 0x%0lx", va));
1541
1542         return ((pt_entry_t *)(PTmap + ((va >> (PAGE_SHIFT - 3)) & vtoptem)));
1543 }
1544
1545 pd_entry_t vtopdem __read_mostly = ((1ul << (NPDEPGSHIFT + NPDPEPGSHIFT +
1546     NPML4EPGSHIFT)) - 1) << 3;
1547 vm_offset_t PDmap __read_mostly = (vm_offset_t)P4Dmap;
1548
1549 static __inline pd_entry_t *
1550 vtopde(vm_offset_t va)
1551 {
1552         KASSERT(va >= VM_MAXUSER_ADDRESS, ("vtopde on a uva/gpa 0x%0lx", va));
1553
1554         return ((pt_entry_t *)(PDmap + ((va >> (PDRSHIFT - 3)) & vtopdem)));
1555 }
1556
1557 static u_int64_t
1558 allocpages(vm_paddr_t *firstaddr, int n)
1559 {
1560         u_int64_t ret;
1561
1562         ret = *firstaddr;
1563         bzero((void *)ret, n * PAGE_SIZE);
1564         *firstaddr += n * PAGE_SIZE;
1565         return (ret);
1566 }
1567
1568 CTASSERT(powerof2(NDMPML4E));
1569
1570 /* number of kernel PDP slots */
1571 #define NKPDPE(ptpgs)           howmany(ptpgs, NPDEPG)
1572
1573 static void
1574 nkpt_init(vm_paddr_t addr)
1575 {
1576         int pt_pages;
1577
1578 #ifdef NKPT
1579         pt_pages = NKPT;
1580 #else
1581         pt_pages = howmany(addr - kernphys, NBPDR) + 1; /* +1 for 2M hole @0 */
1582         pt_pages += NKPDPE(pt_pages);
1583
1584         /*
1585          * Add some slop beyond the bare minimum required for bootstrapping
1586          * the kernel.
1587          *
1588          * This is quite important when allocating KVA for kernel modules.
1589          * The modules are required to be linked in the negative 2GB of
1590          * the address space.  If we run out of KVA in this region then
1591          * pmap_growkernel() will need to allocate page table pages to map
1592          * the entire 512GB of KVA space which is an unnecessary tax on
1593          * physical memory.
1594          *
1595          * Secondly, device memory mapped as part of setting up the low-
1596          * level console(s) is taken from KVA, starting at virtual_avail.
1597          * This is because cninit() is called after pmap_bootstrap() but
1598          * before vm_init() and pmap_init(). 20MB for a frame buffer is
1599          * not uncommon.
1600          */
1601         pt_pages += 32;         /* 64MB additional slop. */
1602 #endif
1603         nkpt = pt_pages;
1604 }
1605
1606 /*
1607  * Returns the proper write/execute permission for a physical page that is
1608  * part of the initial boot allocations.
1609  *
1610  * If the page has kernel text, it is marked as read-only. If the page has
1611  * kernel read-only data, it is marked as read-only/not-executable. If the
1612  * page has only read-write data, it is marked as read-write/not-executable.
1613  * If the page is below/above the kernel range, it is marked as read-write.
1614  *
1615  * This function operates on 2M pages, since we map the kernel space that
1616  * way.
1617  */
1618 static inline pt_entry_t
1619 bootaddr_rwx(vm_paddr_t pa)
1620 {
1621         /*
1622          * The kernel is loaded at a 2MB-aligned address, and memory below that
1623          * need not be executable.  The .bss section is padded to a 2MB
1624          * boundary, so memory following the kernel need not be executable
1625          * either.  Preloaded kernel modules have their mapping permissions
1626          * fixed up by the linker.
1627          */
1628         if (pa < trunc_2mpage(kernphys + btext - KERNSTART) ||
1629             pa >= trunc_2mpage(kernphys + _end - KERNSTART))
1630                 return (X86_PG_RW | pg_nx);
1631
1632         /*
1633          * The linker should ensure that the read-only and read-write
1634          * portions don't share the same 2M page, so this shouldn't
1635          * impact read-only data. However, in any case, any page with
1636          * read-write data needs to be read-write.
1637          */
1638         if (pa >= trunc_2mpage(kernphys + brwsection - KERNSTART))
1639                 return (X86_PG_RW | pg_nx);
1640
1641         /*
1642          * Mark any 2M page containing kernel text as read-only. Mark
1643          * other pages with read-only data as read-only and not executable.
1644          * (It is likely a small portion of the read-only data section will
1645          * be marked as read-only, but executable. This should be acceptable
1646          * since the read-only protection will keep the data from changing.)
1647          * Note that fixups to the .text section will still work until we
1648          * set CR0.WP.
1649          */
1650         if (pa < round_2mpage(kernphys + etext - KERNSTART))
1651                 return (0);
1652         return (pg_nx);
1653 }
1654
1655 static void
1656 create_pagetables(vm_paddr_t *firstaddr)
1657 {
1658         pd_entry_t *pd_p;
1659         pdp_entry_t *pdp_p;
1660         pml4_entry_t *p4_p;
1661         uint64_t DMPDkernphys;
1662         vm_paddr_t pax;
1663 #ifdef KASAN
1664         pt_entry_t *pt_p;
1665         uint64_t KASANPDphys, KASANPTphys, KASANphys;
1666         vm_offset_t kasankernbase;
1667         int kasankpdpi, kasankpdi, nkasanpte;
1668 #endif
1669         int i, j, ndm1g, nkpdpe, nkdmpde;
1670
1671         TSENTER();
1672         /* Allocate page table pages for the direct map */
1673         ndmpdp = howmany(ptoa(Maxmem), NBPDP);
1674         if (ndmpdp < 4)         /* Minimum 4GB of dirmap */
1675                 ndmpdp = 4;
1676         ndmpdpphys = howmany(ndmpdp, NPDPEPG);
1677         if (ndmpdpphys > NDMPML4E) {
1678                 /*
1679                  * Each NDMPML4E allows 512 GB, so limit to that,
1680                  * and then readjust ndmpdp and ndmpdpphys.
1681                  */
1682                 printf("NDMPML4E limits system to %d GB\n", NDMPML4E * 512);
1683                 Maxmem = atop(NDMPML4E * NBPML4);
1684                 ndmpdpphys = NDMPML4E;
1685                 ndmpdp = NDMPML4E * NPDEPG;
1686         }
1687         DMPDPphys = allocpages(firstaddr, ndmpdpphys);
1688         ndm1g = 0;
1689         if ((amd_feature & AMDID_PAGE1GB) != 0) {
1690                 /*
1691                  * Calculate the number of 1G pages that will fully fit in
1692                  * Maxmem.
1693                  */
1694                 ndm1g = ptoa(Maxmem) >> PDPSHIFT;
1695
1696                 /*
1697                  * Allocate 2M pages for the kernel. These will be used in
1698                  * place of the one or more 1G pages from ndm1g that maps
1699                  * kernel memory into DMAP.
1700                  */
1701                 nkdmpde = howmany((vm_offset_t)brwsection - KERNSTART +
1702                     kernphys - rounddown2(kernphys, NBPDP), NBPDP);
1703                 DMPDkernphys = allocpages(firstaddr, nkdmpde);
1704         }
1705         if (ndm1g < ndmpdp)
1706                 DMPDphys = allocpages(firstaddr, ndmpdp - ndm1g);
1707         dmaplimit = (vm_paddr_t)ndmpdp << PDPSHIFT;
1708
1709         /* Allocate pages. */
1710         KPML4phys = allocpages(firstaddr, 1);
1711         KPDPphys = allocpages(firstaddr, NKPML4E);
1712 #ifdef KASAN
1713         KASANPDPphys = allocpages(firstaddr, NKASANPML4E);
1714         KASANPDphys = allocpages(firstaddr, 1);
1715 #endif
1716 #ifdef KMSAN
1717         /*
1718          * The KMSAN shadow maps are initially left unpopulated, since there is
1719          * no need to shadow memory above KERNBASE.
1720          */
1721         KMSANSHADPDPphys = allocpages(firstaddr, NKMSANSHADPML4E);
1722         KMSANORIGPDPphys = allocpages(firstaddr, NKMSANORIGPML4E);
1723 #endif
1724
1725         /*
1726          * Allocate the initial number of kernel page table pages required to
1727          * bootstrap.  We defer this until after all memory-size dependent
1728          * allocations are done (e.g. direct map), so that we don't have to
1729          * build in too much slop in our estimate.
1730          *
1731          * Note that when NKPML4E > 1, we have an empty page underneath
1732          * all but the KPML4I'th one, so we need NKPML4E-1 extra (zeroed)
1733          * pages.  (pmap_enter requires a PD page to exist for each KPML4E.)
1734          */
1735         nkpt_init(*firstaddr);
1736         nkpdpe = NKPDPE(nkpt);
1737
1738         KPTphys = allocpages(firstaddr, nkpt);
1739         KPDphys = allocpages(firstaddr, nkpdpe);
1740
1741 #ifdef KASAN
1742         nkasanpte = howmany(nkpt, KASAN_SHADOW_SCALE);
1743         KASANPTphys = allocpages(firstaddr, nkasanpte);
1744         KASANphys = allocpages(firstaddr, nkasanpte * NPTEPG);
1745 #endif
1746
1747         /*
1748          * Connect the zero-filled PT pages to their PD entries.  This
1749          * implicitly maps the PT pages at their correct locations within
1750          * the PTmap.
1751          */
1752         pd_p = (pd_entry_t *)KPDphys;
1753         for (i = 0; i < nkpt; i++)
1754                 pd_p[i] = (KPTphys + ptoa(i)) | X86_PG_RW | X86_PG_V;
1755
1756         /*
1757          * Map from start of the kernel in physical memory (staging
1758          * area) to the end of loader preallocated memory using 2MB
1759          * pages.  This replaces some of the PD entries created above.
1760          * For compatibility, identity map 2M at the start.
1761          */
1762         pd_p[0] = X86_PG_V | PG_PS | pg_g | X86_PG_M | X86_PG_A |
1763             X86_PG_RW | pg_nx;
1764         for (i = 1, pax = kernphys; pax < KERNend; i++, pax += NBPDR) {
1765                 /* Preset PG_M and PG_A because demotion expects it. */
1766                 pd_p[i] = pax | X86_PG_V | PG_PS | pg_g | X86_PG_M |
1767                     X86_PG_A | bootaddr_rwx(pax);
1768         }
1769
1770         /*
1771          * Because we map the physical blocks in 2M pages, adjust firstaddr
1772          * to record the physical blocks we've actually mapped into kernel
1773          * virtual address space.
1774          */
1775         if (*firstaddr < round_2mpage(KERNend))
1776                 *firstaddr = round_2mpage(KERNend);
1777
1778         /* And connect up the PD to the PDP (leaving room for L4 pages) */
1779         pdp_p = (pdp_entry_t *)(KPDPphys + ptoa(KPML4I - KPML4BASE));
1780         for (i = 0; i < nkpdpe; i++)
1781                 pdp_p[i + KPDPI] = (KPDphys + ptoa(i)) | X86_PG_RW | X86_PG_V;
1782
1783 #ifdef KASAN
1784         kasankernbase = kasan_md_addr_to_shad(KERNBASE);
1785         kasankpdpi = pmap_pdpe_index(kasankernbase);
1786         kasankpdi = pmap_pde_index(kasankernbase);
1787
1788         pdp_p = (pdp_entry_t *)KASANPDPphys;
1789         pdp_p[kasankpdpi] = (KASANPDphys | X86_PG_RW | X86_PG_V | pg_nx);
1790
1791         pd_p = (pd_entry_t *)KASANPDphys;
1792         for (i = 0; i < nkasanpte; i++)
1793                 pd_p[i + kasankpdi] = (KASANPTphys + ptoa(i)) | X86_PG_RW |
1794                     X86_PG_V | pg_nx;
1795
1796         pt_p = (pt_entry_t *)KASANPTphys;
1797         for (i = 0; i < nkasanpte * NPTEPG; i++)
1798                 pt_p[i] = (KASANphys + ptoa(i)) | X86_PG_RW | X86_PG_V |
1799                     X86_PG_M | X86_PG_A | pg_nx;
1800 #endif
1801
1802         /*
1803          * Now, set up the direct map region using 2MB and/or 1GB pages.  If
1804          * the end of physical memory is not aligned to a 1GB page boundary,
1805          * then the residual physical memory is mapped with 2MB pages.  Later,
1806          * if pmap_mapdev{_attr}() uses the direct map for non-write-back
1807          * memory, pmap_change_attr() will demote any 2MB or 1GB page mappings
1808          * that are partially used. 
1809          */
1810         pd_p = (pd_entry_t *)DMPDphys;
1811         for (i = NPDEPG * ndm1g, j = 0; i < NPDEPG * ndmpdp; i++, j++) {
1812                 pd_p[j] = (vm_paddr_t)i << PDRSHIFT;
1813                 /* Preset PG_M and PG_A because demotion expects it. */
1814                 pd_p[j] |= X86_PG_RW | X86_PG_V | PG_PS | pg_g |
1815                     X86_PG_M | X86_PG_A | pg_nx;
1816         }
1817         pdp_p = (pdp_entry_t *)DMPDPphys;
1818         for (i = 0; i < ndm1g; i++) {
1819                 pdp_p[i] = (vm_paddr_t)i << PDPSHIFT;
1820                 /* Preset PG_M and PG_A because demotion expects it. */
1821                 pdp_p[i] |= X86_PG_RW | X86_PG_V | PG_PS | pg_g |
1822                     X86_PG_M | X86_PG_A | pg_nx;
1823         }
1824         for (j = 0; i < ndmpdp; i++, j++) {
1825                 pdp_p[i] = DMPDphys + ptoa(j);
1826                 pdp_p[i] |= X86_PG_RW | X86_PG_V | pg_nx;
1827         }
1828
1829         /*
1830          * Instead of using a 1G page for the memory containing the kernel,
1831          * use 2M pages with read-only and no-execute permissions.  (If using 1G
1832          * pages, this will partially overwrite the PDPEs above.)
1833          */
1834         if (ndm1g > 0) {
1835                 pd_p = (pd_entry_t *)DMPDkernphys;
1836                 for (i = 0, pax = rounddown2(kernphys, NBPDP);
1837                     i < NPDEPG * nkdmpde; i++, pax += NBPDR) {
1838                         pd_p[i] = pax | X86_PG_V | PG_PS | pg_g | X86_PG_M |
1839                             X86_PG_A | pg_nx | bootaddr_rwx(pax);
1840                 }
1841                 j = rounddown2(kernphys, NBPDP) >> PDPSHIFT;
1842                 for (i = 0; i < nkdmpde; i++) {
1843                         pdp_p[i + j] = (DMPDkernphys + ptoa(i)) |
1844                             X86_PG_RW | X86_PG_V | pg_nx;
1845                 }
1846         }
1847
1848         /* And recursively map PML4 to itself in order to get PTmap */
1849         p4_p = (pml4_entry_t *)KPML4phys;
1850         p4_p[PML4PML4I] = KPML4phys;
1851         p4_p[PML4PML4I] |= X86_PG_RW | X86_PG_V | pg_nx;
1852
1853 #ifdef KASAN
1854         /* Connect the KASAN shadow map slots up to the PML4. */
1855         for (i = 0; i < NKASANPML4E; i++) {
1856                 p4_p[KASANPML4I + i] = KASANPDPphys + ptoa(i);
1857                 p4_p[KASANPML4I + i] |= X86_PG_RW | X86_PG_V | pg_nx;
1858         }
1859 #endif
1860
1861 #ifdef KMSAN
1862         /* Connect the KMSAN shadow map slots up to the PML4. */
1863         for (i = 0; i < NKMSANSHADPML4E; i++) {
1864                 p4_p[KMSANSHADPML4I + i] = KMSANSHADPDPphys + ptoa(i);
1865                 p4_p[KMSANSHADPML4I + i] |= X86_PG_RW | X86_PG_V | pg_nx;
1866         }
1867
1868         /* Connect the KMSAN origin map slots up to the PML4. */
1869         for (i = 0; i < NKMSANORIGPML4E; i++) {
1870                 p4_p[KMSANORIGPML4I + i] = KMSANORIGPDPphys + ptoa(i);
1871                 p4_p[KMSANORIGPML4I + i] |= X86_PG_RW | X86_PG_V | pg_nx;
1872         }
1873 #endif
1874
1875         /* Connect the Direct Map slots up to the PML4. */
1876         for (i = 0; i < ndmpdpphys; i++) {
1877                 p4_p[DMPML4I + i] = DMPDPphys + ptoa(i);
1878                 p4_p[DMPML4I + i] |= X86_PG_RW | X86_PG_V | pg_nx;
1879         }
1880
1881         /* Connect the KVA slots up to the PML4 */
1882         for (i = 0; i < NKPML4E; i++) {
1883                 p4_p[KPML4BASE + i] = KPDPphys + ptoa(i);
1884                 p4_p[KPML4BASE + i] |= X86_PG_RW | X86_PG_V;
1885         }
1886
1887         kernel_pml4 = (pml4_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(KPML4phys);
1888         TSEXIT();
1889 }
1890
1891 /*
1892  *      Bootstrap the system enough to run with virtual memory.
1893  *
1894  *      On amd64 this is called after mapping has already been enabled
1895  *      and just syncs the pmap module with what has already been done.
1896  *      [We can't call it easily with mapping off since the kernel is not
1897  *      mapped with PA == VA, hence we would have to relocate every address
1898  *      from the linked base (virtual) address "KERNBASE" to the actual
1899  *      (physical) address starting relative to 0]
1900  */
1901 void
1902 pmap_bootstrap(vm_paddr_t *firstaddr)
1903 {
1904         vm_offset_t va;
1905         pt_entry_t *pte, *pcpu_pte;
1906         struct region_descriptor r_gdt;
1907         uint64_t cr4, pcpu0_phys;
1908         u_long res;
1909         int i;
1910
1911         TSENTER();
1912         KERNend = *firstaddr;
1913         res = atop(KERNend - (vm_paddr_t)kernphys);
1914
1915         if (!pti)
1916                 pg_g = X86_PG_G;
1917
1918         /*
1919          * Create an initial set of page tables to run the kernel in.
1920          */
1921         create_pagetables(firstaddr);
1922
1923         pcpu0_phys = allocpages(firstaddr, 1);
1924
1925         /*
1926          * Add a physical memory segment (vm_phys_seg) corresponding to the
1927          * preallocated kernel page table pages so that vm_page structures
1928          * representing these pages will be created.  The vm_page structures
1929          * are required for promotion of the corresponding kernel virtual
1930          * addresses to superpage mappings.
1931          */
1932         vm_phys_early_add_seg(KPTphys, KPTphys + ptoa(nkpt));
1933
1934         /*
1935          * Account for the virtual addresses mapped by create_pagetables().
1936          */
1937         virtual_avail = (vm_offset_t)KERNSTART + round_2mpage(KERNend -
1938             (vm_paddr_t)kernphys);
1939         virtual_end = VM_MAX_KERNEL_ADDRESS;
1940
1941         /*
1942          * Enable PG_G global pages, then switch to the kernel page
1943          * table from the bootstrap page table.  After the switch, it
1944          * is possible to enable SMEP and SMAP since PG_U bits are
1945          * correct now.
1946          */
1947         cr4 = rcr4();
1948         cr4 |= CR4_PGE;
1949         load_cr4(cr4);
1950         load_cr3(KPML4phys);
1951         if (cpu_stdext_feature & CPUID_STDEXT_SMEP)
1952                 cr4 |= CR4_SMEP;
1953         if (cpu_stdext_feature & CPUID_STDEXT_SMAP)
1954                 cr4 |= CR4_SMAP;
1955         load_cr4(cr4);
1956
1957         /*
1958          * Initialize the kernel pmap (which is statically allocated).
1959          * Count bootstrap data as being resident in case any of this data is
1960          * later unmapped (using pmap_remove()) and freed.
1961          */
1962         PMAP_LOCK_INIT(kernel_pmap);
1963         kernel_pmap->pm_pmltop = kernel_pml4;
1964         kernel_pmap->pm_cr3 = KPML4phys;
1965         kernel_pmap->pm_ucr3 = PMAP_NO_CR3;
1966         TAILQ_INIT(&kernel_pmap->pm_pvchunk);
1967         kernel_pmap->pm_stats.resident_count = res;
1968         kernel_pmap->pm_flags = pmap_flags;
1969
1970         /*
1971          * The kernel pmap is always active on all CPUs.  Once CPUs are
1972          * enumerated, the mask will be set equal to all_cpus.
1973          */
1974         CPU_FILL(&kernel_pmap->pm_active);
1975
1976         /*
1977          * Initialize the TLB invalidations generation number lock.
1978          */
1979         mtx_init(&invl_gen_mtx, "invlgn", NULL, MTX_DEF);
1980
1981         /*
1982          * Reserve some special page table entries/VA space for temporary
1983          * mapping of pages.
1984          */
1985 #define SYSMAP(c, p, v, n)      \
1986         v = (c)va; va += ((n)*PAGE_SIZE); p = pte; pte += (n);
1987
1988         va = virtual_avail;
1989         pte = vtopte(va);
1990
1991         /*
1992          * Crashdump maps.  The first page is reused as CMAP1 for the
1993          * memory test.
1994          */
1995         SYSMAP(caddr_t, CMAP1, crashdumpmap, MAXDUMPPGS)
1996         CADDR1 = crashdumpmap;
1997
1998         SYSMAP(struct pcpu *, pcpu_pte, __pcpu, MAXCPU);
1999         virtual_avail = va;
2000
2001         /*
2002          * Map the BSP PCPU now, the rest of the PCPUs are mapped by
2003          * amd64_mp_alloc_pcpu()/start_all_aps() when we know the
2004          * number of CPUs and NUMA affinity.
2005          */
2006         pcpu_pte[0] = pcpu0_phys | X86_PG_V | X86_PG_RW | pg_g | pg_nx |
2007             X86_PG_M | X86_PG_A;
2008         for (i = 1; i < MAXCPU; i++)
2009                 pcpu_pte[i] = 0;
2010
2011         /*
2012          * Re-initialize PCPU area for BSP after switching.
2013          * Make hardware use gdt and common_tss from the new PCPU.
2014          */
2015         STAILQ_INIT(&cpuhead);
2016         wrmsr(MSR_GSBASE, (uint64_t)&__pcpu[0]);
2017         pcpu_init(&__pcpu[0], 0, sizeof(struct pcpu));
2018         amd64_bsp_pcpu_init1(&__pcpu[0]);
2019         amd64_bsp_ist_init(&__pcpu[0]);
2020         __pcpu[0].pc_common_tss.tss_iobase = sizeof(struct amd64tss) +
2021             IOPERM_BITMAP_SIZE;
2022         memcpy(__pcpu[0].pc_gdt, temp_bsp_pcpu.pc_gdt, NGDT *
2023             sizeof(struct user_segment_descriptor));
2024         gdt_segs[GPROC0_SEL].ssd_base = (uintptr_t)&__pcpu[0].pc_common_tss;
2025         ssdtosyssd(&gdt_segs[GPROC0_SEL],
2026             (struct system_segment_descriptor *)&__pcpu[0].pc_gdt[GPROC0_SEL]);
2027         r_gdt.rd_limit = NGDT * sizeof(struct user_segment_descriptor) - 1;
2028         r_gdt.rd_base = (long)__pcpu[0].pc_gdt;
2029         lgdt(&r_gdt);
2030         wrmsr(MSR_GSBASE, (uint64_t)&__pcpu[0]);
2031         ltr(GSEL(GPROC0_SEL, SEL_KPL));
2032         __pcpu[0].pc_dynamic = temp_bsp_pcpu.pc_dynamic;
2033         __pcpu[0].pc_acpi_id = temp_bsp_pcpu.pc_acpi_id;
2034
2035         /*
2036          * Initialize the PAT MSR.
2037          * pmap_init_pat() clears and sets CR4_PGE, which, as a
2038          * side-effect, invalidates stale PG_G TLB entries that might
2039          * have been created in our pre-boot environment.
2040          */
2041         pmap_init_pat();
2042
2043         /* Initialize TLB Context Id. */
2044         if (pmap_pcid_enabled) {
2045                 kernel_pmap->pm_pcidp = (void *)(uintptr_t)
2046                     offsetof(struct pcpu, pc_kpmap_store);
2047
2048                 PCPU_SET(kpmap_store.pm_pcid, PMAP_PCID_KERN);
2049                 PCPU_SET(kpmap_store.pm_gen, 1);
2050
2051                 /*
2052                  * PMAP_PCID_KERN + 1 is used for initialization of
2053                  * proc0 pmap.  The pmap' pcid state might be used by
2054                  * EFIRT entry before first context switch, so it
2055                  * needs to be valid.
2056                  */
2057                 PCPU_SET(pcid_next, PMAP_PCID_KERN + 2);
2058                 PCPU_SET(pcid_gen, 1);
2059
2060                 /*
2061                  * pcpu area for APs is zeroed during AP startup.
2062                  * pc_pcid_next and pc_pcid_gen are initialized by AP
2063                  * during pcpu setup.
2064                  */
2065                 load_cr4(rcr4() | CR4_PCIDE);
2066         }
2067         TSEXIT();
2068 }
2069
2070 /*
2071  * Setup the PAT MSR.
2072  */
2073 void
2074 pmap_init_pat(void)
2075 {
2076         uint64_t pat_msr;
2077         u_long cr0, cr4;
2078         int i;
2079
2080         /* Bail if this CPU doesn't implement PAT. */
2081         if ((cpu_feature & CPUID_PAT) == 0)
2082                 panic("no PAT??");
2083
2084         /* Set default PAT index table. */
2085         for (i = 0; i < PAT_INDEX_SIZE; i++)
2086                 pat_index[i] = -1;
2087         pat_index[PAT_WRITE_BACK] = 0;
2088         pat_index[PAT_WRITE_THROUGH] = 1;
2089         pat_index[PAT_UNCACHEABLE] = 3;
2090         pat_index[PAT_WRITE_COMBINING] = 6;
2091         pat_index[PAT_WRITE_PROTECTED] = 5;
2092         pat_index[PAT_UNCACHED] = 2;
2093
2094         /*
2095          * Initialize default PAT entries.
2096          * Leave the indices 0-3 at the default of WB, WT, UC-, and UC.
2097          * Program 5 and 6 as WP and WC.
2098          *
2099          * Leave 4 and 7 as WB and UC.  Note that a recursive page table
2100          * mapping for a 2M page uses a PAT value with the bit 3 set due
2101          * to its overload with PG_PS.
2102          */
2103         pat_msr = PAT_VALUE(0, PAT_WRITE_BACK) |
2104             PAT_VALUE(1, PAT_WRITE_THROUGH) |
2105             PAT_VALUE(2, PAT_UNCACHED) |
2106             PAT_VALUE(3, PAT_UNCACHEABLE) |
2107             PAT_VALUE(4, PAT_WRITE_BACK) |
2108             PAT_VALUE(5, PAT_WRITE_PROTECTED) |
2109             PAT_VALUE(6, PAT_WRITE_COMBINING) |
2110             PAT_VALUE(7, PAT_UNCACHEABLE);
2111
2112         /* Disable PGE. */
2113         cr4 = rcr4();
2114         load_cr4(cr4 & ~CR4_PGE);
2115
2116         /* Disable caches (CD = 1, NW = 0). */
2117         cr0 = rcr0();
2118         load_cr0((cr0 & ~CR0_NW) | CR0_CD);
2119
2120         /* Flushes caches and TLBs. */
2121         wbinvd();
2122         invltlb();
2123
2124         /* Update PAT and index table. */
2125         wrmsr(MSR_PAT, pat_msr);
2126
2127         /* Flush caches and TLBs again. */
2128         wbinvd();
2129         invltlb();
2130
2131         /* Restore caches and PGE. */
2132         load_cr0(cr0);
2133         load_cr4(cr4);
2134 }
2135
2136 vm_page_t
2137 pmap_page_alloc_below_4g(bool zeroed)
2138 {
2139         return (vm_page_alloc_noobj_contig((zeroed ? VM_ALLOC_ZERO : 0),
2140             1, 0, (1ULL << 32), PAGE_SIZE, 0, VM_MEMATTR_DEFAULT));
2141 }
2142
2143 extern const char la57_trampoline[], la57_trampoline_gdt_desc[],
2144     la57_trampoline_gdt[], la57_trampoline_end[];
2145
2146 static void
2147 pmap_bootstrap_la57(void *arg __unused)
2148 {
2149         char *v_code;
2150         pml5_entry_t *v_pml5;
2151         pml4_entry_t *v_pml4;
2152         pdp_entry_t *v_pdp;
2153         pd_entry_t *v_pd;
2154         pt_entry_t *v_pt;
2155         vm_page_t m_code, m_pml4, m_pdp, m_pd, m_pt, m_pml5;
2156         void (*la57_tramp)(uint64_t pml5);
2157         struct region_descriptor r_gdt;
2158
2159         if ((cpu_stdext_feature2 & CPUID_STDEXT2_LA57) == 0)
2160                 return;
2161         TUNABLE_INT_FETCH("vm.pmap.la57", &la57);
2162         if (!la57)
2163                 return;
2164
2165         r_gdt.rd_limit = NGDT * sizeof(struct user_segment_descriptor) - 1;
2166         r_gdt.rd_base = (long)__pcpu[0].pc_gdt;
2167
2168         m_code = pmap_page_alloc_below_4g(true);
2169         v_code = (char *)PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(m_code));
2170         m_pml5 = pmap_page_alloc_below_4g(true);
2171         KPML5phys = VM_PAGE_TO_PHYS(m_pml5);
2172         v_pml5 = (pml5_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(KPML5phys);
2173         m_pml4 = pmap_page_alloc_below_4g(true);
2174         v_pml4 = (pdp_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(m_pml4));
2175         m_pdp = pmap_page_alloc_below_4g(true);
2176         v_pdp = (pdp_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(m_pdp));
2177         m_pd = pmap_page_alloc_below_4g(true);
2178         v_pd = (pdp_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(m_pd));
2179         m_pt = pmap_page_alloc_below_4g(true);
2180         v_pt = (pt_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(m_pt));
2181
2182         /*
2183          * Map m_code 1:1, it appears below 4G in KVA due to physical
2184          * address being below 4G.  Since kernel KVA is in upper half,
2185          * the pml4e should be zero and free for temporary use.
2186          */
2187         kernel_pmap->pm_pmltop[pmap_pml4e_index(VM_PAGE_TO_PHYS(m_code))] =
2188             VM_PAGE_TO_PHYS(m_pdp) | X86_PG_V | X86_PG_RW | X86_PG_A |
2189             X86_PG_M;
2190         v_pdp[pmap_pdpe_index(VM_PAGE_TO_PHYS(m_code))] =
2191             VM_PAGE_TO_PHYS(m_pd) | X86_PG_V | X86_PG_RW | X86_PG_A |
2192             X86_PG_M;
2193         v_pd[pmap_pde_index(VM_PAGE_TO_PHYS(m_code))] =
2194             VM_PAGE_TO_PHYS(m_pt) | X86_PG_V | X86_PG_RW | X86_PG_A |
2195             X86_PG_M;
2196         v_pt[pmap_pte_index(VM_PAGE_TO_PHYS(m_code))] =
2197             VM_PAGE_TO_PHYS(m_code) | X86_PG_V | X86_PG_RW | X86_PG_A |
2198             X86_PG_M;
2199
2200         /*
2201          * Add pml5 entry at top of KVA pointing to existing pml4 table,
2202          * entering all existing kernel mappings into level 5 table.
2203          */
2204         v_pml5[pmap_pml5e_index(UPT_MAX_ADDRESS)] = KPML4phys | X86_PG_V |
2205             X86_PG_RW | X86_PG_A | X86_PG_M | pg_g;
2206
2207         /*
2208          * Add pml5 entry for 1:1 trampoline mapping after LA57 is turned on.
2209          */
2210         v_pml5[pmap_pml5e_index(VM_PAGE_TO_PHYS(m_code))] =
2211             VM_PAGE_TO_PHYS(m_pml4) | X86_PG_V | X86_PG_RW | X86_PG_A |
2212             X86_PG_M;
2213         v_pml4[pmap_pml4e_index(VM_PAGE_TO_PHYS(m_code))] =
2214             VM_PAGE_TO_PHYS(m_pdp) | X86_PG_V | X86_PG_RW | X86_PG_A |
2215             X86_PG_M;
2216
2217         /*
2218          * Copy and call the 48->57 trampoline, hope we return there, alive.
2219          */
2220         bcopy(la57_trampoline, v_code, la57_trampoline_end - la57_trampoline);
2221         *(u_long *)(v_code + 2 + (la57_trampoline_gdt_desc - la57_trampoline)) =
2222             la57_trampoline_gdt - la57_trampoline + VM_PAGE_TO_PHYS(m_code);
2223         la57_tramp = (void (*)(uint64_t))VM_PAGE_TO_PHYS(m_code);
2224         invlpg((vm_offset_t)la57_tramp);
2225         la57_tramp(KPML5phys);
2226
2227         /*
2228          * gdt was necessary reset, switch back to our gdt.
2229          */
2230         lgdt(&r_gdt);
2231         wrmsr(MSR_GSBASE, (uint64_t)&__pcpu[0]);
2232         load_ds(_udatasel);
2233         load_es(_udatasel);
2234         load_fs(_ufssel);
2235         ssdtosyssd(&gdt_segs[GPROC0_SEL],
2236             (struct system_segment_descriptor *)&__pcpu[0].pc_gdt[GPROC0_SEL]);
2237         ltr(GSEL(GPROC0_SEL, SEL_KPL));
2238
2239         /*
2240          * Now unmap the trampoline, and free the pages.
2241          * Clear pml5 entry used for 1:1 trampoline mapping.
2242          */
2243         pte_clear(&v_pml5[pmap_pml5e_index(VM_PAGE_TO_PHYS(m_code))]);
2244         invlpg((vm_offset_t)v_code);
2245         vm_page_free(m_code);
2246         vm_page_free(m_pdp);
2247         vm_page_free(m_pd);
2248         vm_page_free(m_pt);
2249
2250         /* 
2251          * Recursively map PML5 to itself in order to get PTmap and
2252          * PDmap.
2253          */
2254         v_pml5[PML5PML5I] = KPML5phys | X86_PG_RW | X86_PG_V | pg_nx;
2255
2256         vtoptem = ((1ul << (NPTEPGSHIFT + NPDEPGSHIFT + NPDPEPGSHIFT +
2257             NPML4EPGSHIFT + NPML5EPGSHIFT)) - 1) << 3;
2258         PTmap = (vm_offset_t)P5Tmap;
2259         vtopdem = ((1ul << (NPDEPGSHIFT + NPDPEPGSHIFT +
2260             NPML4EPGSHIFT + NPML5EPGSHIFT)) - 1) << 3;
2261         PDmap = (vm_offset_t)P5Dmap;
2262
2263         kernel_pmap->pm_cr3 = KPML5phys;
2264         kernel_pmap->pm_pmltop = v_pml5;
2265         pmap_pt_page_count_adj(kernel_pmap, 1);
2266 }
2267 SYSINIT(la57, SI_SUB_KMEM, SI_ORDER_ANY, pmap_bootstrap_la57, NULL);
2268
2269 /*
2270  *      Initialize a vm_page's machine-dependent fields.
2271  */
2272 void
2273 pmap_page_init(vm_page_t m)
2274 {
2275
2276         TAILQ_INIT(&m->md.pv_list);
2277         m->md.pat_mode = PAT_WRITE_BACK;
2278 }
2279
2280 static int pmap_allow_2m_x_ept;
2281 SYSCTL_INT(_vm_pmap, OID_AUTO, allow_2m_x_ept, CTLFLAG_RWTUN | CTLFLAG_NOFETCH,
2282     &pmap_allow_2m_x_ept, 0,
2283     "Allow executable superpage mappings in EPT");
2284
2285 void
2286 pmap_allow_2m_x_ept_recalculate(void)
2287 {
2288         /*
2289          * SKL002, SKL012S.  Since the EPT format is only used by
2290          * Intel CPUs, the vendor check is merely a formality.
2291          */
2292         if (!(cpu_vendor_id != CPU_VENDOR_INTEL ||
2293             (cpu_ia32_arch_caps & IA32_ARCH_CAP_IF_PSCHANGE_MC_NO) != 0 ||
2294             (CPUID_TO_FAMILY(cpu_id) == 0x6 &&
2295             (CPUID_TO_MODEL(cpu_id) == 0x26 ||  /* Atoms */
2296             CPUID_TO_MODEL(cpu_id) == 0x27 ||
2297             CPUID_TO_MODEL(cpu_id) == 0x35 ||
2298             CPUID_TO_MODEL(cpu_id) == 0x36 ||
2299             CPUID_TO_MODEL(cpu_id) == 0x37 ||
2300             CPUID_TO_MODEL(cpu_id) == 0x86 ||
2301             CPUID_TO_MODEL(cpu_id) == 0x1c ||
2302             CPUID_TO_MODEL(cpu_id) == 0x4a ||
2303             CPUID_TO_MODEL(cpu_id) == 0x4c ||
2304             CPUID_TO_MODEL(cpu_id) == 0x4d ||
2305             CPUID_TO_MODEL(cpu_id) == 0x5a ||
2306             CPUID_TO_MODEL(cpu_id) == 0x5c ||
2307             CPUID_TO_MODEL(cpu_id) == 0x5d ||
2308             CPUID_TO_MODEL(cpu_id) == 0x5f ||
2309             CPUID_TO_MODEL(cpu_id) == 0x6e ||
2310             CPUID_TO_MODEL(cpu_id) == 0x7a ||
2311             CPUID_TO_MODEL(cpu_id) == 0x57 ||   /* Knights */
2312             CPUID_TO_MODEL(cpu_id) == 0x85))))
2313                 pmap_allow_2m_x_ept = 1;
2314         TUNABLE_INT_FETCH("hw.allow_2m_x_ept", &pmap_allow_2m_x_ept);
2315 }
2316
2317 static bool
2318 pmap_allow_2m_x_page(pmap_t pmap, bool executable)
2319 {
2320
2321         return (pmap->pm_type != PT_EPT || !executable ||
2322             !pmap_allow_2m_x_ept);
2323 }
2324
2325 #ifdef NUMA
2326 static void
2327 pmap_init_pv_table(void)
2328 {
2329         struct pmap_large_md_page *pvd;
2330         vm_size_t s;
2331         long start, end, highest, pv_npg;
2332         int domain, i, j, pages;
2333
2334         /*
2335          * For correctness we depend on the size being evenly divisible into a
2336          * page. As a tradeoff between performance and total memory use, the
2337          * entry is 64 bytes (aka one cacheline) in size. Not being smaller
2338          * avoids false-sharing, but not being 128 bytes potentially allows for
2339          * avoidable traffic due to adjacent cacheline prefetcher.
2340          *
2341          * Assert the size so that accidental changes fail to compile.
2342          */
2343         CTASSERT((sizeof(*pvd) == 64));
2344
2345         /*
2346          * Calculate the size of the array.
2347          */
2348         pmap_last_pa = vm_phys_segs[vm_phys_nsegs - 1].end;
2349         pv_npg = howmany(pmap_last_pa, NBPDR);
2350         s = (vm_size_t)pv_npg * sizeof(struct pmap_large_md_page);
2351         s = round_page(s);
2352         pv_table = (struct pmap_large_md_page *)kva_alloc(s);
2353         if (pv_table == NULL)
2354                 panic("%s: kva_alloc failed\n", __func__);
2355
2356         /*
2357          * Iterate physical segments to allocate space for respective pages.
2358          */
2359         highest = -1;
2360         s = 0;
2361         for (i = 0; i < vm_phys_nsegs; i++) {
2362                 end = vm_phys_segs[i].end / NBPDR;
2363                 domain = vm_phys_segs[i].domain;
2364
2365                 if (highest >= end)
2366                         continue;
2367
2368                 start = highest + 1;
2369                 pvd = &pv_table[start];
2370
2371                 pages = end - start + 1;
2372                 s = round_page(pages * sizeof(*pvd));
2373                 highest = start + (s / sizeof(*pvd)) - 1;
2374
2375                 for (j = 0; j < s; j += PAGE_SIZE) {
2376                         vm_page_t m = vm_page_alloc_noobj_domain(domain, 0);
2377                         if (m == NULL)
2378                                 panic("failed to allocate PV table page");
2379                         pmap_qenter((vm_offset_t)pvd + j, &m, 1);
2380                 }
2381
2382                 for (j = 0; j < s / sizeof(*pvd); j++) {
2383                         rw_init_flags(&pvd->pv_lock, "pmap pv list", RW_NEW);
2384                         TAILQ_INIT(&pvd->pv_page.pv_list);
2385                         pvd->pv_page.pv_gen = 0;
2386                         pvd->pv_page.pat_mode = 0;
2387                         pvd->pv_invl_gen = 0;
2388                         pvd++;
2389                 }
2390         }
2391         pvd = &pv_dummy_large;
2392         rw_init_flags(&pvd->pv_lock, "pmap pv list dummy", RW_NEW);
2393         TAILQ_INIT(&pvd->pv_page.pv_list);
2394         pvd->pv_page.pv_gen = 0;
2395         pvd->pv_page.pat_mode = 0;
2396         pvd->pv_invl_gen = 0;
2397 }
2398 #else
2399 static void
2400 pmap_init_pv_table(void)
2401 {
2402         vm_size_t s;
2403         long i, pv_npg;
2404
2405         /*
2406          * Initialize the pool of pv list locks.
2407          */
2408         for (i = 0; i < NPV_LIST_LOCKS; i++)
2409                 rw_init(&pv_list_locks[i], "pmap pv list");
2410
2411         /*
2412          * Calculate the size of the pv head table for superpages.
2413          */
2414         pv_npg = howmany(vm_phys_segs[vm_phys_nsegs - 1].end, NBPDR);
2415
2416         /*
2417          * Allocate memory for the pv head table for superpages.
2418          */
2419         s = (vm_size_t)pv_npg * sizeof(struct md_page);
2420         s = round_page(s);
2421         pv_table = kmem_malloc(s, M_WAITOK | M_ZERO);
2422         for (i = 0; i < pv_npg; i++)
2423                 TAILQ_INIT(&pv_table[i].pv_list);
2424         TAILQ_INIT(&pv_dummy.pv_list);
2425 }
2426 #endif
2427
2428 /*
2429  *      Initialize the pmap module.
2430  *      Called by vm_init, to initialize any structures that the pmap
2431  *      system needs to map virtual memory.
2432  */
2433 void
2434 pmap_init(void)
2435 {
2436         struct pmap_preinit_mapping *ppim;
2437         vm_page_t m, mpte;
2438         int error, i, ret, skz63;
2439
2440         /* L1TF, reserve page @0 unconditionally */
2441         vm_page_blacklist_add(0, bootverbose);
2442
2443         /* Detect bare-metal Skylake Server and Skylake-X. */
2444         if (vm_guest == VM_GUEST_NO && cpu_vendor_id == CPU_VENDOR_INTEL &&
2445             CPUID_TO_FAMILY(cpu_id) == 0x6 && CPUID_TO_MODEL(cpu_id) == 0x55) {
2446                 /*
2447                  * Skylake-X errata SKZ63. Processor May Hang When
2448                  * Executing Code In an HLE Transaction Region between
2449                  * 40000000H and 403FFFFFH.
2450                  *
2451                  * Mark the pages in the range as preallocated.  It
2452                  * seems to be impossible to distinguish between
2453                  * Skylake Server and Skylake X.
2454                  */
2455                 skz63 = 1;
2456                 TUNABLE_INT_FETCH("hw.skz63_enable", &skz63);
2457                 if (skz63 != 0) {
2458                         if (bootverbose)
2459                                 printf("SKZ63: skipping 4M RAM starting "
2460                                     "at physical 1G\n");
2461                         for (i = 0; i < atop(0x400000); i++) {
2462                                 ret = vm_page_blacklist_add(0x40000000 +
2463                                     ptoa(i), FALSE);
2464                                 if (!ret && bootverbose)
2465                                         printf("page at %#lx already used\n",
2466                                             0x40000000 + ptoa(i));
2467                         }
2468                 }
2469         }
2470
2471         /* IFU */
2472         pmap_allow_2m_x_ept_recalculate();
2473
2474         /*
2475          * Initialize the vm page array entries for the kernel pmap's
2476          * page table pages.
2477          */ 
2478         PMAP_LOCK(kernel_pmap);
2479         for (i = 0; i < nkpt; i++) {
2480                 mpte = PHYS_TO_VM_PAGE(KPTphys + (i << PAGE_SHIFT));
2481                 KASSERT(mpte >= vm_page_array &&
2482                     mpte < &vm_page_array[vm_page_array_size],
2483                     ("pmap_init: page table page is out of range"));
2484                 mpte->pindex = pmap_pde_pindex(KERNBASE) + i;
2485                 mpte->phys_addr = KPTphys + (i << PAGE_SHIFT);
2486                 mpte->ref_count = 1;
2487
2488                 /*
2489                  * Collect the page table pages that were replaced by a 2MB
2490                  * page in create_pagetables().  They are zero filled.
2491                  */
2492                 if ((i == 0 ||
2493                     kernphys + ((vm_paddr_t)(i - 1) << PDRSHIFT) < KERNend) &&
2494                     pmap_insert_pt_page(kernel_pmap, mpte, false))
2495                         panic("pmap_init: pmap_insert_pt_page failed");
2496         }
2497         PMAP_UNLOCK(kernel_pmap);
2498         vm_wire_add(nkpt);
2499
2500         /*
2501          * If the kernel is running on a virtual machine, then it must assume
2502          * that MCA is enabled by the hypervisor.  Moreover, the kernel must
2503          * be prepared for the hypervisor changing the vendor and family that
2504          * are reported by CPUID.  Consequently, the workaround for AMD Family
2505          * 10h Erratum 383 is enabled if the processor's feature set does not
2506          * include at least one feature that is only supported by older Intel
2507          * or newer AMD processors.
2508          */
2509         if (vm_guest != VM_GUEST_NO && (cpu_feature & CPUID_SS) == 0 &&
2510             (cpu_feature2 & (CPUID2_SSSE3 | CPUID2_SSE41 | CPUID2_AESNI |
2511             CPUID2_AVX | CPUID2_XSAVE)) == 0 && (amd_feature2 & (AMDID2_XOP |
2512             AMDID2_FMA4)) == 0)
2513                 workaround_erratum383 = 1;
2514
2515         /*
2516          * Are large page mappings enabled?
2517          */
2518         TUNABLE_INT_FETCH("vm.pmap.pg_ps_enabled", &pg_ps_enabled);
2519         if (pg_ps_enabled) {
2520                 KASSERT(MAXPAGESIZES > 1 && pagesizes[1] == 0,
2521                     ("pmap_init: can't assign to pagesizes[1]"));
2522                 pagesizes[1] = NBPDR;
2523                 if ((amd_feature & AMDID_PAGE1GB) != 0) {
2524                         KASSERT(MAXPAGESIZES > 2 && pagesizes[2] == 0,
2525                             ("pmap_init: can't assign to pagesizes[2]"));
2526                         pagesizes[2] = NBPDP;
2527                 }
2528         }
2529
2530         /*
2531          * Initialize pv chunk lists.
2532          */
2533         for (i = 0; i < PMAP_MEMDOM; i++) {
2534                 mtx_init(&pv_chunks[i].pvc_lock, "pmap pv chunk list", NULL, MTX_DEF);
2535                 TAILQ_INIT(&pv_chunks[i].pvc_list);
2536         }
2537         pmap_init_pv_table();
2538
2539         pmap_initialized = 1;
2540         for (i = 0; i < PMAP_PREINIT_MAPPING_COUNT; i++) {
2541                 ppim = pmap_preinit_mapping + i;
2542                 if (ppim->va == 0)
2543                         continue;
2544                 /* Make the direct map consistent */
2545                 if (ppim->pa < dmaplimit && ppim->pa + ppim->sz <= dmaplimit) {
2546                         (void)pmap_change_attr(PHYS_TO_DMAP(ppim->pa),
2547                             ppim->sz, ppim->mode);
2548                 }
2549                 if (!bootverbose)
2550                         continue;
2551                 printf("PPIM %u: PA=%#lx, VA=%#lx, size=%#lx, mode=%#x\n", i,
2552                     ppim->pa, ppim->va, ppim->sz, ppim->mode);
2553         }
2554
2555         mtx_init(&qframe_mtx, "qfrmlk", NULL, MTX_SPIN);
2556         error = vmem_alloc(kernel_arena, PAGE_SIZE, M_BESTFIT | M_WAITOK,
2557             (vmem_addr_t *)&qframe);
2558         if (error != 0)
2559                 panic("qframe allocation failed");
2560
2561         lm_ents = 8;
2562         TUNABLE_INT_FETCH("vm.pmap.large_map_pml4_entries", &lm_ents);
2563         if (lm_ents > LMEPML4I - LMSPML4I + 1)
2564                 lm_ents = LMEPML4I - LMSPML4I + 1;
2565 #ifdef KMSAN
2566         if (lm_ents > KMSANORIGPML4I - LMSPML4I) {
2567                 printf(
2568             "pmap: shrinking large map for KMSAN (%d slots to %ld slots)\n",
2569                     lm_ents, KMSANORIGPML4I - LMSPML4I);
2570                 lm_ents = KMSANORIGPML4I - LMSPML4I;
2571         }
2572 #endif
2573         if (bootverbose)
2574                 printf("pmap: large map %u PML4 slots (%lu GB)\n",
2575                     lm_ents, (u_long)lm_ents * (NBPML4 / 1024 / 1024 / 1024));
2576         if (lm_ents != 0) {
2577                 large_vmem = vmem_create("large", LARGEMAP_MIN_ADDRESS,
2578                     (vmem_size_t)lm_ents * NBPML4, PAGE_SIZE, 0, M_WAITOK);
2579                 if (large_vmem == NULL) {
2580                         printf("pmap: cannot create large map\n");
2581                         lm_ents = 0;
2582                 }
2583                 for (i = 0; i < lm_ents; i++) {
2584                         m = pmap_large_map_getptp_unlocked();
2585                         /* XXXKIB la57 */
2586                         kernel_pml4[LMSPML4I + i] = X86_PG_V |
2587                             X86_PG_RW | X86_PG_A | X86_PG_M | pg_nx |
2588                             VM_PAGE_TO_PHYS(m);
2589                 }
2590         }
2591 }
2592
2593 SYSCTL_UINT(_vm_pmap, OID_AUTO, large_map_pml4_entries,
2594     CTLFLAG_RDTUN | CTLFLAG_NOFETCH, &lm_ents, 0,
2595     "Maximum number of PML4 entries for use by large map (tunable).  "
2596     "Each entry corresponds to 512GB of address space.");
2597
2598 static SYSCTL_NODE(_vm_pmap, OID_AUTO, pde, CTLFLAG_RD | CTLFLAG_MPSAFE, 0,
2599     "2MB page mapping counters");
2600
2601 static COUNTER_U64_DEFINE_EARLY(pmap_pde_demotions);
2602 SYSCTL_COUNTER_U64(_vm_pmap_pde, OID_AUTO, demotions,
2603     CTLFLAG_RD, &pmap_pde_demotions, "2MB page demotions");
2604
2605 static COUNTER_U64_DEFINE_EARLY(pmap_pde_mappings);
2606 SYSCTL_COUNTER_U64(_vm_pmap_pde, OID_AUTO, mappings, CTLFLAG_RD,
2607     &pmap_pde_mappings, "2MB page mappings");
2608
2609 static COUNTER_U64_DEFINE_EARLY(pmap_pde_p_failures);
2610 SYSCTL_COUNTER_U64(_vm_pmap_pde, OID_AUTO, p_failures, CTLFLAG_RD,
2611     &pmap_pde_p_failures, "2MB page promotion failures");
2612
2613 static COUNTER_U64_DEFINE_EARLY(pmap_pde_promotions);
2614 SYSCTL_COUNTER_U64(_vm_pmap_pde, OID_AUTO, promotions, CTLFLAG_RD,
2615     &pmap_pde_promotions, "2MB page promotions");
2616
2617 static SYSCTL_NODE(_vm_pmap, OID_AUTO, pdpe, CTLFLAG_RD | CTLFLAG_MPSAFE, 0,
2618     "1GB page mapping counters");
2619
2620 static COUNTER_U64_DEFINE_EARLY(pmap_pdpe_demotions);
2621 SYSCTL_COUNTER_U64(_vm_pmap_pdpe, OID_AUTO, demotions, CTLFLAG_RD,
2622     &pmap_pdpe_demotions, "1GB page demotions");
2623
2624 /***************************************************
2625  * Low level helper routines.....
2626  ***************************************************/
2627
2628 static pt_entry_t
2629 pmap_swap_pat(pmap_t pmap, pt_entry_t entry)
2630 {
2631         int x86_pat_bits = X86_PG_PTE_PAT | X86_PG_PDE_PAT;
2632
2633         switch (pmap->pm_type) {
2634         case PT_X86:
2635         case PT_RVI:
2636                 /* Verify that both PAT bits are not set at the same time */
2637                 KASSERT((entry & x86_pat_bits) != x86_pat_bits,
2638                     ("Invalid PAT bits in entry %#lx", entry));
2639
2640                 /* Swap the PAT bits if one of them is set */
2641                 if ((entry & x86_pat_bits) != 0)
2642                         entry ^= x86_pat_bits;
2643                 break;
2644         case PT_EPT:
2645                 /*
2646                  * Nothing to do - the memory attributes are represented
2647                  * the same way for regular pages and superpages.
2648                  */
2649                 break;
2650         default:
2651                 panic("pmap_switch_pat_bits: bad pm_type %d", pmap->pm_type);
2652         }
2653
2654         return (entry);
2655 }
2656
2657 boolean_t
2658 pmap_is_valid_memattr(pmap_t pmap __unused, vm_memattr_t mode)
2659 {
2660
2661         return (mode >= 0 && mode < PAT_INDEX_SIZE &&
2662             pat_index[(int)mode] >= 0);
2663 }
2664
2665 /*
2666  * Determine the appropriate bits to set in a PTE or PDE for a specified
2667  * caching mode.
2668  */
2669 int
2670 pmap_cache_bits(pmap_t pmap, int mode, boolean_t is_pde)
2671 {
2672         int cache_bits, pat_flag, pat_idx;
2673
2674         if (!pmap_is_valid_memattr(pmap, mode))
2675                 panic("Unknown caching mode %d\n", mode);
2676
2677         switch (pmap->pm_type) {
2678         case PT_X86:
2679         case PT_RVI:
2680                 /* The PAT bit is different for PTE's and PDE's. */
2681                 pat_flag = is_pde ? X86_PG_PDE_PAT : X86_PG_PTE_PAT;
2682
2683                 /* Map the caching mode to a PAT index. */
2684                 pat_idx = pat_index[mode];
2685
2686                 /* Map the 3-bit index value into the PAT, PCD, and PWT bits. */
2687                 cache_bits = 0;
2688                 if (pat_idx & 0x4)
2689                         cache_bits |= pat_flag;
2690                 if (pat_idx & 0x2)
2691                         cache_bits |= PG_NC_PCD;
2692                 if (pat_idx & 0x1)
2693                         cache_bits |= PG_NC_PWT;
2694                 break;
2695
2696         case PT_EPT:
2697                 cache_bits = EPT_PG_IGNORE_PAT | EPT_PG_MEMORY_TYPE(mode);
2698                 break;
2699
2700         default:
2701                 panic("unsupported pmap type %d", pmap->pm_type);
2702         }
2703
2704         return (cache_bits);
2705 }
2706
2707 static int
2708 pmap_cache_mask(pmap_t pmap, boolean_t is_pde)
2709 {
2710         int mask;
2711
2712         switch (pmap->pm_type) {
2713         case PT_X86:
2714         case PT_RVI:
2715                 mask = is_pde ? X86_PG_PDE_CACHE : X86_PG_PTE_CACHE;
2716                 break;
2717         case PT_EPT:
2718                 mask = EPT_PG_IGNORE_PAT | EPT_PG_MEMORY_TYPE(0x7);
2719                 break;
2720         default:
2721                 panic("pmap_cache_mask: invalid pm_type %d", pmap->pm_type);
2722         }
2723
2724         return (mask);
2725 }
2726
2727 static int
2728 pmap_pat_index(pmap_t pmap, pt_entry_t pte, bool is_pde)
2729 {
2730         int pat_flag, pat_idx;
2731
2732         pat_idx = 0;
2733         switch (pmap->pm_type) {
2734         case PT_X86:
2735         case PT_RVI:
2736                 /* The PAT bit is different for PTE's and PDE's. */
2737                 pat_flag = is_pde ? X86_PG_PDE_PAT : X86_PG_PTE_PAT;
2738
2739                 if ((pte & pat_flag) != 0)
2740                         pat_idx |= 0x4;
2741                 if ((pte & PG_NC_PCD) != 0)
2742                         pat_idx |= 0x2;
2743                 if ((pte & PG_NC_PWT) != 0)
2744                         pat_idx |= 0x1;
2745                 break;
2746         case PT_EPT:
2747                 if ((pte & EPT_PG_IGNORE_PAT) != 0)
2748                         panic("EPT PTE %#lx has no PAT memory type", pte);
2749                 pat_idx = (pte & EPT_PG_MEMORY_TYPE(0x7)) >> 3;
2750                 break;
2751         }
2752
2753         /* See pmap_init_pat(). */
2754         if (pat_idx == 4)
2755                 pat_idx = 0;
2756         if (pat_idx == 7)
2757                 pat_idx = 3;
2758
2759         return (pat_idx);
2760 }
2761
2762 bool
2763 pmap_ps_enabled(pmap_t pmap)
2764 {
2765
2766         return (pg_ps_enabled && (pmap->pm_flags & PMAP_PDE_SUPERPAGE) != 0);
2767 }
2768
2769 static void
2770 pmap_update_pde_store(pmap_t pmap, pd_entry_t *pde, pd_entry_t newpde)
2771 {
2772
2773         switch (pmap->pm_type) {
2774         case PT_X86:
2775                 break;
2776         case PT_RVI:
2777         case PT_EPT:
2778                 /*
2779                  * XXX
2780                  * This is a little bogus since the generation number is
2781                  * supposed to be bumped up when a region of the address
2782                  * space is invalidated in the page tables.
2783                  *
2784                  * In this case the old PDE entry is valid but yet we want
2785                  * to make sure that any mappings using the old entry are
2786                  * invalidated in the TLB.
2787                  *
2788                  * The reason this works as expected is because we rendezvous
2789                  * "all" host cpus and force any vcpu context to exit as a
2790                  * side-effect.
2791                  */
2792                 atomic_add_long(&pmap->pm_eptgen, 1);
2793                 break;
2794         default:
2795                 panic("pmap_update_pde_store: bad pm_type %d", pmap->pm_type);
2796         }
2797         pde_store(pde, newpde);
2798 }
2799
2800 /*
2801  * After changing the page size for the specified virtual address in the page
2802  * table, flush the corresponding entries from the processor's TLB.  Only the
2803  * calling processor's TLB is affected.
2804  *
2805  * The calling thread must be pinned to a processor.
2806  */
2807 static void
2808 pmap_update_pde_invalidate(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t newpde)
2809 {
2810         pt_entry_t PG_G;
2811
2812         if (pmap_type_guest(pmap))
2813                 return;
2814
2815         KASSERT(pmap->pm_type == PT_X86,
2816             ("pmap_update_pde_invalidate: invalid type %d", pmap->pm_type));
2817
2818         PG_G = pmap_global_bit(pmap);
2819
2820         if ((newpde & PG_PS) == 0)
2821                 /* Demotion: flush a specific 2MB page mapping. */
2822                 pmap_invlpg(pmap, va);
2823         else if ((newpde & PG_G) == 0)
2824                 /*
2825                  * Promotion: flush every 4KB page mapping from the TLB
2826                  * because there are too many to flush individually.
2827                  */
2828                 invltlb();
2829         else {
2830                 /*
2831                  * Promotion: flush every 4KB page mapping from the TLB,
2832                  * including any global (PG_G) mappings.
2833                  */
2834                 invltlb_glob();
2835         }
2836 }
2837
2838 /*
2839  * The amd64 pmap uses different approaches to TLB invalidation
2840  * depending on the kernel configuration, available hardware features,
2841  * and known hardware errata.  The kernel configuration option that
2842  * has the greatest operational impact on TLB invalidation is PTI,
2843  * which is enabled automatically on affected Intel CPUs.  The most
2844  * impactful hardware features are first PCID, and then INVPCID
2845  * instruction presence.  PCID usage is quite different for PTI
2846  * vs. non-PTI.
2847  *
2848  * * Kernel Page Table Isolation (PTI or KPTI) is used to mitigate
2849  *   the Meltdown bug in some Intel CPUs.  Under PTI, each user address
2850  *   space is served by two page tables, user and kernel.  The user
2851  *   page table only maps user space and a kernel trampoline.  The
2852  *   kernel trampoline includes the entirety of the kernel text but
2853  *   only the kernel data that is needed to switch from user to kernel
2854  *   mode.  The kernel page table maps the user and kernel address
2855  *   spaces in their entirety.  It is identical to the per-process
2856  *   page table used in non-PTI mode.
2857  *
2858  *   User page tables are only used when the CPU is in user mode.
2859  *   Consequently, some TLB invalidations can be postponed until the
2860  *   switch from kernel to user mode.  In contrast, the user
2861  *   space part of the kernel page table is used for copyout(9), so
2862  *   TLB invalidations on this page table cannot be similarly postponed.
2863  *
2864  *   The existence of a user mode page table for the given pmap is
2865  *   indicated by a pm_ucr3 value that differs from PMAP_NO_CR3, in
2866  *   which case pm_ucr3 contains the %cr3 register value for the user
2867  *   mode page table's root.
2868  *
2869  * * The pm_active bitmask indicates which CPUs currently have the
2870  *   pmap active.  A CPU's bit is set on context switch to the pmap, and
2871  *   cleared on switching off this CPU.  For the kernel page table,
2872  *   the pm_active field is immutable and contains all CPUs.  The
2873  *   kernel page table is always logically active on every processor,
2874  *   but not necessarily in use by the hardware, e.g., in PTI mode.
2875  *
2876  *   When requesting invalidation of virtual addresses with
2877  *   pmap_invalidate_XXX() functions, the pmap sends shootdown IPIs to
2878  *   all CPUs recorded as active in pm_active.  Updates to and reads
2879  *   from pm_active are not synchronized, and so they may race with
2880  *   each other.  Shootdown handlers are prepared to handle the race.
2881  *
2882  * * PCID is an optional feature of the long mode x86 MMU where TLB
2883  *   entries are tagged with the 'Process ID' of the address space
2884  *   they belong to.  This feature provides a limited namespace for
2885  *   process identifiers, 12 bits, supporting 4095 simultaneous IDs
2886  *   total.
2887  *
2888  *   Allocation of a PCID to a pmap is done by an algorithm described
2889  *   in section 15.12, "Other TLB Consistency Algorithms", of
2890  *   Vahalia's book "Unix Internals".  A PCID cannot be allocated for
2891  *   the whole lifetime of a pmap in pmap_pinit() due to the limited
2892  *   namespace.  Instead, a per-CPU, per-pmap PCID is assigned when
2893  *   the CPU is about to start caching TLB entries from a pmap,
2894  *   i.e., on the context switch that activates the pmap on the CPU.
2895  *
2896  *   The PCID allocator maintains a per-CPU, per-pmap generation
2897  *   count, pm_gen, which is incremented each time a new PCID is
2898  *   allocated.  On TLB invalidation, the generation counters for the
2899  *   pmap are zeroed, which signals the context switch code that the
2900  *   previously allocated PCID is no longer valid.  Effectively,
2901  *   zeroing any of these counters triggers a TLB shootdown for the
2902  *   given CPU/address space, due to the allocation of a new PCID.
2903  *
2904  *   Zeroing can be performed remotely.  Consequently, if a pmap is
2905  *   inactive on a CPU, then a TLB shootdown for that pmap and CPU can
2906  *   be initiated by an ordinary memory access to reset the target
2907  *   CPU's generation count within the pmap.  The CPU initiating the
2908  *   TLB shootdown does not need to send an IPI to the target CPU.
2909  *
2910  * * PTI + PCID.  The available PCIDs are divided into two sets: PCIDs
2911  *   for complete (kernel) page tables, and PCIDs for user mode page
2912  *   tables.  A user PCID value is obtained from the kernel PCID value
2913  *   by setting the highest bit, 11, to 1 (0x800 == PMAP_PCID_USER_PT).
2914  *
2915  *   User space page tables are activated on return to user mode, by
2916  *   loading pm_ucr3 into %cr3.  If the PCPU(ucr3_load_mask) requests
2917  *   clearing bit 63 of the loaded ucr3, this effectively causes
2918  *   complete invalidation of the user mode TLB entries for the
2919  *   current pmap.  In which case, local invalidations of individual
2920  *   pages in the user page table are skipped.
2921  *
2922  * * Local invalidation, all modes.  If the requested invalidation is
2923  *   for a specific address or the total invalidation of a currently
2924  *   active pmap, then the TLB is flushed using INVLPG for a kernel
2925  *   page table, and INVPCID(INVPCID_CTXGLOB)/invltlb_glob() for a
2926  *   user space page table(s).
2927  *
2928  *   If the INVPCID instruction is available, it is used to flush user
2929  *   entries from the kernel page table.
2930  *
2931  *   When PCID is enabled, the INVLPG instruction invalidates all TLB
2932  *   entries for the given page that either match the current PCID or
2933  *   are global. Since TLB entries for the same page under different
2934  *   PCIDs are unaffected, kernel pages which reside in all address
2935  *   spaces could be problematic.  We avoid the problem by creating
2936  *   all kernel PTEs with the global flag (PG_G) set, when PTI is
2937  *   disabled.
2938  *
2939  * * mode: PTI disabled, PCID present.  The kernel reserves PCID 0 for its
2940  *   address space, all other 4095 PCIDs are used for user mode spaces
2941  *   as described above.  A context switch allocates a new PCID if
2942  *   the recorded PCID is zero or the recorded generation does not match
2943  *   the CPU's generation, effectively flushing the TLB for this address space.
2944  *   Total remote invalidation is performed by zeroing pm_gen for all CPUs.
2945  *      local user page: INVLPG
2946  *      local kernel page: INVLPG
2947  *      local user total: INVPCID(CTX)
2948  *      local kernel total: INVPCID(CTXGLOB) or invltlb_glob()
2949  *      remote user page, inactive pmap: zero pm_gen
2950  *      remote user page, active pmap: zero pm_gen + IPI:INVLPG
2951  *      (Both actions are required to handle the aforementioned pm_active races.)
2952  *      remote kernel page: IPI:INVLPG
2953  *      remote user total, inactive pmap: zero pm_gen
2954  *      remote user total, active pmap: zero pm_gen + IPI:(INVPCID(CTX) or
2955  *          reload %cr3)
2956  *      (See note above about pm_active races.)
2957  *      remote kernel total: IPI:(INVPCID(CTXGLOB) or invltlb_glob())
2958  *
2959  * PTI enabled, PCID present.
2960  *      local user page: INVLPG for kpt, INVPCID(ADDR) or (INVLPG for ucr3)
2961  *          for upt
2962  *      local kernel page: INVLPG
2963  *      local user total: INVPCID(CTX) or reload %cr3 for kpt, clear PCID_SAVE
2964  *          on loading UCR3 into %cr3 for upt
2965  *      local kernel total: INVPCID(CTXGLOB) or invltlb_glob()
2966  *      remote user page, inactive pmap: zero pm_gen
2967  *      remote user page, active pmap: zero pm_gen + IPI:(INVLPG for kpt,
2968  *          INVPCID(ADDR) for upt)
2969  *      remote kernel page: IPI:INVLPG
2970  *      remote user total, inactive pmap: zero pm_gen
2971  *      remote user total, active pmap: zero pm_gen + IPI:(INVPCID(CTX) for kpt,
2972  *          clear PCID_SAVE on loading UCR3 into $cr3 for upt)
2973  *      remote kernel total: IPI:(INVPCID(CTXGLOB) or invltlb_glob())
2974  *
2975  *  No PCID.
2976  *      local user page: INVLPG
2977  *      local kernel page: INVLPG
2978  *      local user total: reload %cr3
2979  *      local kernel total: invltlb_glob()
2980  *      remote user page, inactive pmap: -
2981  *      remote user page, active pmap: IPI:INVLPG
2982  *      remote kernel page: IPI:INVLPG
2983  *      remote user total, inactive pmap: -
2984  *      remote user total, active pmap: IPI:(reload %cr3)
2985  *      remote kernel total: IPI:invltlb_glob()
2986  *  Since on return to user mode, the reload of %cr3 with ucr3 causes
2987  *  TLB invalidation, no specific action is required for user page table.
2988  *
2989  * EPT.  EPT pmaps do not map KVA, all mappings are userspace.
2990  * XXX TODO
2991  */
2992
2993 #ifdef SMP
2994 /*
2995  * Interrupt the cpus that are executing in the guest context.
2996  * This will force the vcpu to exit and the cached EPT mappings
2997  * will be invalidated by the host before the next vmresume.
2998  */
2999 static __inline void
3000 pmap_invalidate_ept(pmap_t pmap)
3001 {
3002         smr_seq_t goal;
3003         int ipinum;
3004
3005         sched_pin();
3006         KASSERT(!CPU_ISSET(curcpu, &pmap->pm_active),
3007             ("pmap_invalidate_ept: absurd pm_active"));
3008
3009         /*
3010          * The TLB mappings associated with a vcpu context are not
3011          * flushed each time a different vcpu is chosen to execute.
3012          *
3013          * This is in contrast with a process's vtop mappings that
3014          * are flushed from the TLB on each context switch.
3015          *
3016          * Therefore we need to do more than just a TLB shootdown on
3017          * the active cpus in 'pmap->pm_active'. To do this we keep
3018          * track of the number of invalidations performed on this pmap.
3019          *
3020          * Each vcpu keeps a cache of this counter and compares it
3021          * just before a vmresume. If the counter is out-of-date an
3022          * invept will be done to flush stale mappings from the TLB.
3023          *
3024          * To ensure that all vCPU threads have observed the new counter
3025          * value before returning, we use SMR.  Ordering is important here:
3026          * the VMM enters an SMR read section before loading the counter
3027          * and after updating the pm_active bit set.  Thus, pm_active is
3028          * a superset of active readers, and any reader that has observed
3029          * the goal has observed the new counter value.
3030          */
3031         atomic_add_long(&pmap->pm_eptgen, 1);
3032
3033         goal = smr_advance(pmap->pm_eptsmr);
3034
3035         /*
3036          * Force the vcpu to exit and trap back into the hypervisor.
3037          */
3038         ipinum = pmap->pm_flags & PMAP_NESTED_IPIMASK;
3039         ipi_selected(pmap->pm_active, ipinum);
3040         sched_unpin();
3041
3042         /*
3043          * Ensure that all active vCPUs will observe the new generation counter
3044          * value before executing any more guest instructions.
3045          */
3046         smr_wait(pmap->pm_eptsmr, goal);
3047 }
3048
3049 static inline void
3050 pmap_invalidate_preipi_pcid(pmap_t pmap)
3051 {
3052         struct pmap_pcid *pcidp;
3053         u_int cpuid, i;
3054
3055         sched_pin();
3056
3057         cpuid = PCPU_GET(cpuid);
3058         if (pmap != PCPU_GET(curpmap))
3059                 cpuid = 0xffffffff;     /* An impossible value */
3060
3061         CPU_FOREACH(i) {
3062                 if (cpuid != i) {
3063                         pcidp = zpcpu_get_cpu(pmap->pm_pcidp, i);
3064                         pcidp->pm_gen = 0;
3065                 }
3066         }
3067
3068         /*
3069          * The fence is between stores to pm_gen and the read of the
3070          * pm_active mask.  We need to ensure that it is impossible
3071          * for us to miss the bit update in pm_active and
3072          * simultaneously observe a non-zero pm_gen in
3073          * pmap_activate_sw(), otherwise TLB update is missed.
3074          * Without the fence, IA32 allows such an outcome.  Note that
3075          * pm_active is updated by a locked operation, which provides
3076          * the reciprocal fence.
3077          */
3078         atomic_thread_fence_seq_cst();
3079 }
3080
3081 static void
3082 pmap_invalidate_preipi_nopcid(pmap_t pmap __unused)
3083 {
3084         sched_pin();
3085 }
3086
3087 DEFINE_IFUNC(static, void, pmap_invalidate_preipi, (pmap_t))
3088 {
3089         return (pmap_pcid_enabled ? pmap_invalidate_preipi_pcid :
3090             pmap_invalidate_preipi_nopcid);
3091 }
3092
3093 static inline void
3094 pmap_invalidate_page_pcid_cb(pmap_t pmap, vm_offset_t va,
3095     const bool invpcid_works1)
3096 {
3097         struct invpcid_descr d;
3098         uint64_t kcr3, ucr3;
3099         uint32_t pcid;
3100
3101         /*
3102          * Because pm_pcid is recalculated on a context switch, we
3103          * must ensure there is no preemption, not just pinning.
3104          * Otherwise, we might use a stale value below.
3105          */
3106         CRITICAL_ASSERT(curthread);
3107
3108         /*
3109          * No need to do anything with user page tables invalidation
3110          * if there is no user page table, or invalidation is deferred
3111          * until the return to userspace.  ucr3_load_mask is stable
3112          * because we have preemption disabled.
3113          */
3114         if (pmap->pm_ucr3 == PMAP_NO_CR3 ||
3115             PCPU_GET(ucr3_load_mask) != PMAP_UCR3_NOMASK)
3116                 return;
3117
3118         pcid = pmap_get_pcid(pmap);
3119         if (invpcid_works1) {
3120                 d.pcid = pcid | PMAP_PCID_USER_PT;
3121                 d.pad = 0;
3122                 d.addr = va;
3123                 invpcid(&d, INVPCID_ADDR);
3124         } else {
3125                 kcr3 = pmap->pm_cr3 | pcid | CR3_PCID_SAVE;
3126                 ucr3 = pmap->pm_ucr3 | pcid | PMAP_PCID_USER_PT | CR3_PCID_SAVE;
3127                 pmap_pti_pcid_invlpg(ucr3, kcr3, va);
3128         }
3129 }
3130
3131 static void
3132 pmap_invalidate_page_pcid_invpcid_cb(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
3133 {
3134         pmap_invalidate_page_pcid_cb(pmap, va, true);
3135 }
3136
3137 static void
3138 pmap_invalidate_page_pcid_noinvpcid_cb(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
3139 {
3140         pmap_invalidate_page_pcid_cb(pmap, va, false);
3141 }
3142
3143 static void
3144 pmap_invalidate_page_nopcid_cb(pmap_t pmap __unused, vm_offset_t va __unused)
3145 {
3146 }
3147
3148 DEFINE_IFUNC(static, void, pmap_invalidate_page_cb, (pmap_t, vm_offset_t))
3149 {
3150         if (pmap_pcid_enabled)
3151                 return (invpcid_works ? pmap_invalidate_page_pcid_invpcid_cb :
3152                     pmap_invalidate_page_pcid_noinvpcid_cb);
3153         return (pmap_invalidate_page_nopcid_cb);
3154 }
3155
3156 static void
3157 pmap_invalidate_page_curcpu_cb(pmap_t pmap, vm_offset_t va,
3158     vm_offset_t addr2 __unused)
3159 {
3160         if (pmap == kernel_pmap) {
3161                 pmap_invlpg(kernel_pmap, va);
3162         } else if (pmap == PCPU_GET(curpmap)) {
3163                 invlpg(va);
3164                 pmap_invalidate_page_cb(pmap, va);
3165         }
3166 }
3167
3168 void
3169 pmap_invalidate_page(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
3170 {
3171         if (pmap_type_guest(pmap)) {
3172                 pmap_invalidate_ept(pmap);
3173                 return;
3174         }
3175
3176         KASSERT(pmap->pm_type == PT_X86,
3177             ("pmap_invalidate_page: invalid type %d", pmap->pm_type));
3178
3179         pmap_invalidate_preipi(pmap);
3180         smp_masked_invlpg(va, pmap, pmap_invalidate_page_curcpu_cb);
3181 }
3182
3183 /* 4k PTEs -- Chosen to exceed the total size of Broadwell L2 TLB */
3184 #define PMAP_INVLPG_THRESHOLD   (4 * 1024 * PAGE_SIZE)
3185
3186 static void
3187 pmap_invalidate_range_pcid_cb(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva,
3188     const bool invpcid_works1)
3189 {
3190         struct invpcid_descr d;
3191         uint64_t kcr3, ucr3;
3192         uint32_t pcid;
3193
3194         CRITICAL_ASSERT(curthread);
3195
3196         if (pmap != PCPU_GET(curpmap) ||
3197             pmap->pm_ucr3 == PMAP_NO_CR3 ||
3198             PCPU_GET(ucr3_load_mask) != PMAP_UCR3_NOMASK)
3199                 return;
3200
3201         pcid = pmap_get_pcid(pmap);
3202         if (invpcid_works1) {
3203                 d.pcid = pcid | PMAP_PCID_USER_PT;
3204                 d.pad = 0;
3205                 for (d.addr = sva; d.addr < eva; d.addr += PAGE_SIZE)
3206                         invpcid(&d, INVPCID_ADDR);
3207         } else {
3208                 kcr3 = pmap->pm_cr3 | pcid | CR3_PCID_SAVE;
3209                 ucr3 = pmap->pm_ucr3 | pcid | PMAP_PCID_USER_PT | CR3_PCID_SAVE;
3210                 pmap_pti_pcid_invlrng(ucr3, kcr3, sva, eva);
3211         }
3212 }
3213
3214 static void
3215 pmap_invalidate_range_pcid_invpcid_cb(pmap_t pmap, vm_offset_t sva,
3216     vm_offset_t eva)
3217 {
3218         pmap_invalidate_range_pcid_cb(pmap, sva, eva, true);
3219 }
3220
3221 static void
3222 pmap_invalidate_range_pcid_noinvpcid_cb(pmap_t pmap, vm_offset_t sva,
3223     vm_offset_t eva)
3224 {
3225         pmap_invalidate_range_pcid_cb(pmap, sva, eva, false);
3226 }
3227
3228 static void
3229 pmap_invalidate_range_nopcid_cb(pmap_t pmap __unused, vm_offset_t sva __unused,
3230     vm_offset_t eva __unused)
3231 {
3232 }
3233
3234 DEFINE_IFUNC(static, void, pmap_invalidate_range_cb, (pmap_t, vm_offset_t,
3235     vm_offset_t))
3236 {
3237         if (pmap_pcid_enabled)
3238                 return (invpcid_works ? pmap_invalidate_range_pcid_invpcid_cb :
3239                     pmap_invalidate_range_pcid_noinvpcid_cb);
3240         return (pmap_invalidate_range_nopcid_cb);
3241 }
3242
3243 static void
3244 pmap_invalidate_range_curcpu_cb(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
3245 {
3246         vm_offset_t addr;
3247
3248         if (pmap == kernel_pmap) {
3249                 if (PCPU_GET(pcid_invlpg_workaround)) {
3250                         struct invpcid_descr d = { 0 };
3251
3252                         invpcid(&d, INVPCID_CTXGLOB);
3253                 } else {
3254                         for (addr = sva; addr < eva; addr += PAGE_SIZE)
3255                                 invlpg(addr);
3256                 }
3257         } else if (pmap == PCPU_GET(curpmap)) {
3258                 for (addr = sva; addr < eva; addr += PAGE_SIZE)
3259                         invlpg(addr);
3260                 pmap_invalidate_range_cb(pmap, sva, eva);
3261         }
3262 }
3263
3264 void
3265 pmap_invalidate_range(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
3266 {
3267         if (eva - sva >= PMAP_INVLPG_THRESHOLD) {
3268                 pmap_invalidate_all(pmap);
3269                 return;
3270         }
3271
3272         if (pmap_type_guest(pmap)) {
3273                 pmap_invalidate_ept(pmap);
3274                 return;
3275         }
3276
3277         KASSERT(pmap->pm_type == PT_X86,
3278             ("pmap_invalidate_range: invalid type %d", pmap->pm_type));
3279
3280         pmap_invalidate_preipi(pmap);
3281         smp_masked_invlpg_range(sva, eva, pmap,
3282             pmap_invalidate_range_curcpu_cb);
3283 }
3284
3285 static inline void
3286 pmap_invalidate_all_pcid_cb(pmap_t pmap, bool invpcid_works1)
3287 {
3288         struct invpcid_descr d;
3289         uint64_t kcr3;
3290         uint32_t pcid;
3291
3292         if (pmap == kernel_pmap) {
3293                 if (invpcid_works1) {
3294                         bzero(&d, sizeof(d));
3295                         invpcid(&d, INVPCID_CTXGLOB);
3296                 } else {
3297                         invltlb_glob();
3298                 }
3299         } else if (pmap == PCPU_GET(curpmap)) {
3300                 CRITICAL_ASSERT(curthread);
3301
3302                 pcid = pmap_get_pcid(pmap);
3303                 if (invpcid_works1) {
3304                         d.pcid = pcid;
3305                         d.pad = 0;
3306                         d.addr = 0;
3307                         invpcid(&d, INVPCID_CTX);
3308                 } else {
3309                         kcr3 = pmap->pm_cr3 | pcid;
3310                         load_cr3(kcr3);
3311                 }
3312                 if (pmap->pm_ucr3 != PMAP_NO_CR3)
3313                         PCPU_SET(ucr3_load_mask, ~CR3_PCID_SAVE);
3314         }
3315 }
3316
3317 static void
3318 pmap_invalidate_all_pcid_invpcid_cb(pmap_t pmap)
3319 {
3320         pmap_invalidate_all_pcid_cb(pmap, true);
3321 }
3322
3323 static void
3324 pmap_invalidate_all_pcid_noinvpcid_cb(pmap_t pmap)
3325 {
3326         pmap_invalidate_all_pcid_cb(pmap, false);
3327 }
3328
3329 static void
3330 pmap_invalidate_all_nopcid_cb(pmap_t pmap)
3331 {
3332         if (pmap == kernel_pmap)
3333                 invltlb_glob();
3334         else if (pmap == PCPU_GET(curpmap))
3335                 invltlb();
3336 }
3337
3338 DEFINE_IFUNC(static, void, pmap_invalidate_all_cb, (pmap_t))
3339 {
3340         if (pmap_pcid_enabled)
3341                 return (invpcid_works ? pmap_invalidate_all_pcid_invpcid_cb :
3342                     pmap_invalidate_all_pcid_noinvpcid_cb);
3343         return (pmap_invalidate_all_nopcid_cb);
3344 }
3345
3346 static void
3347 pmap_invalidate_all_curcpu_cb(pmap_t pmap, vm_offset_t addr1 __unused,
3348     vm_offset_t addr2 __unused)
3349 {
3350         pmap_invalidate_all_cb(pmap);
3351 }
3352
3353 void
3354 pmap_invalidate_all(pmap_t pmap)
3355 {
3356         if (pmap_type_guest(pmap)) {
3357                 pmap_invalidate_ept(pmap);
3358                 return;
3359         }
3360
3361         KASSERT(pmap->pm_type == PT_X86,
3362             ("pmap_invalidate_all: invalid type %d", pmap->pm_type));
3363
3364         pmap_invalidate_preipi(pmap);
3365         smp_masked_invltlb(pmap, pmap_invalidate_all_curcpu_cb);
3366 }
3367
3368 static void
3369 pmap_invalidate_cache_curcpu_cb(pmap_t pmap __unused, vm_offset_t va __unused,
3370     vm_offset_t addr2 __unused)
3371 {
3372         wbinvd();
3373 }
3374
3375 void
3376 pmap_invalidate_cache(void)
3377 {
3378         sched_pin();
3379         smp_cache_flush(pmap_invalidate_cache_curcpu_cb);
3380 }
3381
3382 struct pde_action {
3383         cpuset_t invalidate;    /* processors that invalidate their TLB */
3384         pmap_t pmap;
3385         vm_offset_t va;
3386         pd_entry_t *pde;
3387         pd_entry_t newpde;
3388         u_int store;            /* processor that updates the PDE */
3389 };
3390
3391 static void
3392 pmap_update_pde_action(void *arg)
3393 {
3394         struct pde_action *act = arg;
3395
3396         if (act->store == PCPU_GET(cpuid))
3397                 pmap_update_pde_store(act->pmap, act->pde, act->newpde);
3398 }
3399
3400 static void
3401 pmap_update_pde_teardown(void *arg)
3402 {
3403         struct pde_action *act = arg;
3404
3405         if (CPU_ISSET(PCPU_GET(cpuid), &act->invalidate))
3406                 pmap_update_pde_invalidate(act->pmap, act->va, act->newpde);
3407 }
3408
3409 /*
3410  * Change the page size for the specified virtual address in a way that
3411  * prevents any possibility of the TLB ever having two entries that map the
3412  * same virtual address using different page sizes.  This is the recommended
3413  * workaround for Erratum 383 on AMD Family 10h processors.  It prevents a
3414  * machine check exception for a TLB state that is improperly diagnosed as a
3415  * hardware error.
3416  */
3417 static void
3418 pmap_update_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t *pde, pd_entry_t newpde)
3419 {
3420         struct pde_action act;
3421         cpuset_t active, other_cpus;
3422         u_int cpuid;
3423
3424         sched_pin();
3425         cpuid = PCPU_GET(cpuid);
3426         other_cpus = all_cpus;
3427         CPU_CLR(cpuid, &other_cpus);
3428         if (pmap == kernel_pmap || pmap_type_guest(pmap)) 
3429                 active = all_cpus;
3430         else {
3431                 active = pmap->pm_active;
3432         }
3433         if (CPU_OVERLAP(&active, &other_cpus)) { 
3434                 act.store = cpuid;
3435                 act.invalidate = active;
3436                 act.va = va;
3437                 act.pmap = pmap;
3438                 act.pde = pde;
3439                 act.newpde = newpde;
3440                 CPU_SET(cpuid, &active);
3441                 smp_rendezvous_cpus(active,
3442                     smp_no_rendezvous_barrier, pmap_update_pde_action,
3443                     pmap_update_pde_teardown, &act);
3444         } else {
3445                 pmap_update_pde_store(pmap, pde, newpde);
3446                 if (CPU_ISSET(cpuid, &active))
3447                         pmap_update_pde_invalidate(pmap, va, newpde);
3448         }
3449         sched_unpin();
3450 }
3451 #else /* !SMP */
3452 /*
3453  * Normal, non-SMP, invalidation functions.
3454  */
3455 void
3456 pmap_invalidate_page(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
3457 {
3458         struct invpcid_descr d;
3459         uint64_t kcr3, ucr3;
3460         uint32_t pcid;
3461
3462         if (pmap->pm_type == PT_RVI || pmap->pm_type == PT_EPT) {
3463                 pmap->pm_eptgen++;
3464                 return;
3465         }
3466         KASSERT(pmap->pm_type == PT_X86,
3467             ("pmap_invalidate_range: unknown type %d", pmap->pm_type));
3468
3469         if (pmap == kernel_pmap || pmap == PCPU_GET(curpmap)) {
3470                 invlpg(va);
3471                 if (pmap == PCPU_GET(curpmap) && pmap_pcid_enabled &&
3472                     pmap->pm_ucr3 != PMAP_NO_CR3) {
3473                         critical_enter();
3474                         pcid = pmap->pm_pcidp->pm_pcid;
3475                         if (invpcid_works) {
3476                                 d.pcid = pcid | PMAP_PCID_USER_PT;
3477                                 d.pad = 0;
3478                                 d.addr = va;
3479                                 invpcid(&d, INVPCID_ADDR);
3480                         } else {
3481                                 kcr3 = pmap->pm_cr3 | pcid | CR3_PCID_SAVE;
3482                                 ucr3 = pmap->pm_ucr3 | pcid |
3483                                     PMAP_PCID_USER_PT | CR3_PCID_SAVE;
3484                                 pmap_pti_pcid_invlpg(ucr3, kcr3, va);
3485                         }
3486                         critical_exit();
3487                 }
3488         } else if (pmap_pcid_enabled)
3489                 pmap->pm_pcidp->pm_gen = 0;
3490 }
3491
3492 void
3493 pmap_invalidate_range(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
3494 {
3495         struct invpcid_descr d;
3496         vm_offset_t addr;
3497         uint64_t kcr3, ucr3;
3498
3499         if (pmap->pm_type == PT_RVI || pmap->pm_type == PT_EPT) {
3500                 pmap->pm_eptgen++;
3501                 return;
3502         }
3503         KASSERT(pmap->pm_type == PT_X86,
3504             ("pmap_invalidate_range: unknown type %d", pmap->pm_type));
3505
3506         if (pmap == kernel_pmap || pmap == PCPU_GET(curpmap)) {
3507                 for (addr = sva; addr < eva; addr += PAGE_SIZE)
3508                         invlpg(addr);
3509                 if (pmap == PCPU_GET(curpmap) && pmap_pcid_enabled &&
3510                     pmap->pm_ucr3 != PMAP_NO_CR3) {
3511                         critical_enter();
3512                         if (invpcid_works) {
3513                                 d.pcid = pmap->pm_pcidp->pm_pcid |
3514                                     PMAP_PCID_USER_PT;
3515                                 d.pad = 0;
3516                                 d.addr = sva;
3517                                 for (; d.addr < eva; d.addr += PAGE_SIZE)
3518                                         invpcid(&d, INVPCID_ADDR);
3519                         } else {
3520                                 kcr3 = pmap->pm_cr3 | pmap->pm_pcidp->
3521                                     pm_pcid | CR3_PCID_SAVE;
3522                                 ucr3 = pmap->pm_ucr3 | pmap->pm_pcidp->
3523                                     pm_pcid | PMAP_PCID_USER_PT | CR3_PCID_SAVE;
3524                                 pmap_pti_pcid_invlrng(ucr3, kcr3, sva, eva);
3525                         }
3526                         critical_exit();
3527                 }
3528         } else if (pmap_pcid_enabled) {
3529                 pmap->pm_pcidp->pm_gen = 0;
3530         }
3531 }
3532
3533 void
3534 pmap_invalidate_all(pmap_t pmap)
3535 {
3536         struct invpcid_descr d;
3537         uint64_t kcr3, ucr3;
3538
3539         if (pmap->pm_type == PT_RVI || pmap->pm_type == PT_EPT) {
3540                 pmap->pm_eptgen++;
3541                 return;
3542         }
3543         KASSERT(pmap->pm_type == PT_X86,
3544             ("pmap_invalidate_all: unknown type %d", pmap->pm_type));
3545
3546         if (pmap == kernel_pmap) {
3547                 if (pmap_pcid_enabled && invpcid_works) {
3548                         bzero(&d, sizeof(d));
3549                         invpcid(&d, INVPCID_CTXGLOB);
3550                 } else {
3551                         invltlb_glob();
3552                 }
3553         } else if (pmap == PCPU_GET(curpmap)) {
3554                 if (pmap_pcid_enabled) {
3555                         critical_enter();
3556                         if (invpcid_works) {
3557                                 d.pcid = pmap->pm_pcidp->pm_pcid;
3558                                 d.pad = 0;
3559                                 d.addr = 0;
3560                                 invpcid(&d, INVPCID_CTX);
3561                                 if (pmap->pm_ucr3 != PMAP_NO_CR3) {
3562                                         d.pcid |= PMAP_PCID_USER_PT;
3563                                         invpcid(&d, INVPCID_CTX);
3564                                 }
3565                         } else {
3566                                 kcr3 = pmap->pm_cr3 | pmap->pm_pcidp->pm_pcid;
3567                                 if (pmap->pm_ucr3 != PMAP_NO_CR3) {
3568                                         ucr3 = pmap->pm_ucr3 | pmap->pm_pcidp->
3569                                             pm_pcid | PMAP_PCID_USER_PT;
3570                                         pmap_pti_pcid_invalidate(ucr3, kcr3);
3571                                 } else
3572                                         load_cr3(kcr3);
3573                         }
3574                         critical_exit();
3575                 } else {
3576                         invltlb();
3577                 }
3578         } else if (pmap_pcid_enabled) {
3579                 pmap->pm_pcidp->pm_gen = 0;
3580         }
3581 }
3582
3583 PMAP_INLINE void
3584 pmap_invalidate_cache(void)
3585 {
3586
3587         wbinvd();
3588 }
3589
3590 static void
3591 pmap_update_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t *pde, pd_entry_t newpde)
3592 {
3593
3594         pmap_update_pde_store(pmap, pde, newpde);
3595         if (pmap == kernel_pmap || pmap == PCPU_GET(curpmap))
3596                 pmap_update_pde_invalidate(pmap, va, newpde);
3597         else
3598                 pmap->pm_pcidp->pm_gen = 0;
3599 }
3600 #endif /* !SMP */
3601
3602 static void
3603 pmap_invalidate_pde_page(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t pde)
3604 {
3605
3606         /*
3607          * When the PDE has PG_PROMOTED set, the 2MB page mapping was created
3608          * by a promotion that did not invalidate the 512 4KB page mappings
3609          * that might exist in the TLB.  Consequently, at this point, the TLB
3610          * may hold both 4KB and 2MB page mappings for the address range [va,
3611          * va + NBPDR).  Therefore, the entire range must be invalidated here.
3612          * In contrast, when PG_PROMOTED is clear, the TLB will not hold any
3613          * 4KB page mappings for the address range [va, va + NBPDR), and so a
3614          * single INVLPG suffices to invalidate the 2MB page mapping from the
3615          * TLB.
3616          */
3617         if ((pde & PG_PROMOTED) != 0)
3618                 pmap_invalidate_range(pmap, va, va + NBPDR - 1);
3619         else
3620                 pmap_invalidate_page(pmap, va);
3621 }
3622
3623 DEFINE_IFUNC(, void, pmap_invalidate_cache_range,
3624     (vm_offset_t sva, vm_offset_t eva))
3625 {
3626
3627         if ((cpu_feature & CPUID_SS) != 0)
3628                 return (pmap_invalidate_cache_range_selfsnoop);
3629         if ((cpu_feature & CPUID_CLFSH) != 0)
3630                 return (pmap_force_invalidate_cache_range);
3631         return (pmap_invalidate_cache_range_all);
3632 }
3633
3634 #define PMAP_CLFLUSH_THRESHOLD   (2 * 1024 * 1024)
3635
3636 static void
3637 pmap_invalidate_cache_range_check_align(vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
3638 {
3639
3640         KASSERT((sva & PAGE_MASK) == 0,
3641             ("pmap_invalidate_cache_range: sva not page-aligned"));
3642         KASSERT((eva & PAGE_MASK) == 0,
3643             ("pmap_invalidate_cache_range: eva not page-aligned"));
3644 }
3645
3646 static void
3647 pmap_invalidate_cache_range_selfsnoop(vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
3648 {
3649
3650         pmap_invalidate_cache_range_check_align(sva, eva);
3651 }
3652
3653 void
3654 pmap_force_invalidate_cache_range(vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
3655 {
3656
3657         sva &= ~(vm_offset_t)(cpu_clflush_line_size - 1);
3658
3659         /*
3660          * XXX: Some CPUs fault, hang, or trash the local APIC
3661          * registers if we use CLFLUSH on the local APIC range.  The
3662          * local APIC is always uncached, so we don't need to flush
3663          * for that range anyway.
3664          */
3665         if (pmap_kextract(sva) == lapic_paddr)
3666                 return;
3667
3668         if ((cpu_stdext_feature & CPUID_STDEXT_CLFLUSHOPT) != 0) {
3669                 /*
3670                  * Do per-cache line flush.  Use a locked
3671                  * instruction to insure that previous stores are
3672                  * included in the write-back.  The processor
3673                  * propagates flush to other processors in the cache
3674                  * coherence domain.
3675                  */
3676                 atomic_thread_fence_seq_cst();
3677                 for (; sva < eva; sva += cpu_clflush_line_size)
3678                         clflushopt(sva);
3679                 atomic_thread_fence_seq_cst();
3680         } else {
3681                 /*
3682                  * Writes are ordered by CLFLUSH on Intel CPUs.
3683                  */
3684                 if (cpu_vendor_id != CPU_VENDOR_INTEL)
3685                         mfence();
3686                 for (; sva < eva; sva += cpu_clflush_line_size)
3687                         clflush(sva);
3688                 if (cpu_vendor_id != CPU_VENDOR_INTEL)
3689                         mfence();
3690         }
3691 }
3692
3693 static void
3694 pmap_invalidate_cache_range_all(vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
3695 {
3696
3697         pmap_invalidate_cache_range_check_align(sva, eva);
3698         pmap_invalidate_cache();
3699 }
3700
3701 /*
3702  * Remove the specified set of pages from the data and instruction caches.
3703  *
3704  * In contrast to pmap_invalidate_cache_range(), this function does not
3705  * rely on the CPU's self-snoop feature, because it is intended for use
3706  * when moving pages into a different cache domain.
3707  */
3708 void
3709 pmap_invalidate_cache_pages(vm_page_t *pages, int count)
3710 {
3711         vm_offset_t daddr, eva;
3712         int i;
3713         bool useclflushopt;
3714
3715         useclflushopt = (cpu_stdext_feature & CPUID_STDEXT_CLFLUSHOPT) != 0;
3716         if (count >= PMAP_CLFLUSH_THRESHOLD / PAGE_SIZE ||
3717             ((cpu_feature & CPUID_CLFSH) == 0 && !useclflushopt))
3718                 pmap_invalidate_cache();
3719         else {
3720                 if (useclflushopt)
3721                         atomic_thread_fence_seq_cst();
3722                 else if (cpu_vendor_id != CPU_VENDOR_INTEL)
3723                         mfence();
3724                 for (i = 0; i < count; i++) {
3725                         daddr = PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(pages[i]));
3726                         eva = daddr + PAGE_SIZE;
3727                         for (; daddr < eva; daddr += cpu_clflush_line_size) {
3728                                 if (useclflushopt)
3729                                         clflushopt(daddr);
3730                                 else
3731                                         clflush(daddr);
3732                         }
3733                 }
3734                 if (useclflushopt)
3735                         atomic_thread_fence_seq_cst();
3736                 else if (cpu_vendor_id != CPU_VENDOR_INTEL)
3737                         mfence();
3738         }
3739 }
3740
3741 void
3742 pmap_flush_cache_range(vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
3743 {
3744
3745         pmap_invalidate_cache_range_check_align(sva, eva);
3746
3747         if ((cpu_stdext_feature & CPUID_STDEXT_CLWB) == 0) {
3748                 pmap_force_invalidate_cache_range(sva, eva);
3749                 return;
3750         }
3751
3752         /* See comment in pmap_force_invalidate_cache_range(). */
3753         if (pmap_kextract(sva) == lapic_paddr)
3754                 return;
3755
3756         atomic_thread_fence_seq_cst();
3757         for (; sva < eva; sva += cpu_clflush_line_size)
3758                 clwb(sva);
3759         atomic_thread_fence_seq_cst();
3760 }
3761
3762 void
3763 pmap_flush_cache_phys_range(vm_paddr_t spa, vm_paddr_t epa, vm_memattr_t mattr)
3764 {
3765         pt_entry_t *pte;
3766         vm_offset_t vaddr;
3767         int error __diagused;
3768         int pte_bits;
3769
3770         KASSERT((spa & PAGE_MASK) == 0,
3771             ("pmap_flush_cache_phys_range: spa not page-aligned"));
3772         KASSERT((epa & PAGE_MASK) == 0,
3773             ("pmap_flush_cache_phys_range: epa not page-aligned"));
3774
3775         if (spa < dmaplimit) {
3776                 pmap_flush_cache_range(PHYS_TO_DMAP(spa), PHYS_TO_DMAP(MIN(
3777                     dmaplimit, epa)));
3778                 if (dmaplimit >= epa)
3779                         return;
3780                 spa = dmaplimit;
3781         }
3782
3783         pte_bits = pmap_cache_bits(kernel_pmap, mattr, 0) | X86_PG_RW |
3784             X86_PG_V;
3785         error = vmem_alloc(kernel_arena, PAGE_SIZE, M_BESTFIT | M_WAITOK,
3786             &vaddr);
3787         KASSERT(error == 0, ("vmem_alloc failed: %d", error));
3788         pte = vtopte(vaddr);
3789         for (; spa < epa; spa += PAGE_SIZE) {
3790                 sched_pin();
3791                 pte_store(pte, spa | pte_bits);
3792                 pmap_invlpg(kernel_pmap, vaddr);
3793                 /* XXXKIB atomic inside flush_cache_range are excessive */
3794                 pmap_flush_cache_range(vaddr, vaddr + PAGE_SIZE);
3795                 sched_unpin();
3796         }
3797         vmem_free(kernel_arena, vaddr, PAGE_SIZE);
3798 }
3799
3800 /*
3801  *      Routine:        pmap_extract
3802  *      Function:
3803  *              Extract the physical page address associated
3804  *              with the given map/virtual_address pair.
3805  */
3806 vm_paddr_t 
3807 pmap_extract(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
3808 {
3809         pdp_entry_t *pdpe;
3810         pd_entry_t *pde;
3811         pt_entry_t *pte, PG_V;
3812         vm_paddr_t pa;
3813
3814         pa = 0;
3815         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
3816         PMAP_LOCK(pmap);
3817         pdpe = pmap_pdpe(pmap, va);
3818         if (pdpe != NULL && (*pdpe & PG_V) != 0) {
3819                 if ((*pdpe & PG_PS) != 0)
3820                         pa = (*pdpe & PG_PS_FRAME) | (va & PDPMASK);
3821                 else {
3822                         pde = pmap_pdpe_to_pde(pdpe, va);
3823                         if ((*pde & PG_V) != 0) {
3824                                 if ((*pde & PG_PS) != 0) {
3825                                         pa = (*pde & PG_PS_FRAME) |
3826                                             (va & PDRMASK);
3827                                 } else {
3828                                         pte = pmap_pde_to_pte(pde, va);
3829                                         pa = (*pte & PG_FRAME) |
3830                                             (va & PAGE_MASK);
3831                                 }
3832                         }
3833                 }
3834         }
3835         PMAP_UNLOCK(pmap);
3836         return (pa);
3837 }
3838
3839 /*
3840  *      Routine:        pmap_extract_and_hold
3841  *      Function:
3842  *              Atomically extract and hold the physical page
3843  *              with the given pmap and virtual address pair
3844  *              if that mapping permits the given protection.
3845  */
3846 vm_page_t
3847 pmap_extract_and_hold(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_prot_t prot)
3848 {
3849         pdp_entry_t pdpe, *pdpep;
3850         pd_entry_t pde, *pdep;
3851         pt_entry_t pte, PG_RW, PG_V;
3852         vm_page_t m;
3853
3854         m = NULL;
3855         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
3856         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
3857         PMAP_LOCK(pmap);
3858
3859         pdpep = pmap_pdpe(pmap, va);
3860         if (pdpep == NULL || ((pdpe = *pdpep) & PG_V) == 0)
3861                 goto out;
3862         if ((pdpe & PG_PS) != 0) {
3863                 if ((pdpe & PG_RW) == 0 && (prot & VM_PROT_WRITE) != 0)
3864                         goto out;
3865                 m = PHYS_TO_VM_PAGE((pdpe & PG_PS_FRAME) | (va & PDPMASK));
3866                 goto check_page;
3867         }
3868
3869         pdep = pmap_pdpe_to_pde(pdpep, va);
3870         if (pdep == NULL || ((pde = *pdep) & PG_V) == 0)
3871                 goto out;
3872         if ((pde & PG_PS) != 0) {
3873                 if ((pde & PG_RW) == 0 && (prot & VM_PROT_WRITE) != 0)
3874                         goto out;
3875                 m = PHYS_TO_VM_PAGE((pde & PG_PS_FRAME) | (va & PDRMASK));
3876                 goto check_page;
3877         }
3878
3879         pte = *pmap_pde_to_pte(pdep, va);
3880         if ((pte & PG_V) == 0 ||
3881             ((pte & PG_RW) == 0 && (prot & VM_PROT_WRITE) != 0))
3882                 goto out;
3883         m = PHYS_TO_VM_PAGE(pte & PG_FRAME);
3884
3885 check_page:
3886         if (m != NULL && !vm_page_wire_mapped(m))
3887                 m = NULL;
3888 out:
3889         PMAP_UNLOCK(pmap);
3890         return (m);
3891 }
3892
3893 vm_paddr_t
3894 pmap_kextract(vm_offset_t va)
3895 {
3896         pd_entry_t pde;
3897         vm_paddr_t pa;
3898
3899         if (va >= DMAP_MIN_ADDRESS && va < DMAP_MAX_ADDRESS) {
3900                 pa = DMAP_TO_PHYS(va);
3901         } else if (PMAP_ADDRESS_IN_LARGEMAP(va)) {
3902                 pa = pmap_large_map_kextract(va);
3903         } else {
3904                 pde = *vtopde(va);
3905                 if (pde & PG_PS) {
3906                         pa = (pde & PG_PS_FRAME) | (va & PDRMASK);
3907                 } else {
3908                         /*
3909                          * Beware of a concurrent promotion that changes the
3910                          * PDE at this point!  For example, vtopte() must not
3911                          * be used to access the PTE because it would use the
3912                          * new PDE.  It is, however, safe to use the old PDE
3913                          * because the page table page is preserved by the
3914                          * promotion.
3915                          */
3916                         pa = *pmap_pde_to_pte(&pde, va);
3917                         pa = (pa & PG_FRAME) | (va & PAGE_MASK);
3918                 }
3919         }
3920         return (pa);
3921 }
3922
3923 /***************************************************
3924  * Low level mapping routines.....
3925  ***************************************************/
3926
3927 /*
3928  * Add a wired page to the kva.
3929  * Note: not SMP coherent.
3930  */
3931 PMAP_INLINE void 
3932 pmap_kenter(vm_offset_t va, vm_paddr_t pa)
3933 {
3934         pt_entry_t *pte;
3935
3936         pte = vtopte(va);
3937         pte_store(pte, pa | pg_g | pg_nx | X86_PG_A | X86_PG_M |
3938             X86_PG_RW | X86_PG_V);
3939 }
3940
3941 static __inline void
3942 pmap_kenter_attr(vm_offset_t va, vm_paddr_t pa, int mode)
3943 {
3944         pt_entry_t *pte;
3945         int cache_bits;
3946
3947         pte = vtopte(va);
3948         cache_bits = pmap_cache_bits(kernel_pmap, mode, 0);
3949         pte_store(pte, pa | pg_g | pg_nx | X86_PG_A | X86_PG_M |
3950             X86_PG_RW | X86_PG_V | cache_bits);
3951 }
3952
3953 /*
3954  * Remove a page from the kernel pagetables.
3955  * Note: not SMP coherent.
3956  */
3957 PMAP_INLINE void
3958 pmap_kremove(vm_offset_t va)
3959 {
3960         pt_entry_t *pte;
3961
3962         pte = vtopte(va);
3963         pte_clear(pte);
3964 }
3965
3966 /*
3967  *      Used to map a range of physical addresses into kernel
3968  *      virtual address space.
3969  *
3970  *      The value passed in '*virt' is a suggested virtual address for
3971  *      the mapping. Architectures which can support a direct-mapped
3972  *      physical to virtual region can return the appropriate address
3973  *      within that region, leaving '*virt' unchanged. Other
3974  *      architectures should map the pages starting at '*virt' and
3975  *      update '*virt' with the first usable address after the mapped
3976  *      region.
3977  */
3978 vm_offset_t
3979 pmap_map(vm_offset_t *virt, vm_paddr_t start, vm_paddr_t end, int prot)
3980 {
3981         return PHYS_TO_DMAP(start);
3982 }
3983
3984 /*
3985  * Add a list of wired pages to the kva
3986  * this routine is only used for temporary
3987  * kernel mappings that do not need to have
3988  * page modification or references recorded.
3989  * Note that old mappings are simply written
3990  * over.  The page *must* be wired.
3991  * Note: SMP coherent.  Uses a ranged shootdown IPI.
3992  */
3993 void
3994 pmap_qenter(vm_offset_t sva, vm_page_t *ma, int count)
3995 {
3996         pt_entry_t *endpte, oldpte, pa, *pte;
3997         vm_page_t m;
3998         int cache_bits;
3999
4000         oldpte = 0;
4001         pte = vtopte(sva);
4002         endpte = pte + count;
4003         while (pte < endpte) {
4004                 m = *ma++;
4005                 cache_bits = pmap_cache_bits(kernel_pmap, m->md.pat_mode, 0);
4006                 pa = VM_PAGE_TO_PHYS(m) | cache_bits;
4007                 if ((*pte & (PG_FRAME | X86_PG_PTE_CACHE)) != pa) {
4008                         oldpte |= *pte;
4009                         pte_store(pte, pa | pg_g | pg_nx | X86_PG_A |
4010                             X86_PG_M | X86_PG_RW | X86_PG_V);
4011                 }
4012                 pte++;
4013         }
4014         if (__predict_false((oldpte & X86_PG_V) != 0))
4015                 pmap_invalidate_range(kernel_pmap, sva, sva + count *
4016                     PAGE_SIZE);
4017 }
4018
4019 /*
4020  * This routine tears out page mappings from the
4021  * kernel -- it is meant only for temporary mappings.
4022  * Note: SMP coherent.  Uses a ranged shootdown IPI.
4023  */
4024 void
4025 pmap_qremove(vm_offset_t sva, int count)
4026 {
4027         vm_offset_t va;
4028
4029         va = sva;
4030         while (count-- > 0) {
4031                 KASSERT(va >= VM_MIN_KERNEL_ADDRESS, ("usermode va %lx", va));
4032                 pmap_kremove(va);
4033                 va += PAGE_SIZE;
4034         }
4035         pmap_invalidate_range(kernel_pmap, sva, va);
4036 }
4037
4038 /***************************************************
4039  * Page table page management routines.....
4040  ***************************************************/
4041 /*
4042  * Schedule the specified unused page table page to be freed.  Specifically,
4043  * add the page to the specified list of pages that will be released to the
4044  * physical memory manager after the TLB has been updated.
4045  */
4046 static __inline void
4047 pmap_add_delayed_free_list(vm_page_t m, struct spglist *free,
4048     boolean_t set_PG_ZERO)
4049 {
4050
4051         if (set_PG_ZERO)
4052                 m->flags |= PG_ZERO;
4053         else
4054                 m->flags &= ~PG_ZERO;
4055         SLIST_INSERT_HEAD(free, m, plinks.s.ss);
4056 }
4057
4058 /*
4059  * Inserts the specified page table page into the specified pmap's collection
4060  * of idle page table pages.  Each of a pmap's page table pages is responsible
4061  * for mapping a distinct range of virtual addresses.  The pmap's collection is
4062  * ordered by this virtual address range.
4063  *
4064  * If "promoted" is false, then the page table page "mpte" must be zero filled.
4065  */
4066 static __inline int
4067 pmap_insert_pt_page(pmap_t pmap, vm_page_t mpte, bool promoted)
4068 {
4069
4070         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
4071         mpte->valid = promoted ? VM_PAGE_BITS_ALL : 0;
4072         return (vm_radix_insert(&pmap->pm_root, mpte));
4073 }
4074
4075 /*
4076  * Removes the page table page mapping the specified virtual address from the
4077  * specified pmap's collection of idle page table pages, and returns it.
4078  * Otherwise, returns NULL if there is no page table page corresponding to the
4079  * specified virtual address.
4080  */
4081 static __inline vm_page_t
4082 pmap_remove_pt_page(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
4083 {
4084
4085         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
4086         return (vm_radix_remove(&pmap->pm_root, pmap_pde_pindex(va)));
4087 }
4088
4089 /*
4090  * Decrements a page table page's reference count, which is used to record the
4091  * number of valid page table entries within the page.  If the reference count
4092  * drops to zero, then the page table page is unmapped.  Returns TRUE if the
4093  * page table page was unmapped and FALSE otherwise.
4094  */
4095 static inline boolean_t
4096 pmap_unwire_ptp(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m, struct spglist *free)
4097 {
4098
4099         --m->ref_count;
4100         if (m->ref_count == 0) {
4101                 _pmap_unwire_ptp(pmap, va, m, free);
4102                 return (TRUE);
4103         } else
4104                 return (FALSE);
4105 }
4106
4107 static void
4108 _pmap_unwire_ptp(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m, struct spglist *free)
4109 {
4110         pml5_entry_t *pml5;
4111         pml4_entry_t *pml4;
4112         pdp_entry_t *pdp;
4113         pd_entry_t *pd;
4114         vm_page_t pdpg, pdppg, pml4pg;
4115
4116         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
4117
4118         /*
4119          * unmap the page table page
4120          */
4121         if (m->pindex >= NUPDE + NUPDPE + NUPML4E) {
4122                 /* PML4 page */
4123                 MPASS(pmap_is_la57(pmap));
4124                 pml5 = pmap_pml5e(pmap, va);
4125                 *pml5 = 0;
4126                 if (pmap->pm_pmltopu != NULL && va <= VM_MAXUSER_ADDRESS) {
4127                         pml5 = pmap_pml5e_u(pmap, va);
4128                         *pml5 = 0;
4129                 }
4130         } else if (m->pindex >= NUPDE + NUPDPE) {
4131                 /* PDP page */
4132                 pml4 = pmap_pml4e(pmap, va);
4133                 *pml4 = 0;
4134                 if (!pmap_is_la57(pmap) && pmap->pm_pmltopu != NULL &&
4135                     va <= VM_MAXUSER_ADDRESS) {
4136                         pml4 = pmap_pml4e_u(pmap, va);
4137                         *pml4 = 0;
4138                 }
4139         } else if (m->pindex >= NUPDE) {
4140                 /* PD page */
4141                 pdp = pmap_pdpe(pmap, va);
4142                 *pdp = 0;
4143         } else {
4144                 /* PTE page */
4145                 pd = pmap_pde(pmap, va);
4146                 *pd = 0;
4147         }
4148         if (m->pindex < NUPDE) {
4149                 /* We just released a PT, unhold the matching PD */
4150                 pdpg = PHYS_TO_VM_PAGE(*pmap_pdpe(pmap, va) & PG_FRAME);
4151                 pmap_unwire_ptp(pmap, va, pdpg, free);
4152         } else if (m->pindex < NUPDE + NUPDPE) {
4153                 /* We just released a PD, unhold the matching PDP */
4154                 pdppg = PHYS_TO_VM_PAGE(*pmap_pml4e(pmap, va) & PG_FRAME);
4155                 pmap_unwire_ptp(pmap, va, pdppg, free);
4156         } else if (m->pindex < NUPDE + NUPDPE + NUPML4E && pmap_is_la57(pmap)) {
4157                 /* We just released a PDP, unhold the matching PML4 */
4158                 pml4pg = PHYS_TO_VM_PAGE(*pmap_pml5e(pmap, va) & PG_FRAME);
4159                 pmap_unwire_ptp(pmap, va, pml4pg, free);
4160         }
4161
4162         pmap_pt_page_count_adj(pmap, -1);
4163
4164         /* 
4165          * Put page on a list so that it is released after
4166          * *ALL* TLB shootdown is done
4167          */
4168         pmap_add_delayed_free_list(m, free, TRUE);
4169 }
4170
4171 /*
4172  * After removing a page table entry, this routine is used to
4173  * conditionally free the page, and manage the reference count.
4174  */
4175 static int
4176 pmap_unuse_pt(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t ptepde,
4177     struct spglist *free)
4178 {
4179         vm_page_t mpte;
4180
4181         if (va >= VM_MAXUSER_ADDRESS)
4182                 return (0);
4183         KASSERT(ptepde != 0, ("pmap_unuse_pt: ptepde != 0"));
4184         mpte = PHYS_TO_VM_PAGE(ptepde & PG_FRAME);
4185         return (pmap_unwire_ptp(pmap, va, mpte, free));
4186 }
4187
4188 /*
4189  * Release a page table page reference after a failed attempt to create a
4190  * mapping.
4191  */
4192 static void
4193 pmap_abort_ptp(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t mpte)
4194 {
4195         struct spglist free;
4196
4197         SLIST_INIT(&free);
4198         if (pmap_unwire_ptp(pmap, va, mpte, &free)) {
4199                 /*
4200                  * Although "va" was never mapped, paging-structure caches
4201                  * could nonetheless have entries that refer to the freed
4202                  * page table pages.  Invalidate those entries.
4203                  */
4204                 pmap_invalidate_page(pmap, va);
4205                 vm_page_free_pages_toq(&free, true);
4206         }
4207 }
4208
4209 static void
4210 pmap_pinit_pcids(pmap_t pmap, uint32_t pcid, int gen)
4211 {
4212         struct pmap_pcid *pcidp;
4213         int i;
4214
4215         CPU_FOREACH(i) {
4216                 pcidp = zpcpu_get_cpu(pmap->pm_pcidp, i);
4217                 pcidp->pm_pcid = pcid;
4218                 pcidp->pm_gen = gen;
4219         }
4220 }
4221
4222 void
4223 pmap_pinit0(pmap_t pmap)
4224 {
4225         struct proc *p;
4226         struct thread *td;
4227
4228         PMAP_LOCK_INIT(pmap);
4229         pmap->pm_pmltop = kernel_pmap->pm_pmltop;
4230         pmap->pm_pmltopu = NULL;
4231         pmap->pm_cr3 = kernel_pmap->pm_cr3;
4232         /* hack to keep pmap_pti_pcid_invalidate() alive */
4233         pmap->pm_ucr3 = PMAP_NO_CR3;
4234         vm_radix_init(&pmap->pm_root);
4235         CPU_ZERO(&pmap->pm_active);
4236         TAILQ_INIT(&pmap->pm_pvchunk);
4237         bzero(&pmap->pm_stats, sizeof pmap->pm_stats);
4238         pmap->pm_flags = pmap_flags;
4239         pmap->pm_pcidp = uma_zalloc_pcpu(pcpu_zone_8, M_WAITOK);
4240         pmap_pinit_pcids(pmap, PMAP_PCID_KERN + 1, 1);
4241         pmap_activate_boot(pmap);
4242         td = curthread;
4243         if (pti) {
4244                 p = td->td_proc;
4245                 PROC_LOCK(p);
4246                 p->p_md.md_flags |= P_MD_KPTI;
4247                 PROC_UNLOCK(p);
4248         }
4249         pmap_thread_init_invl_gen(td);
4250
4251         if ((cpu_stdext_feature2 & CPUID_STDEXT2_PKU) != 0) {
4252                 pmap_pkru_ranges_zone = uma_zcreate("pkru ranges",
4253                     sizeof(struct pmap_pkru_range), NULL, NULL, NULL, NULL,
4254                     UMA_ALIGN_PTR, 0);
4255         }
4256 }
4257
4258 void
4259 pmap_pinit_pml4(vm_page_t pml4pg)
4260 {
4261         pml4_entry_t *pm_pml4;
4262         int i;
4263
4264         pm_pml4 = (pml4_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(pml4pg));
4265
4266         /* Wire in kernel global address entries. */
4267         for (i = 0; i < NKPML4E; i++) {
4268                 pm_pml4[KPML4BASE + i] = (KPDPphys + ptoa(i)) | X86_PG_RW |
4269                     X86_PG_V;
4270         }
4271 #ifdef KASAN
4272         for (i = 0; i < NKASANPML4E; i++) {
4273                 pm_pml4[KASANPML4I + i] = (KASANPDPphys + ptoa(i)) | X86_PG_RW |
4274                     X86_PG_V | pg_nx;
4275         }
4276 #endif
4277 #ifdef KMSAN
4278         for (i = 0; i < NKMSANSHADPML4E; i++) {
4279                 pm_pml4[KMSANSHADPML4I + i] = (KMSANSHADPDPphys + ptoa(i)) |
4280                     X86_PG_RW | X86_PG_V | pg_nx;
4281         }
4282         for (i = 0; i < NKMSANORIGPML4E; i++) {
4283                 pm_pml4[KMSANORIGPML4I + i] = (KMSANORIGPDPphys + ptoa(i)) |
4284                     X86_PG_RW | X86_PG_V | pg_nx;
4285         }
4286 #endif
4287         for (i = 0; i < ndmpdpphys; i++) {
4288                 pm_pml4[DMPML4I + i] = (DMPDPphys + ptoa(i)) | X86_PG_RW |
4289                     X86_PG_V;
4290         }
4291
4292         /* install self-referential address mapping entry(s) */
4293         pm_pml4[PML4PML4I] = VM_PAGE_TO_PHYS(pml4pg) | X86_PG_V | X86_PG_RW |
4294             X86_PG_A | X86_PG_M;
4295
4296         /* install large map entries if configured */
4297         for (i = 0; i < lm_ents; i++)
4298                 pm_pml4[LMSPML4I + i] = kernel_pmap->pm_pmltop[LMSPML4I + i];
4299 }
4300
4301 void
4302 pmap_pinit_pml5(vm_page_t pml5pg)
4303 {
4304         pml5_entry_t *pm_pml5;
4305
4306         pm_pml5 = (pml5_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(pml5pg));
4307
4308         /*
4309          * Add pml5 entry at top of KVA pointing to existing pml4 table,
4310          * entering all existing kernel mappings into level 5 table.
4311          */
4312         pm_pml5[pmap_pml5e_index(UPT_MAX_ADDRESS)] = KPML4phys | X86_PG_V |
4313             X86_PG_RW | X86_PG_A | X86_PG_M | pg_g |
4314             pmap_cache_bits(kernel_pmap, VM_MEMATTR_DEFAULT, FALSE);
4315
4316         /* 
4317          * Install self-referential address mapping entry.
4318          */
4319         pm_pml5[PML5PML5I] = VM_PAGE_TO_PHYS(pml5pg) |
4320             X86_PG_RW | X86_PG_V | X86_PG_M | X86_PG_A |
4321             pmap_cache_bits(kernel_pmap, VM_MEMATTR_DEFAULT, FALSE);
4322 }
4323
4324 static void
4325 pmap_pinit_pml4_pti(vm_page_t pml4pgu)
4326 {
4327         pml4_entry_t *pm_pml4u;
4328         int i;
4329
4330         pm_pml4u = (pml4_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(pml4pgu));
4331         for (i = 0; i < NPML4EPG; i++)
4332                 pm_pml4u[i] = pti_pml4[i];
4333 }
4334
4335 static void
4336 pmap_pinit_pml5_pti(vm_page_t pml5pgu)
4337 {
4338         pml5_entry_t *pm_pml5u;
4339
4340         pm_pml5u = (pml5_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(pml5pgu));
4341         pagezero(pm_pml5u);
4342
4343         /*
4344          * Add pml5 entry at top of KVA pointing to existing pml4 pti
4345          * table, entering all kernel mappings needed for usermode
4346          * into level 5 table.
4347          */
4348         pm_pml5u[pmap_pml5e_index(UPT_MAX_ADDRESS)] =
4349             pmap_kextract((vm_offset_t)pti_pml4) |
4350             X86_PG_V | X86_PG_RW | X86_PG_A | X86_PG_M | pg_g |
4351             pmap_cache_bits(kernel_pmap, VM_MEMATTR_DEFAULT, FALSE);
4352 }
4353
4354 /* Allocate a page table page and do related bookkeeping */
4355 static vm_page_t
4356 pmap_alloc_pt_page(pmap_t pmap, vm_pindex_t pindex, int flags)
4357 {
4358         vm_page_t m;
4359
4360         m = vm_page_alloc_noobj(flags);
4361         if (__predict_false(m == NULL))
4362                 return (NULL);
4363         m->pindex = pindex;
4364         pmap_pt_page_count_adj(pmap, 1);
4365         return (m);
4366 }
4367
4368 static void
4369 pmap_free_pt_page(pmap_t pmap, vm_page_t m, bool zerofilled)
4370 {
4371         /*
4372          * This function assumes the page will need to be unwired,
4373          * even though the counterpart allocation in pmap_alloc_pt_page()
4374          * doesn't enforce VM_ALLOC_WIRED.  However, all current uses
4375          * of pmap_free_pt_page() require unwiring.  The case in which
4376          * a PT page doesn't require unwiring because its ref_count has
4377          * naturally reached 0 is handled through _pmap_unwire_ptp().
4378          */
4379         vm_page_unwire_noq(m);
4380         if (zerofilled)
4381                 vm_page_free_zero(m);
4382         else
4383                 vm_page_free(m);
4384
4385         pmap_pt_page_count_adj(pmap, -1);
4386 }
4387
4388 _Static_assert(sizeof(struct pmap_pcid) == 8, "Fix pcpu zone for pm_pcidp");
4389
4390 /*
4391  * Initialize a preallocated and zeroed pmap structure,
4392  * such as one in a vmspace structure.
4393  */
4394 int
4395 pmap_pinit_type(pmap_t pmap, enum pmap_type pm_type, int flags)
4396 {
4397         vm_page_t pmltop_pg, pmltop_pgu;
4398         vm_paddr_t pmltop_phys;
4399
4400         bzero(&pmap->pm_stats, sizeof pmap->pm_stats);
4401
4402         /*
4403          * Allocate the page directory page.  Pass NULL instead of a
4404          * pointer to the pmap here to avoid calling
4405          * pmap_resident_count_adj() through pmap_pt_page_count_adj(),
4406          * since that requires pmap lock.  Instead do the accounting
4407          * manually.
4408          *
4409          * Note that final call to pmap_remove() optimization that
4410          * checks for zero resident_count is basically disabled by
4411          * accounting for top-level page.  But the optimization was
4412          * not effective since we started using non-managed mapping of
4413          * the shared page.
4414          */
4415         pmltop_pg = pmap_alloc_pt_page(NULL, 0, VM_ALLOC_WIRED | VM_ALLOC_ZERO |
4416             VM_ALLOC_WAITOK);
4417         pmap_pt_page_count_pinit(pmap, 1);
4418
4419         pmltop_phys = VM_PAGE_TO_PHYS(pmltop_pg);
4420         pmap->pm_pmltop = (pml5_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(pmltop_phys);
4421
4422         if (pmap_pcid_enabled) {
4423                 if (pmap->pm_pcidp == NULL)
4424                         pmap->pm_pcidp = uma_zalloc_pcpu(pcpu_zone_8,
4425                             M_WAITOK);
4426                 pmap_pinit_pcids(pmap, PMAP_PCID_NONE, 0);
4427         }
4428         pmap->pm_cr3 = PMAP_NO_CR3;     /* initialize to an invalid value */
4429         pmap->pm_ucr3 = PMAP_NO_CR3;
4430         pmap->pm_pmltopu = NULL;
4431
4432         pmap->pm_type = pm_type;
4433
4434         /*
4435          * Do not install the host kernel mappings in the nested page
4436          * tables. These mappings are meaningless in the guest physical
4437          * address space.
4438          * Install minimal kernel mappings in PTI case.
4439          */
4440         switch (pm_type) {
4441         case PT_X86:
4442                 pmap->pm_cr3 = pmltop_phys;
4443                 if (pmap_is_la57(pmap))
4444                         pmap_pinit_pml5(pmltop_pg);
4445                 else
4446                         pmap_pinit_pml4(pmltop_pg);
4447                 if ((curproc->p_md.md_flags & P_MD_KPTI) != 0) {
4448                         /*
4449                          * As with pmltop_pg, pass NULL instead of a
4450                          * pointer to the pmap to ensure that the PTI
4451                          * page counted explicitly.
4452                          */
4453                         pmltop_pgu = pmap_alloc_pt_page(NULL, 0,
4454                             VM_ALLOC_WIRED | VM_ALLOC_WAITOK);
4455                         pmap_pt_page_count_pinit(pmap, 1);
4456                         pmap->pm_pmltopu = (pml4_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(
4457                             VM_PAGE_TO_PHYS(pmltop_pgu));
4458                         if (pmap_is_la57(pmap))
4459                                 pmap_pinit_pml5_pti(pmltop_pgu);
4460                         else
4461                                 pmap_pinit_pml4_pti(pmltop_pgu);
4462                         pmap->pm_ucr3 = VM_PAGE_TO_PHYS(pmltop_pgu);
4463                 }
4464                 if ((cpu_stdext_feature2 & CPUID_STDEXT2_PKU) != 0) {
4465                         rangeset_init(&pmap->pm_pkru, pkru_dup_range,
4466                             pkru_free_range, pmap, M_NOWAIT);
4467                 }
4468                 break;
4469         case PT_EPT:
4470         case PT_RVI:
4471                 pmap->pm_eptsmr = smr_create("pmap", 0, 0);
4472                 break;
4473         }
4474
4475         vm_radix_init(&pmap->pm_root);
4476         CPU_ZERO(&pmap->pm_active);
4477         TAILQ_INIT(&pmap->pm_pvchunk);
4478         pmap->pm_flags = flags;
4479         pmap->pm_eptgen = 0;
4480
4481         return (1);
4482 }
4483
4484 int
4485 pmap_pinit(pmap_t pmap)
4486 {
4487
4488         return (pmap_pinit_type(pmap, PT_X86, pmap_flags));
4489 }
4490
4491 static void
4492 pmap_allocpte_free_unref(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pt_entry_t *pte)
4493 {
4494         vm_page_t mpg;
4495         struct spglist free;
4496
4497         mpg = PHYS_TO_VM_PAGE(*pte & PG_FRAME);
4498         if (mpg->ref_count != 0)
4499                 return;
4500         SLIST_INIT(&free);
4501         _pmap_unwire_ptp(pmap, va, mpg, &free);
4502         pmap_invalidate_page(pmap, va);
4503         vm_page_free_pages_toq(&free, true);
4504 }
4505
4506 static pml4_entry_t *
4507 pmap_allocpte_getpml4(pmap_t pmap, struct rwlock **lockp, vm_offset_t va,
4508     bool addref)
4509 {
4510         vm_pindex_t pml5index;
4511         pml5_entry_t *pml5;
4512         pml4_entry_t *pml4;
4513         vm_page_t pml4pg;
4514         pt_entry_t PG_V;
4515         bool allocated;
4516
4517         if (!pmap_is_la57(pmap))
4518                 return (&pmap->pm_pmltop[pmap_pml4e_index(va)]);
4519
4520         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
4521         pml5index = pmap_pml5e_index(va);
4522         pml5 = &pmap->pm_pmltop[pml5index];
4523         if ((*pml5 & PG_V) == 0) {
4524                 if (pmap_allocpte_nosleep(pmap, pmap_pml5e_pindex(va), lockp,
4525                     va) == NULL)
4526                         return (NULL);
4527                 allocated = true;
4528         } else {
4529                 allocated = false;
4530         }
4531         pml4 = (pml4_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(*pml5 & PG_FRAME);
4532         pml4 = &pml4[pmap_pml4e_index(va)];
4533         if ((*pml4 & PG_V) == 0) {
4534                 pml4pg = PHYS_TO_VM_PAGE(*pml5 & PG_FRAME);
4535                 if (allocated && !addref)
4536                         pml4pg->ref_count--;
4537                 else if (!allocated && addref)
4538                         pml4pg->ref_count++;
4539         }
4540         return (pml4);
4541 }
4542
4543 static pdp_entry_t *
4544 pmap_allocpte_getpdp(pmap_t pmap, struct rwlock **lockp, vm_offset_t va,
4545     bool addref)
4546 {
4547         vm_page_t pdppg;
4548         pml4_entry_t *pml4;
4549         pdp_entry_t *pdp;
4550         pt_entry_t PG_V;
4551         bool allocated;
4552
4553         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
4554
4555         pml4 = pmap_allocpte_getpml4(pmap, lockp, va, false);
4556         if (pml4 == NULL)
4557                 return (NULL);
4558
4559         if ((*pml4 & PG_V) == 0) {
4560                 /* Have to allocate a new pdp, recurse */
4561                 if (pmap_allocpte_nosleep(pmap, pmap_pml4e_pindex(va), lockp,
4562                     va) == NULL) {
4563                         if (pmap_is_la57(pmap))
4564                                 pmap_allocpte_free_unref(pmap, va,
4565                                     pmap_pml5e(pmap, va));
4566                         return (NULL);
4567                 }
4568                 allocated = true;
4569         } else {
4570                 allocated = false;
4571         }
4572         pdp = (pdp_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(*pml4 & PG_FRAME);
4573         pdp = &pdp[pmap_pdpe_index(va)];
4574         if ((*pdp & PG_V) == 0) {
4575                 pdppg = PHYS_TO_VM_PAGE(*pml4 & PG_FRAME);
4576                 if (allocated && !addref)
4577                         pdppg->ref_count--;
4578                 else if (!allocated && addref)
4579                         pdppg->ref_count++;
4580         }
4581         return (pdp);
4582 }
4583
4584 /*
4585  * The ptepindexes, i.e. page indices, of the page table pages encountered
4586  * while translating virtual address va are defined as follows:
4587  * - for the page table page (last level),
4588  *      ptepindex = pmap_pde_pindex(va) = va >> PDRSHIFT,
4589  *   in other words, it is just the index of the PDE that maps the page
4590  *   table page.
4591  * - for the page directory page,
4592  *      ptepindex = NUPDE (number of userland PD entries) +
4593  *          (pmap_pde_index(va) >> NPDEPGSHIFT)
4594  *   i.e. index of PDPE is put after the last index of PDE,
4595  * - for the page directory pointer page,
4596  *      ptepindex = NUPDE + NUPDPE + (pmap_pde_index(va) >> (NPDEPGSHIFT +
4597  *          NPML4EPGSHIFT),
4598  *   i.e. index of pml4e is put after the last index of PDPE,
4599  * - for the PML4 page (if LA57 mode is enabled),
4600  *      ptepindex = NUPDE + NUPDPE + NUPML4E + (pmap_pde_index(va) >>
4601  *          (NPDEPGSHIFT + NPML4EPGSHIFT + NPML5EPGSHIFT),
4602  *   i.e. index of pml5e is put after the last index of PML4E.
4603  *
4604  * Define an order on the paging entries, where all entries of the
4605  * same height are put together, then heights are put from deepest to
4606  * root.  Then ptexpindex is the sequential number of the
4607  * corresponding paging entry in this order.
4608  *
4609  * The values of NUPDE, NUPDPE, and NUPML4E are determined by the size of
4610  * LA57 paging structures even in LA48 paging mode. Moreover, the
4611  * ptepindexes are calculated as if the paging structures were 5-level
4612  * regardless of the actual mode of operation.
4613  *
4614  * The root page at PML4/PML5 does not participate in this indexing scheme,
4615  * since it is statically allocated by pmap_pinit() and not by pmap_allocpte().
4616  */
4617 static vm_page_t
4618 pmap_allocpte_nosleep(pmap_t pmap, vm_pindex_t ptepindex, struct rwlock **lockp,
4619     vm_offset_t va)
4620 {
4621         vm_pindex_t pml5index, pml4index;
4622         pml5_entry_t *pml5, *pml5u;
4623         pml4_entry_t *pml4, *pml4u;
4624         pdp_entry_t *pdp;
4625         pd_entry_t *pd;
4626         vm_page_t m, pdpg;
4627         pt_entry_t PG_A, PG_M, PG_RW, PG_V;
4628
4629         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
4630
4631         PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
4632         PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
4633         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
4634         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
4635
4636         /*
4637          * Allocate a page table page.
4638          */
4639         m = pmap_alloc_pt_page(pmap, ptepindex,
4640             VM_ALLOC_WIRED | VM_ALLOC_ZERO);
4641         if (m == NULL)
4642                 return (NULL);
4643
4644         /*
4645          * Map the pagetable page into the process address space, if
4646          * it isn't already there.
4647          */
4648         if (ptepindex >= NUPDE + NUPDPE + NUPML4E) {
4649                 MPASS(pmap_is_la57(pmap));
4650
4651                 pml5index = pmap_pml5e_index(va);
4652                 pml5 = &pmap->pm_pmltop[pml5index];
4653                 KASSERT((*pml5 & PG_V) == 0,
4654                     ("pmap %p va %#lx pml5 %#lx", pmap, va, *pml5));
4655                 *pml5 = VM_PAGE_TO_PHYS(m) | PG_U | PG_RW | PG_V | PG_A | PG_M;
4656
4657                 if (pmap->pm_pmltopu != NULL && pml5index < NUPML5E) {
4658                         if (pmap->pm_ucr3 != PMAP_NO_CR3)
4659                                 *pml5 |= pg_nx;
4660
4661                         pml5u = &pmap->pm_pmltopu[pml5index];
4662                         *pml5u = VM_PAGE_TO_PHYS(m) | PG_U | PG_RW | PG_V |
4663                             PG_A | PG_M;
4664                 }
4665         } else if (ptepindex >= NUPDE + NUPDPE) {
4666                 pml4index = pmap_pml4e_index(va);
4667                 /* Wire up a new PDPE page */
4668                 pml4 = pmap_allocpte_getpml4(pmap, lockp, va, true);
4669                 if (pml4 == NULL) {
4670                         pmap_free_pt_page(pmap, m, true);
4671                         return (NULL);
4672                 }
4673                 KASSERT((*pml4 & PG_V) == 0,
4674                     ("pmap %p va %#lx pml4 %#lx", pmap, va, *pml4));
4675                 *pml4 = VM_PAGE_TO_PHYS(m) | PG_U | PG_RW | PG_V | PG_A | PG_M;
4676
4677                 if (!pmap_is_la57(pmap) && pmap->pm_pmltopu != NULL &&
4678                     pml4index < NUPML4E) {
4679                         /*
4680                          * PTI: Make all user-space mappings in the
4681                          * kernel-mode page table no-execute so that
4682                          * we detect any programming errors that leave
4683                          * the kernel-mode page table active on return
4684                          * to user space.
4685                          */
4686                         if (pmap->pm_ucr3 != PMAP_NO_CR3)
4687                                 *pml4 |= pg_nx;
4688
4689                         pml4u = &pmap->pm_pmltopu[pml4index];
4690                         *pml4u = VM_PAGE_TO_PHYS(m) | PG_U | PG_RW | PG_V |
4691                             PG_A | PG_M;
4692                 }
4693         } else if (ptepindex >= NUPDE) {
4694                 /* Wire up a new PDE page */
4695                 pdp = pmap_allocpte_getpdp(pmap, lockp, va, true);
4696                 if (pdp == NULL) {
4697                         pmap_free_pt_page(pmap, m, true);
4698                         return (NULL);
4699                 }
4700                 KASSERT((*pdp & PG_V) == 0,
4701                     ("pmap %p va %#lx pdp %#lx", pmap, va, *pdp));
4702                 *pdp = VM_PAGE_TO_PHYS(m) | PG_U | PG_RW | PG_V | PG_A | PG_M;
4703         } else {
4704                 /* Wire up a new PTE page */
4705                 pdp = pmap_allocpte_getpdp(pmap, lockp, va, false);
4706                 if (pdp == NULL) {
4707                         pmap_free_pt_page(pmap, m, true);
4708                         return (NULL);
4709                 }
4710                 if ((*pdp & PG_V) == 0) {
4711                         /* Have to allocate a new pd, recurse */
4712                   if (pmap_allocpte_nosleep(pmap, pmap_pdpe_pindex(va),
4713                       lockp, va) == NULL) {
4714                                 pmap_allocpte_free_unref(pmap, va,
4715                                     pmap_pml4e(pmap, va));
4716                                 pmap_free_pt_page(pmap, m, true);
4717                                 return (NULL);
4718                         }
4719                 } else {
4720                         /* Add reference to the pd page */
4721                         pdpg = PHYS_TO_VM_PAGE(*pdp & PG_FRAME);
4722                         pdpg->ref_count++;
4723                 }
4724                 pd = (pd_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(*pdp & PG_FRAME);
4725
4726                 /* Now we know where the page directory page is */
4727                 pd = &pd[pmap_pde_index(va)];
4728                 KASSERT((*pd & PG_V) == 0,
4729                     ("pmap %p va %#lx pd %#lx", pmap, va, *pd));
4730                 *pd = VM_PAGE_TO_PHYS(m) | PG_U | PG_RW | PG_V | PG_A | PG_M;
4731         }
4732
4733         return (m);
4734 }
4735
4736 /*
4737  * This routine is called if the desired page table page does not exist.
4738  *
4739  * If page table page allocation fails, this routine may sleep before
4740  * returning NULL.  It sleeps only if a lock pointer was given.  Sleep
4741  * occurs right before returning to the caller. This way, we never
4742  * drop pmap lock to sleep while a page table page has ref_count == 0,
4743  * which prevents the page from being freed under us.
4744  */
4745 static vm_page_t
4746 pmap_allocpte_alloc(pmap_t pmap, vm_pindex_t ptepindex, struct rwlock **lockp,
4747     vm_offset_t va)
4748 {
4749         vm_page_t m;
4750
4751         m = pmap_allocpte_nosleep(pmap, ptepindex, lockp, va);
4752         if (m == NULL && lockp != NULL) {
4753                 RELEASE_PV_LIST_LOCK(lockp);
4754                 PMAP_UNLOCK(pmap);
4755                 PMAP_ASSERT_NOT_IN_DI();
4756                 vm_wait(NULL);
4757                 PMAP_LOCK(pmap);
4758         }
4759         return (m);
4760 }
4761
4762 static pd_entry_t *
4763 pmap_alloc_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t *pdpgp,
4764     struct rwlock **lockp)
4765 {
4766         pdp_entry_t *pdpe, PG_V;
4767         pd_entry_t *pde;
4768         vm_page_t pdpg;
4769         vm_pindex_t pdpindex;
4770
4771         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
4772
4773 retry:
4774         pdpe = pmap_pdpe(pmap, va);
4775         if (pdpe != NULL && (*pdpe & PG_V) != 0) {
4776                 pde = pmap_pdpe_to_pde(pdpe, va);
4777                 if (va < VM_MAXUSER_ADDRESS) {
4778                         /* Add a reference to the pd page. */
4779                         pdpg = PHYS_TO_VM_PAGE(*pdpe & PG_FRAME);
4780                         pdpg->ref_count++;
4781                 } else
4782                         pdpg = NULL;
4783         } else if (va < VM_MAXUSER_ADDRESS) {
4784                 /* Allocate a pd page. */
4785                 pdpindex = pmap_pde_pindex(va) >> NPDPEPGSHIFT;
4786                 pdpg = pmap_allocpte_alloc(pmap, NUPDE + pdpindex, lockp, va);
4787                 if (pdpg == NULL) {
4788                         if (lockp != NULL)
4789                                 goto retry;
4790                         else
4791                                 return (NULL);
4792                 }
4793                 pde = (pd_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(pdpg));
4794                 pde = &pde[pmap_pde_index(va)];
4795         } else
4796                 panic("pmap_alloc_pde: missing page table page for va %#lx",
4797                     va);
4798         *pdpgp = pdpg;
4799         return (pde);
4800 }
4801
4802 static vm_page_t
4803 pmap_allocpte(pmap_t pmap, vm_offset_t va, struct rwlock **lockp)
4804 {
4805         vm_pindex_t ptepindex;
4806         pd_entry_t *pd, PG_V;
4807         vm_page_t m;
4808
4809         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
4810
4811         /*
4812          * Calculate pagetable page index
4813          */
4814         ptepindex = pmap_pde_pindex(va);
4815 retry:
4816         /*
4817          * Get the page directory entry
4818          */
4819         pd = pmap_pde(pmap, va);
4820
4821         /*
4822          * This supports switching from a 2MB page to a
4823          * normal 4K page.
4824          */
4825         if (pd != NULL && (*pd & (PG_PS | PG_V)) == (PG_PS | PG_V)) {
4826                 if (!pmap_demote_pde_locked(pmap, pd, va, lockp)) {
4827                         /*
4828                          * Invalidation of the 2MB page mapping may have caused
4829                          * the deallocation of the underlying PD page.
4830                          */
4831                         pd = NULL;
4832                 }
4833         }
4834
4835         /*
4836          * If the page table page is mapped, we just increment the
4837          * hold count, and activate it.
4838          */
4839         if (pd != NULL && (*pd & PG_V) != 0) {
4840                 m = PHYS_TO_VM_PAGE(*pd & PG_FRAME);
4841                 m->ref_count++;
4842         } else {
4843                 /*
4844                  * Here if the pte page isn't mapped, or if it has been
4845                  * deallocated.
4846                  */
4847                 m = pmap_allocpte_alloc(pmap, ptepindex, lockp, va);
4848                 if (m == NULL && lockp != NULL)
4849                         goto retry;
4850         }
4851         return (m);
4852 }
4853
4854 /***************************************************
4855  * Pmap allocation/deallocation routines.
4856  ***************************************************/
4857
4858 /*
4859  * Release any resources held by the given physical map.
4860  * Called when a pmap initialized by pmap_pinit is being released.
4861  * Should only be called if the map contains no valid mappings.
4862  */
4863 void
4864 pmap_release(pmap_t pmap)
4865 {
4866         vm_page_t m;
4867         int i;
4868
4869         KASSERT(vm_radix_is_empty(&pmap->pm_root),
4870             ("pmap_release: pmap %p has reserved page table page(s)",
4871             pmap));
4872         KASSERT(CPU_EMPTY(&pmap->pm_active),
4873             ("releasing active pmap %p", pmap));
4874
4875         m = PHYS_TO_VM_PAGE(DMAP_TO_PHYS((vm_offset_t)pmap->pm_pmltop));
4876
4877         if (pmap_is_la57(pmap)) {
4878                 pmap->pm_pmltop[pmap_pml5e_index(UPT_MAX_ADDRESS)] = 0;
4879                 pmap->pm_pmltop[PML5PML5I] = 0;
4880         } else {
4881                 for (i = 0; i < NKPML4E; i++)   /* KVA */
4882                         pmap->pm_pmltop[KPML4BASE + i] = 0;
4883 #ifdef KASAN
4884                 for (i = 0; i < NKASANPML4E; i++) /* KASAN shadow map */
4885                         pmap->pm_pmltop[KASANPML4I + i] = 0;
4886 #endif
4887 #ifdef KMSAN
4888                 for (i = 0; i < NKMSANSHADPML4E; i++) /* KMSAN shadow map */
4889                         pmap->pm_pmltop[KMSANSHADPML4I + i] = 0;
4890                 for (i = 0; i < NKMSANORIGPML4E; i++) /* KMSAN shadow map */
4891                         pmap->pm_pmltop[KMSANORIGPML4I + i] = 0;
4892 #endif
4893                 for (i = 0; i < ndmpdpphys; i++)/* Direct Map */
4894                         pmap->pm_pmltop[DMPML4I + i] = 0;
4895                 pmap->pm_pmltop[PML4PML4I] = 0; /* Recursive Mapping */
4896                 for (i = 0; i < lm_ents; i++)   /* Large Map */
4897                         pmap->pm_pmltop[LMSPML4I + i] = 0;
4898         }
4899
4900         pmap_free_pt_page(NULL, m, true);
4901         pmap_pt_page_count_pinit(pmap, -1);
4902
4903         if (pmap->pm_pmltopu != NULL) {
4904                 m = PHYS_TO_VM_PAGE(DMAP_TO_PHYS((vm_offset_t)pmap->
4905                     pm_pmltopu));
4906                 pmap_free_pt_page(NULL, m, false);
4907                 pmap_pt_page_count_pinit(pmap, -1);
4908         }
4909         if (pmap->pm_type == PT_X86 &&
4910             (cpu_stdext_feature2 & CPUID_STDEXT2_PKU) != 0)
4911                 rangeset_fini(&pmap->pm_pkru);
4912
4913         KASSERT(pmap->pm_stats.resident_count == 0,
4914             ("pmap_release: pmap %p resident count %ld != 0",
4915             pmap, pmap->pm_stats.resident_count));
4916 }
4917
4918 static int
4919 kvm_size(SYSCTL_HANDLER_ARGS)
4920 {
4921         unsigned long ksize = VM_MAX_KERNEL_ADDRESS - VM_MIN_KERNEL_ADDRESS;
4922
4923         return sysctl_handle_long(oidp, &ksize, 0, req);
4924 }
4925 SYSCTL_PROC(_vm, OID_AUTO, kvm_size, CTLTYPE_LONG | CTLFLAG_RD | CTLFLAG_MPSAFE,
4926     0, 0, kvm_size, "LU",
4927     "Size of KVM");
4928
4929 static int
4930 kvm_free(SYSCTL_HANDLER_ARGS)
4931 {
4932         unsigned long kfree = VM_MAX_KERNEL_ADDRESS - kernel_vm_end;
4933
4934         return sysctl_handle_long(oidp, &kfree, 0, req);
4935 }
4936 SYSCTL_PROC(_vm, OID_AUTO, kvm_free, CTLTYPE_LONG | CTLFLAG_RD | CTLFLAG_MPSAFE,
4937     0, 0, kvm_free, "LU",
4938     "Amount of KVM free");
4939
4940 #ifdef KMSAN
4941 static void
4942 pmap_kmsan_shadow_map_page_array(vm_paddr_t pdppa, vm_size_t size)
4943 {
4944         pdp_entry_t *pdpe;
4945         pd_entry_t *pde;
4946         pt_entry_t *pte;
4947         vm_paddr_t dummypa, dummypd, dummypt;
4948         int i, npde, npdpg;
4949
4950         npdpg = howmany(size, NBPDP);
4951         npde = size / NBPDR;
4952
4953         dummypa = vm_phys_early_alloc(-1, PAGE_SIZE);
4954         pagezero((void *)PHYS_TO_DMAP(dummypa));
4955
4956         dummypt = vm_phys_early_alloc(-1, PAGE_SIZE);
4957         pagezero((void *)PHYS_TO_DMAP(dummypt));
4958         dummypd = vm_phys_early_alloc(-1, PAGE_SIZE * npdpg);
4959         for (i = 0; i < npdpg; i++)
4960                 pagezero((void *)PHYS_TO_DMAP(dummypd + ptoa(i)));
4961
4962         pte = (pt_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(dummypt);
4963         for (i = 0; i < NPTEPG; i++)
4964                 pte[i] = (pt_entry_t)(dummypa | X86_PG_V | X86_PG_RW |
4965                     X86_PG_A | X86_PG_M | pg_nx);
4966
4967         pde = (pd_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(dummypd);
4968         for (i = 0; i < npde; i++)
4969                 pde[i] = (pd_entry_t)(dummypt | X86_PG_V | X86_PG_RW | pg_nx);
4970
4971         pdpe = (pdp_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(pdppa);
4972         for (i = 0; i < npdpg; i++)
4973                 pdpe[i] = (pdp_entry_t)(dummypd + ptoa(i) | X86_PG_V |
4974                     X86_PG_RW | pg_nx);
4975 }
4976
4977 static void
4978 pmap_kmsan_page_array_startup(vm_offset_t start, vm_offset_t end)
4979 {
4980         vm_size_t size;
4981
4982         KASSERT(start % NBPDP == 0, ("unaligned page array start address"));
4983
4984         /*
4985          * The end of the page array's KVA region is 2MB aligned, see
4986          * kmem_init().
4987          */
4988         size = round_2mpage(end) - start;
4989         pmap_kmsan_shadow_map_page_array(KMSANSHADPDPphys, size);
4990         pmap_kmsan_shadow_map_page_array(KMSANORIGPDPphys, size);
4991 }
4992 #endif
4993
4994 /*
4995  * Allocate physical memory for the vm_page array and map it into KVA,
4996  * attempting to back the vm_pages with domain-local memory.
4997  */
4998 void
4999 pmap_page_array_startup(long pages)
5000 {
5001         pdp_entry_t *pdpe;
5002         pd_entry_t *pde, newpdir;
5003         vm_offset_t va, start, end;
5004         vm_paddr_t pa;
5005         long pfn;
5006         int domain, i;
5007
5008         vm_page_array_size = pages;
5009
5010         start = VM_MIN_KERNEL_ADDRESS;
5011         end = start + pages * sizeof(struct vm_page);
5012         for (va = start; va < end; va += NBPDR) {
5013                 pfn = first_page + (va - start) / sizeof(struct vm_page);
5014                 domain = vm_phys_domain(ptoa(pfn));
5015                 pdpe = pmap_pdpe(kernel_pmap, va);
5016                 if ((*pdpe & X86_PG_V) == 0) {
5017                         pa = vm_phys_early_alloc(domain, PAGE_SIZE);
5018                         dump_add_page(pa);
5019                         pagezero((void *)PHYS_TO_DMAP(pa));
5020                         *pdpe = (pdp_entry_t)(pa | X86_PG_V | X86_PG_RW |
5021                             X86_PG_A | X86_PG_M);
5022                 }
5023                 pde = pmap_pdpe_to_pde(pdpe, va);
5024                 if ((*pde & X86_PG_V) != 0)
5025                         panic("Unexpected pde");
5026                 pa = vm_phys_early_alloc(domain, NBPDR);
5027                 for (i = 0; i < NPDEPG; i++)
5028                         dump_add_page(pa + i * PAGE_SIZE);
5029                 newpdir = (pd_entry_t)(pa | X86_PG_V | X86_PG_RW | X86_PG_A |
5030                     X86_PG_M | PG_PS | pg_g | pg_nx);
5031                 pde_store(pde, newpdir);
5032         }
5033         vm_page_array = (vm_page_t)start;
5034
5035 #ifdef KMSAN
5036         pmap_kmsan_page_array_startup(start, end);
5037 #endif
5038 }
5039
5040 /*
5041  * grow the number of kernel page table entries, if needed
5042  */
5043 void
5044 pmap_growkernel(vm_offset_t addr)
5045 {
5046         vm_paddr_t paddr;
5047         vm_page_t nkpg;
5048         pd_entry_t *pde, newpdir;
5049         pdp_entry_t *pdpe;
5050         vm_offset_t end;
5051
5052         TSENTER();
5053         mtx_assert(&kernel_map->system_mtx, MA_OWNED);
5054
5055         /*
5056          * The kernel map covers two distinct regions of KVA: that used
5057          * for dynamic kernel memory allocations, and the uppermost 2GB
5058          * of the virtual address space.  The latter is used to map the
5059          * kernel and loadable kernel modules.  This scheme enables the
5060          * use of a special code generation model for kernel code which
5061          * takes advantage of compact addressing modes in machine code.
5062          *
5063          * Both regions grow upwards; to avoid wasting memory, the gap
5064          * in between is unmapped.  If "addr" is above "KERNBASE", the
5065          * kernel's region is grown, otherwise the kmem region is grown.
5066          *
5067          * The correctness of this action is based on the following
5068          * argument: vm_map_insert() allocates contiguous ranges of the
5069          * kernel virtual address space.  It calls this function if a range
5070          * ends after "kernel_vm_end".  If the kernel is mapped between
5071          * "kernel_vm_end" and "addr", then the range cannot begin at
5072          * "kernel_vm_end".  In fact, its beginning address cannot be less
5073          * than the kernel.  Thus, there is no immediate need to allocate
5074          * any new kernel page table pages between "kernel_vm_end" and
5075          * "KERNBASE".
5076          */
5077         if (KERNBASE < addr) {
5078                 end = KERNBASE + nkpt * NBPDR;
5079                 if (end == 0) {
5080                         TSEXIT();
5081                         return;
5082                 }
5083         } else {
5084                 end = kernel_vm_end;
5085         }
5086
5087         addr = roundup2(addr, NBPDR);
5088         if (addr - 1 >= vm_map_max(kernel_map))
5089                 addr = vm_map_max(kernel_map);
5090         if (addr <= end) {
5091                 /*
5092                  * The grown region is already mapped, so there is
5093                  * nothing to do.
5094                  */
5095                 TSEXIT();
5096                 return;
5097         }
5098
5099         kasan_shadow_map(end, addr - end);
5100         kmsan_shadow_map(end, addr - end);
5101         while (end < addr) {
5102                 pdpe = pmap_pdpe(kernel_pmap, end);
5103                 if ((*pdpe & X86_PG_V) == 0) {
5104                         nkpg = pmap_alloc_pt_page(kernel_pmap,
5105                             pmap_pdpe_pindex(end), VM_ALLOC_WIRED |
5106                             VM_ALLOC_INTERRUPT | VM_ALLOC_ZERO);
5107                         if (nkpg == NULL)
5108                                 panic("pmap_growkernel: no memory to grow kernel");
5109                         paddr = VM_PAGE_TO_PHYS(nkpg);
5110                         *pdpe = (pdp_entry_t)(paddr | X86_PG_V | X86_PG_RW |
5111                             X86_PG_A | X86_PG_M);
5112                         continue; /* try again */
5113                 }
5114                 pde = pmap_pdpe_to_pde(pdpe, end);
5115                 if ((*pde & X86_PG_V) != 0) {
5116                         end = (end + NBPDR) & ~PDRMASK;
5117                         if (end - 1 >= vm_map_max(kernel_map)) {
5118                                 end = vm_map_max(kernel_map);
5119                                 break;                       
5120                         }
5121                         continue;
5122                 }
5123
5124                 nkpg = pmap_alloc_pt_page(kernel_pmap, pmap_pde_pindex(end),
5125                     VM_ALLOC_WIRED | VM_ALLOC_INTERRUPT | VM_ALLOC_ZERO);
5126                 if (nkpg == NULL)
5127                         panic("pmap_growkernel: no memory to grow kernel");
5128                 paddr = VM_PAGE_TO_PHYS(nkpg);
5129                 newpdir = paddr | X86_PG_V | X86_PG_RW | X86_PG_A | X86_PG_M;
5130                 pde_store(pde, newpdir);
5131
5132                 end = (end + NBPDR) & ~PDRMASK;
5133                 if (end - 1 >= vm_map_max(kernel_map)) {
5134                         end = vm_map_max(kernel_map);
5135                         break;                       
5136                 }
5137         }
5138
5139         if (end <= KERNBASE)
5140                 kernel_vm_end = end;
5141         else
5142                 nkpt = howmany(end - KERNBASE, NBPDR);
5143         TSEXIT();
5144 }
5145
5146 /***************************************************
5147  * page management routines.
5148  ***************************************************/
5149
5150 static const uint64_t pc_freemask[_NPCM] = {
5151         [0 ... _NPCM - 2] = PC_FREEN,
5152         [_NPCM - 1] = PC_FREEL
5153 };
5154
5155 #ifdef PV_STATS
5156
5157 static COUNTER_U64_DEFINE_EARLY(pc_chunk_count);
5158 SYSCTL_COUNTER_U64(_vm_pmap, OID_AUTO, pc_chunk_count, CTLFLAG_RD,
5159     &pc_chunk_count, "Current number of pv entry cnunks");
5160
5161 static COUNTER_U64_DEFINE_EARLY(pc_chunk_allocs);
5162 SYSCTL_COUNTER_U64(_vm_pmap, OID_AUTO, pc_chunk_allocs, CTLFLAG_RD,
5163     &pc_chunk_allocs, "Total number of pv entry chunks allocated");
5164
5165 static COUNTER_U64_DEFINE_EARLY(pc_chunk_frees);
5166 SYSCTL_COUNTER_U64(_vm_pmap, OID_AUTO, pc_chunk_frees, CTLFLAG_RD,
5167     &pc_chunk_frees, "Total number of pv entry chunks freed");
5168
5169 static COUNTER_U64_DEFINE_EARLY(pc_chunk_tryfail);
5170 SYSCTL_COUNTER_U64(_vm_pmap, OID_AUTO, pc_chunk_tryfail, CTLFLAG_RD,
5171     &pc_chunk_tryfail,
5172     "Number of failed attempts to get a pv entry chunk page");
5173
5174 static COUNTER_U64_DEFINE_EARLY(pv_entry_frees);
5175 SYSCTL_COUNTER_U64(_vm_pmap, OID_AUTO, pv_entry_frees, CTLFLAG_RD,
5176     &pv_entry_frees, "Total number of pv entries freed");
5177
5178 static COUNTER_U64_DEFINE_EARLY(pv_entry_allocs);
5179 SYSCTL_COUNTER_U64(_vm_pmap, OID_AUTO, pv_entry_allocs, CTLFLAG_RD,
5180     &pv_entry_allocs, "Total number of pv entries allocated");
5181
5182 static COUNTER_U64_DEFINE_EARLY(pv_entry_count);
5183 SYSCTL_COUNTER_U64(_vm_pmap, OID_AUTO, pv_entry_count, CTLFLAG_RD,
5184     &pv_entry_count, "Current number of pv entries");
5185
5186 static COUNTER_U64_DEFINE_EARLY(pv_entry_spare);
5187 SYSCTL_COUNTER_U64(_vm_pmap, OID_AUTO, pv_entry_spare, CTLFLAG_RD,
5188     &pv_entry_spare, "Current number of spare pv entries");
5189 #endif
5190
5191 static void
5192 reclaim_pv_chunk_leave_pmap(pmap_t pmap, pmap_t locked_pmap, bool start_di)
5193 {
5194
5195         if (pmap == NULL)
5196                 return;
5197         pmap_invalidate_all(pmap);
5198         if (pmap != locked_pmap)
5199                 PMAP_UNLOCK(pmap);
5200         if (start_di)
5201                 pmap_delayed_invl_finish();
5202 }
5203
5204 /*
5205  * We are in a serious low memory condition.  Resort to
5206  * drastic measures to free some pages so we can allocate
5207  * another pv entry chunk.
5208  *
5209  * Returns NULL if PV entries were reclaimed from the specified pmap.
5210  *
5211  * We do not, however, unmap 2mpages because subsequent accesses will
5212  * allocate per-page pv entries until repromotion occurs, thereby
5213  * exacerbating the shortage of free pv entries.
5214  */
5215 static vm_page_t
5216 reclaim_pv_chunk_domain(pmap_t locked_pmap, struct rwlock **lockp, int domain)
5217 {
5218         struct pv_chunks_list *pvc;
5219         struct pv_chunk *pc, *pc_marker, *pc_marker_end;
5220         struct pv_chunk_header pc_marker_b, pc_marker_end_b;
5221         struct md_page *pvh;
5222         pd_entry_t *pde;
5223         pmap_t next_pmap, pmap;
5224         pt_entry_t *pte, tpte;
5225         pt_entry_t PG_G, PG_A, PG_M, PG_RW;
5226         pv_entry_t pv;
5227         vm_offset_t va;
5228         vm_page_t m, m_pc;
5229         struct spglist free;
5230         uint64_t inuse;
5231         int bit, field, freed;
5232         bool start_di, restart;
5233
5234         PMAP_LOCK_ASSERT(locked_pmap, MA_OWNED);
5235         KASSERT(lockp != NULL, ("reclaim_pv_chunk: lockp is NULL"));
5236         pmap = NULL;
5237         m_pc = NULL;
5238         PG_G = PG_A = PG_M = PG_RW = 0;
5239         SLIST_INIT(&free);
5240         bzero(&pc_marker_b, sizeof(pc_marker_b));
5241         bzero(&pc_marker_end_b, sizeof(pc_marker_end_b));
5242         pc_marker = (struct pv_chunk *)&pc_marker_b;
5243         pc_marker_end = (struct pv_chunk *)&pc_marker_end_b;
5244
5245         /*
5246          * A delayed invalidation block should already be active if
5247          * pmap_advise() or pmap_remove() called this function by way
5248          * of pmap_demote_pde_locked().
5249          */
5250         start_di = pmap_not_in_di();
5251
5252         pvc = &pv_chunks[domain];
5253         mtx_lock(&pvc->pvc_lock);
5254         pvc->active_reclaims++;
5255         TAILQ_INSERT_HEAD(&pvc->pvc_list, pc_marker, pc_lru);
5256         TAILQ_INSERT_TAIL(&pvc->pvc_list, pc_marker_end, pc_lru);
5257         while ((pc = TAILQ_NEXT(pc_marker, pc_lru)) != pc_marker_end &&
5258             SLIST_EMPTY(&free)) {
5259                 next_pmap = pc->pc_pmap;
5260                 if (next_pmap == NULL) {
5261                         /*
5262                          * The next chunk is a marker.  However, it is
5263                          * not our marker, so active_reclaims must be
5264                          * > 1.  Consequently, the next_chunk code
5265                          * will not rotate the pv_chunks list.
5266                          */
5267                         goto next_chunk;
5268                 }
5269                 mtx_unlock(&pvc->pvc_lock);
5270
5271                 /*
5272                  * A pv_chunk can only be removed from the pc_lru list
5273                  * when both pc_chunks_mutex is owned and the
5274                  * corresponding pmap is locked.
5275                  */
5276                 if (pmap != next_pmap) {
5277                         restart = false;
5278                         reclaim_pv_chunk_leave_pmap(pmap, locked_pmap,
5279                             start_di);
5280                         pmap = next_pmap;
5281                         /* Avoid deadlock and lock recursion. */
5282                         if (pmap > locked_pmap) {
5283                                 RELEASE_PV_LIST_LOCK(lockp);
5284                                 PMAP_LOCK(pmap);
5285                                 if (start_di)
5286                                         pmap_delayed_invl_start();
5287                                 mtx_lock(&pvc->pvc_lock);
5288                                 restart = true;
5289                         } else if (pmap != locked_pmap) {
5290                                 if (PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
5291                                         if (start_di)
5292                                                 pmap_delayed_invl_start();
5293                                         mtx_lock(&pvc->pvc_lock);
5294                                         restart = true;
5295                                 } else {
5296                                         pmap = NULL; /* pmap is not locked */
5297                                         mtx_lock(&pvc->pvc_lock);
5298                                         pc = TAILQ_NEXT(pc_marker, pc_lru);
5299                                         if (pc == NULL ||
5300                                             pc->pc_pmap != next_pmap)
5301                                                 continue;
5302                                         goto next_chunk;
5303                                 }
5304                         } else if (start_di)
5305                                 pmap_delayed_invl_start();
5306                         PG_G = pmap_global_bit(pmap);
5307                         PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
5308                         PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
5309                         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
5310                         if (restart)
5311                                 continue;
5312                 }
5313
5314                 /*
5315                  * Destroy every non-wired, 4 KB page mapping in the chunk.
5316                  */
5317                 freed = 0;
5318                 for (field = 0; field < _NPCM; field++) {
5319                         for (inuse = ~pc->pc_map[field] & pc_freemask[field];
5320                             inuse != 0; inuse &= ~(1UL << bit)) {
5321                                 bit = bsfq(inuse);
5322                                 pv = &pc->pc_pventry[field * 64 + bit];
5323                                 va = pv->pv_va;
5324                                 pde = pmap_pde(pmap, va);
5325                                 if ((*pde & PG_PS) != 0)
5326                                         continue;
5327                                 pte = pmap_pde_to_pte(pde, va);
5328                                 if ((*pte & PG_W) != 0)
5329                                         continue;
5330                                 tpte = pte_load_clear(pte);
5331                                 if ((tpte & PG_G) != 0)
5332                                         pmap_invalidate_page(pmap, va);
5333                                 m = PHYS_TO_VM_PAGE(tpte & PG_FRAME);
5334                                 if ((tpte & (PG_M | PG_RW)) == (PG_M | PG_RW))
5335                                         vm_page_dirty(m);
5336                                 if ((tpte & PG_A) != 0)
5337                                         vm_page_aflag_set(m, PGA_REFERENCED);
5338                                 CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_VM_PAGE(lockp, m);
5339                                 TAILQ_REMOVE(&m->md.pv_list, pv, pv_next);
5340                                 m->md.pv_gen++;
5341                                 if (TAILQ_EMPTY(&m->md.pv_list) &&
5342                                     (m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0) {
5343                                         pvh = pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
5344                                         if (TAILQ_EMPTY(&pvh->pv_list)) {
5345                                                 vm_page_aflag_clear(m,
5346                                                     PGA_WRITEABLE);
5347                                         }
5348                                 }
5349                                 pmap_delayed_invl_page(m);
5350                                 pc->pc_map[field] |= 1UL << bit;
5351                                 pmap_unuse_pt(pmap, va, *pde, &free);
5352                                 freed++;
5353                         }
5354                 }
5355                 if (freed == 0) {
5356                         mtx_lock(&pvc->pvc_lock);
5357                         goto next_chunk;
5358                 }
5359                 /* Every freed mapping is for a 4 KB page. */
5360                 pmap_resident_count_adj(pmap, -freed);
5361                 PV_STAT(counter_u64_add(pv_entry_frees, freed));
5362                 PV_STAT(counter_u64_add(pv_entry_spare, freed));
5363                 PV_STAT(counter_u64_add(pv_entry_count, -freed));
5364                 TAILQ_REMOVE(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
5365                 if (pc_is_free(pc)) {
5366                         PV_STAT(counter_u64_add(pv_entry_spare, -_NPCPV));
5367                         PV_STAT(counter_u64_add(pc_chunk_count, -1));
5368                         PV_STAT(counter_u64_add(pc_chunk_frees, 1));
5369                         /* Entire chunk is free; return it. */
5370                         m_pc = PHYS_TO_VM_PAGE(DMAP_TO_PHYS((vm_offset_t)pc));
5371                         dump_drop_page(m_pc->phys_addr);
5372                         mtx_lock(&pvc->pvc_lock);
5373                         TAILQ_REMOVE(&pvc->pvc_list, pc, pc_lru);
5374                         break;
5375                 }
5376                 TAILQ_INSERT_HEAD(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
5377                 mtx_lock(&pvc->pvc_lock);
5378                 /* One freed pv entry in locked_pmap is sufficient. */
5379                 if (pmap == locked_pmap)
5380                         break;
5381 next_chunk:
5382                 TAILQ_REMOVE(&pvc->pvc_list, pc_marker, pc_lru);
5383                 TAILQ_INSERT_AFTER(&pvc->pvc_list, pc, pc_marker, pc_lru);
5384                 if (pvc->active_reclaims == 1 && pmap != NULL) {
5385                         /*
5386                          * Rotate the pv chunks list so that we do not
5387                          * scan the same pv chunks that could not be
5388                          * freed (because they contained a wired
5389                          * and/or superpage mapping) on every
5390                          * invocation of reclaim_pv_chunk().
5391                          */
5392                         while ((pc = TAILQ_FIRST(&pvc->pvc_list)) != pc_marker) {
5393                                 MPASS(pc->pc_pmap != NULL);
5394                                 TAILQ_REMOVE(&pvc->pvc_list, pc, pc_lru);
5395                                 TAILQ_INSERT_TAIL(&pvc->pvc_list, pc, pc_lru);
5396                         }
5397                 }
5398         }
5399         TAILQ_REMOVE(&pvc->pvc_list, pc_marker, pc_lru);
5400         TAILQ_REMOVE(&pvc->pvc_list, pc_marker_end, pc_lru);
5401         pvc->active_reclaims--;
5402         mtx_unlock(&pvc->pvc_lock);
5403         reclaim_pv_chunk_leave_pmap(pmap, locked_pmap, start_di);
5404         if (m_pc == NULL && !SLIST_EMPTY(&free)) {
5405                 m_pc = SLIST_FIRST(&free);
5406                 SLIST_REMOVE_HEAD(&free, plinks.s.ss);
5407                 /* Recycle a freed page table page. */
5408                 m_pc->ref_count = 1;
5409         }
5410         vm_page_free_pages_toq(&free, true);
5411         return (m_pc);
5412 }
5413
5414 static vm_page_t
5415 reclaim_pv_chunk(pmap_t locked_pmap, struct rwlock **lockp)
5416 {
5417         vm_page_t m;
5418         int i, domain;
5419
5420         domain = PCPU_GET(domain);
5421         for (i = 0; i < vm_ndomains; i++) {
5422                 m = reclaim_pv_chunk_domain(locked_pmap, lockp, domain);
5423                 if (m != NULL)
5424                         break;
5425                 domain = (domain + 1) % vm_ndomains;
5426         }
5427
5428         return (m);
5429 }
5430
5431 /*
5432  * free the pv_entry back to the free list
5433  */
5434 static void
5435 free_pv_entry(pmap_t pmap, pv_entry_t pv)
5436 {
5437         struct pv_chunk *pc;
5438         int idx, field, bit;
5439
5440         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
5441         PV_STAT(counter_u64_add(pv_entry_frees, 1));
5442         PV_STAT(counter_u64_add(pv_entry_spare, 1));
5443         PV_STAT(counter_u64_add(pv_entry_count, -1));
5444         pc = pv_to_chunk(pv);
5445         idx = pv - &pc->pc_pventry[0];
5446         field = idx / 64;
5447         bit = idx % 64;
5448         pc->pc_map[field] |= 1ul << bit;
5449         if (!pc_is_free(pc)) {
5450                 /* 98% of the time, pc is already at the head of the list. */
5451                 if (__predict_false(pc != TAILQ_FIRST(&pmap->pm_pvchunk))) {
5452                         TAILQ_REMOVE(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
5453                         TAILQ_INSERT_HEAD(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
5454                 }
5455                 return;
5456         }
5457         TAILQ_REMOVE(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
5458         free_pv_chunk(pc);
5459 }
5460
5461 static void
5462 free_pv_chunk_dequeued(struct pv_chunk *pc)
5463 {
5464         vm_page_t m;
5465
5466         PV_STAT(counter_u64_add(pv_entry_spare, -_NPCPV));
5467         PV_STAT(counter_u64_add(pc_chunk_count, -1));
5468         PV_STAT(counter_u64_add(pc_chunk_frees, 1));
5469         counter_u64_add(pv_page_count, -1);
5470         /* entire chunk is free, return it */
5471         m = PHYS_TO_VM_PAGE(DMAP_TO_PHYS((vm_offset_t)pc));
5472         dump_drop_page(m->phys_addr);
5473         vm_page_unwire_noq(m);
5474         vm_page_free(m);
5475 }
5476
5477 static void
5478 free_pv_chunk(struct pv_chunk *pc)
5479 {
5480         struct pv_chunks_list *pvc;
5481
5482         pvc = &pv_chunks[pc_to_domain(pc)];
5483         mtx_lock(&pvc->pvc_lock);
5484         TAILQ_REMOVE(&pvc->pvc_list, pc, pc_lru);
5485         mtx_unlock(&pvc->pvc_lock);
5486         free_pv_chunk_dequeued(pc);
5487 }
5488
5489 static void
5490 free_pv_chunk_batch(struct pv_chunklist *batch)
5491 {
5492         struct pv_chunks_list *pvc;
5493         struct pv_chunk *pc, *npc;
5494         int i;
5495
5496         for (i = 0; i < vm_ndomains; i++) {
5497                 if (TAILQ_EMPTY(&batch[i]))
5498                         continue;
5499                 pvc = &pv_chunks[i];
5500                 mtx_lock(&pvc->pvc_lock);
5501                 TAILQ_FOREACH(pc, &batch[i], pc_list) {
5502                         TAILQ_REMOVE(&pvc->pvc_list, pc, pc_lru);
5503                 }
5504                 mtx_unlock(&pvc->pvc_lock);
5505         }
5506
5507         for (i = 0; i < vm_ndomains; i++) {
5508                 TAILQ_FOREACH_SAFE(pc, &batch[i], pc_list, npc) {
5509                         free_pv_chunk_dequeued(pc);
5510                 }
5511         }
5512 }
5513
5514 /*
5515  * Returns a new PV entry, allocating a new PV chunk from the system when
5516  * needed.  If this PV chunk allocation fails and a PV list lock pointer was
5517  * given, a PV chunk is reclaimed from an arbitrary pmap.  Otherwise, NULL is
5518  * returned.
5519  *
5520  * The given PV list lock may be released.
5521  */
5522 static pv_entry_t
5523 get_pv_entry(pmap_t pmap, struct rwlock **lockp)
5524 {
5525         struct pv_chunks_list *pvc;
5526         int bit, field;
5527         pv_entry_t pv;
5528         struct pv_chunk *pc;
5529         vm_page_t m;
5530
5531         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
5532         PV_STAT(counter_u64_add(pv_entry_allocs, 1));
5533 retry:
5534         pc = TAILQ_FIRST(&pmap->pm_pvchunk);
5535         if (pc != NULL) {
5536                 for (field = 0; field < _NPCM; field++) {
5537                         if (pc->pc_map[field]) {
5538                                 bit = bsfq(pc->pc_map[field]);
5539                                 break;
5540                         }
5541                 }
5542                 if (field < _NPCM) {
5543                         pv = &pc->pc_pventry[field * 64 + bit];
5544                         pc->pc_map[field] &= ~(1ul << bit);
5545                         /* If this was the last item, move it to tail */
5546                         if (pc->pc_map[0] == 0 && pc->pc_map[1] == 0 &&
5547                             pc->pc_map[2] == 0) {
5548                                 TAILQ_REMOVE(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
5549                                 TAILQ_INSERT_TAIL(&pmap->pm_pvchunk, pc,
5550                                     pc_list);
5551                         }
5552                         PV_STAT(counter_u64_add(pv_entry_count, 1));
5553                         PV_STAT(counter_u64_add(pv_entry_spare, -1));
5554                         return (pv);
5555                 }
5556         }
5557         /* No free items, allocate another chunk */
5558         m = vm_page_alloc_noobj(VM_ALLOC_WIRED);
5559         if (m == NULL) {
5560                 if (lockp == NULL) {
5561                         PV_STAT(counter_u64_add(pc_chunk_tryfail, 1));
5562                         return (NULL);
5563                 }
5564                 m = reclaim_pv_chunk(pmap, lockp);
5565                 if (m == NULL)
5566                         goto retry;
5567         } else
5568                 counter_u64_add(pv_page_count, 1);
5569         PV_STAT(counter_u64_add(pc_chunk_count, 1));
5570         PV_STAT(counter_u64_add(pc_chunk_allocs, 1));
5571         dump_add_page(m->phys_addr);
5572         pc = (void *)PHYS_TO_DMAP(m->phys_addr);
5573         pc->pc_pmap = pmap;
5574         pc->pc_map[0] = PC_FREEN & ~1ul;        /* preallocated bit 0 */
5575         pc->pc_map[1] = PC_FREEN;
5576         pc->pc_map[2] = PC_FREEL;
5577         pvc = &pv_chunks[vm_page_domain(m)];
5578         mtx_lock(&pvc->pvc_lock);
5579         TAILQ_INSERT_TAIL(&pvc->pvc_list, pc, pc_lru);
5580         mtx_unlock(&pvc->pvc_lock);
5581         pv = &pc->pc_pventry[0];
5582         TAILQ_INSERT_HEAD(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
5583         PV_STAT(counter_u64_add(pv_entry_count, 1));
5584         PV_STAT(counter_u64_add(pv_entry_spare, _NPCPV - 1));
5585         return (pv);
5586 }
5587
5588 /*
5589  * Returns the number of one bits within the given PV chunk map.
5590  *
5591  * The erratas for Intel processors state that "POPCNT Instruction May
5592  * Take Longer to Execute Than Expected".  It is believed that the
5593  * issue is the spurious dependency on the destination register.
5594  * Provide a hint to the register rename logic that the destination
5595  * value is overwritten, by clearing it, as suggested in the
5596  * optimization manual.  It should be cheap for unaffected processors
5597  * as well.
5598  *
5599  * Reference numbers for erratas are
5600  * 4th Gen Core: HSD146
5601  * 5th Gen Core: BDM85
5602  * 6th Gen Core: SKL029
5603  */
5604 static int
5605 popcnt_pc_map_pq(uint64_t *map)
5606 {
5607         u_long result, tmp;
5608
5609         __asm __volatile("xorl %k0,%k0;popcntq %2,%0;"
5610             "xorl %k1,%k1;popcntq %3,%1;addl %k1,%k0;"
5611             "xorl %k1,%k1;popcntq %4,%1;addl %k1,%k0"
5612             : "=&r" (result), "=&r" (tmp)
5613             : "m" (map[0]), "m" (map[1]), "m" (map[2]));
5614         return (result);
5615 }
5616
5617 /*
5618  * Ensure that the number of spare PV entries in the specified pmap meets or
5619  * exceeds the given count, "needed".
5620  *
5621  * The given PV list lock may be released.
5622  */
5623 static void
5624 reserve_pv_entries(pmap_t pmap, int needed, struct rwlock **lockp)
5625 {
5626         struct pv_chunks_list *pvc;
5627         struct pch new_tail[PMAP_MEMDOM];
5628         struct pv_chunk *pc;
5629         vm_page_t m;
5630         int avail, free, i;
5631         bool reclaimed;
5632
5633         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
5634         KASSERT(lockp != NULL, ("reserve_pv_entries: lockp is NULL"));
5635
5636         /*
5637          * Newly allocated PV chunks must be stored in a private list until
5638          * the required number of PV chunks have been allocated.  Otherwise,
5639          * reclaim_pv_chunk() could recycle one of these chunks.  In
5640          * contrast, these chunks must be added to the pmap upon allocation.
5641          */
5642         for (i = 0; i < PMAP_MEMDOM; i++)
5643                 TAILQ_INIT(&new_tail[i]);
5644 retry:
5645         avail = 0;
5646         TAILQ_FOREACH(pc, &pmap->pm_pvchunk, pc_list) {
5647 #ifndef __POPCNT__
5648                 if ((cpu_feature2 & CPUID2_POPCNT) == 0)
5649                         bit_count((bitstr_t *)pc->pc_map, 0,
5650                             sizeof(pc->pc_map) * NBBY, &free);
5651                 else
5652 #endif
5653                 free = popcnt_pc_map_pq(pc->pc_map);
5654                 if (free == 0)
5655                         break;
5656                 avail += free;
5657                 if (avail >= needed)
5658                         break;
5659         }
5660         for (reclaimed = false; avail < needed; avail += _NPCPV) {
5661                 m = vm_page_alloc_noobj(VM_ALLOC_WIRED);
5662                 if (m == NULL) {
5663                         m = reclaim_pv_chunk(pmap, lockp);
5664                         if (m == NULL)
5665                                 goto retry;
5666                         reclaimed = true;
5667                 } else
5668                         counter_u64_add(pv_page_count, 1);
5669                 PV_STAT(counter_u64_add(pc_chunk_count, 1));
5670                 PV_STAT(counter_u64_add(pc_chunk_allocs, 1));
5671                 dump_add_page(m->phys_addr);
5672                 pc = (void *)PHYS_TO_DMAP(m->phys_addr);
5673                 pc->pc_pmap = pmap;
5674                 pc->pc_map[0] = PC_FREEN;
5675                 pc->pc_map[1] = PC_FREEN;
5676                 pc->pc_map[2] = PC_FREEL;
5677                 TAILQ_INSERT_HEAD(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
5678                 TAILQ_INSERT_TAIL(&new_tail[vm_page_domain(m)], pc, pc_lru);
5679                 PV_STAT(counter_u64_add(pv_entry_spare, _NPCPV));
5680
5681                 /*
5682                  * The reclaim might have freed a chunk from the current pmap.
5683                  * If that chunk contained available entries, we need to
5684                  * re-count the number of available entries.
5685                  */
5686                 if (reclaimed)
5687                         goto retry;
5688         }
5689         for (i = 0; i < vm_ndomains; i++) {
5690                 if (TAILQ_EMPTY(&new_tail[i]))
5691                         continue;
5692                 pvc = &pv_chunks[i];
5693                 mtx_lock(&pvc->pvc_lock);
5694                 TAILQ_CONCAT(&pvc->pvc_list, &new_tail[i], pc_lru);
5695                 mtx_unlock(&pvc->pvc_lock);
5696         }
5697 }
5698
5699 /*
5700  * First find and then remove the pv entry for the specified pmap and virtual
5701  * address from the specified pv list.  Returns the pv entry if found and NULL
5702  * otherwise.  This operation can be performed on pv lists for either 4KB or
5703  * 2MB page mappings.
5704  */
5705 static __inline pv_entry_t
5706 pmap_pvh_remove(struct md_page *pvh, pmap_t pmap, vm_offset_t va)
5707 {
5708         pv_entry_t pv;
5709
5710         TAILQ_FOREACH(pv, &pvh->pv_list, pv_next) {
5711                 if (pmap == PV_PMAP(pv) && va == pv->pv_va) {
5712                         TAILQ_REMOVE(&pvh->pv_list, pv, pv_next);
5713                         pvh->pv_gen++;
5714                         break;
5715                 }
5716         }
5717         return (pv);
5718 }
5719
5720 /*
5721  * After demotion from a 2MB page mapping to 512 4KB page mappings,
5722  * destroy the pv entry for the 2MB page mapping and reinstantiate the pv
5723  * entries for each of the 4KB page mappings.
5724  */
5725 static void
5726 pmap_pv_demote_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_paddr_t pa,
5727     struct rwlock **lockp)
5728 {
5729         struct md_page *pvh;
5730         struct pv_chunk *pc;
5731         pv_entry_t pv;
5732         vm_offset_t va_last;
5733         vm_page_t m;
5734         int bit, field;
5735
5736         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
5737         KASSERT((pa & PDRMASK) == 0,
5738             ("pmap_pv_demote_pde: pa is not 2mpage aligned"));
5739         CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_PHYS(lockp, pa);
5740
5741         /*
5742          * Transfer the 2mpage's pv entry for this mapping to the first
5743          * page's pv list.  Once this transfer begins, the pv list lock
5744          * must not be released until the last pv entry is reinstantiated.
5745          */
5746         pvh = pa_to_pvh(pa);
5747         va = trunc_2mpage(va);
5748         pv = pmap_pvh_remove(pvh, pmap, va);
5749         KASSERT(pv != NULL, ("pmap_pv_demote_pde: pv not found"));
5750         m = PHYS_TO_VM_PAGE(pa);
5751         TAILQ_INSERT_TAIL(&m->md.pv_list, pv, pv_next);
5752         m->md.pv_gen++;
5753         /* Instantiate the remaining NPTEPG - 1 pv entries. */
5754         PV_STAT(counter_u64_add(pv_entry_allocs, NPTEPG - 1));
5755         va_last = va + NBPDR - PAGE_SIZE;
5756         for (;;) {
5757                 pc = TAILQ_FIRST(&pmap->pm_pvchunk);
5758                 KASSERT(pc->pc_map[0] != 0 || pc->pc_map[1] != 0 ||
5759                     pc->pc_map[2] != 0, ("pmap_pv_demote_pde: missing spare"));
5760                 for (field = 0; field < _NPCM; field++) {
5761                         while (pc->pc_map[field]) {
5762                                 bit = bsfq(pc->pc_map[field]);
5763                                 pc->pc_map[field] &= ~(1ul << bit);
5764                                 pv = &pc->pc_pventry[field * 64 + bit];
5765                                 va += PAGE_SIZE;
5766                                 pv->pv_va = va;
5767                                 m++;
5768                                 KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
5769                             ("pmap_pv_demote_pde: page %p is not managed", m));
5770                                 TAILQ_INSERT_TAIL(&m->md.pv_list, pv, pv_next);
5771                                 m->md.pv_gen++;
5772                                 if (va == va_last)
5773                                         goto out;
5774                         }
5775                 }
5776                 TAILQ_REMOVE(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
5777                 TAILQ_INSERT_TAIL(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
5778         }
5779 out:
5780         if (pc->pc_map[0] == 0 && pc->pc_map[1] == 0 && pc->pc_map[2] == 0) {
5781                 TAILQ_REMOVE(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
5782                 TAILQ_INSERT_TAIL(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
5783         }
5784         PV_STAT(counter_u64_add(pv_entry_count, NPTEPG - 1));
5785         PV_STAT(counter_u64_add(pv_entry_spare, -(NPTEPG - 1)));
5786 }
5787
5788 #if VM_NRESERVLEVEL > 0
5789 /*
5790  * After promotion from 512 4KB page mappings to a single 2MB page mapping,
5791  * replace the many pv entries for the 4KB page mappings by a single pv entry
5792  * for the 2MB page mapping.
5793  */
5794 static void
5795 pmap_pv_promote_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_paddr_t pa,
5796     struct rwlock **lockp)
5797 {
5798         struct md_page *pvh;
5799         pv_entry_t pv;
5800         vm_offset_t va_last;
5801         vm_page_t m;
5802
5803         KASSERT((pa & PDRMASK) == 0,
5804             ("pmap_pv_promote_pde: pa is not 2mpage aligned"));
5805         CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_PHYS(lockp, pa);
5806
5807         /*
5808          * Transfer the first page's pv entry for this mapping to the 2mpage's
5809          * pv list.  Aside from avoiding the cost of a call to get_pv_entry(),
5810          * a transfer avoids the possibility that get_pv_entry() calls
5811          * reclaim_pv_chunk() and that reclaim_pv_chunk() removes one of the
5812          * mappings that is being promoted.
5813          */
5814         m = PHYS_TO_VM_PAGE(pa);
5815         va = trunc_2mpage(va);
5816         pv = pmap_pvh_remove(&m->md, pmap, va);
5817         KASSERT(pv != NULL, ("pmap_pv_promote_pde: pv not found"));
5818         pvh = pa_to_pvh(pa);
5819         TAILQ_INSERT_TAIL(&pvh->pv_list, pv, pv_next);
5820         pvh->pv_gen++;
5821         /* Free the remaining NPTEPG - 1 pv entries. */
5822         va_last = va + NBPDR - PAGE_SIZE;
5823         do {
5824                 m++;
5825                 va += PAGE_SIZE;
5826                 pmap_pvh_free(&m->md, pmap, va);
5827         } while (va < va_last);
5828 }
5829 #endif /* VM_NRESERVLEVEL > 0 */
5830
5831 /*
5832  * First find and then destroy the pv entry for the specified pmap and virtual
5833  * address.  This operation can be performed on pv lists for either 4KB or 2MB
5834  * page mappings.
5835  */
5836 static void
5837 pmap_pvh_free(struct md_page *pvh, pmap_t pmap, vm_offset_t va)
5838 {
5839         pv_entry_t pv;
5840
5841         pv = pmap_pvh_remove(pvh, pmap, va);
5842         KASSERT(pv != NULL, ("pmap_pvh_free: pv not found"));
5843         free_pv_entry(pmap, pv);
5844 }
5845
5846 /*
5847  * Conditionally create the PV entry for a 4KB page mapping if the required
5848  * memory can be allocated without resorting to reclamation.
5849  */
5850 static boolean_t
5851 pmap_try_insert_pv_entry(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m,
5852     struct rwlock **lockp)
5853 {
5854         pv_entry_t pv;
5855
5856         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
5857         /* Pass NULL instead of the lock pointer to disable reclamation. */
5858         if ((pv = get_pv_entry(pmap, NULL)) != NULL) {
5859                 pv->pv_va = va;
5860                 CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_VM_PAGE(lockp, m);
5861                 TAILQ_INSERT_TAIL(&m->md.pv_list, pv, pv_next);
5862                 m->md.pv_gen++;
5863                 return (TRUE);
5864         } else
5865                 return (FALSE);
5866 }
5867
5868 /*
5869  * Create the PV entry for a 2MB page mapping.  Always returns true unless the
5870  * flag PMAP_ENTER_NORECLAIM is specified.  If that flag is specified, returns
5871  * false if the PV entry cannot be allocated without resorting to reclamation.
5872  */
5873 static bool
5874 pmap_pv_insert_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t pde, u_int flags,
5875     struct rwlock **lockp)
5876 {
5877         struct md_page *pvh;
5878         pv_entry_t pv;
5879         vm_paddr_t pa;
5880
5881         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
5882         /* Pass NULL instead of the lock pointer to disable reclamation. */
5883         if ((pv = get_pv_entry(pmap, (flags & PMAP_ENTER_NORECLAIM) != 0 ?
5884             NULL : lockp)) == NULL)
5885                 return (false);
5886         pv->pv_va = va;
5887         pa = pde & PG_PS_FRAME;
5888         CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_PHYS(lockp, pa);
5889         pvh = pa_to_pvh(pa);
5890         TAILQ_INSERT_TAIL(&pvh->pv_list, pv, pv_next);
5891         pvh->pv_gen++;
5892         return (true);
5893 }
5894
5895 /*
5896  * Fills a page table page with mappings to consecutive physical pages.
5897  */
5898 static void
5899 pmap_fill_ptp(pt_entry_t *firstpte, pt_entry_t newpte)
5900 {
5901         pt_entry_t *pte;
5902
5903         for (pte = firstpte; pte < firstpte + NPTEPG; pte++) {
5904                 *pte = newpte;
5905                 newpte += PAGE_SIZE;
5906         }
5907 }
5908
5909 /*
5910  * Tries to demote a 2MB page mapping.  If demotion fails, the 2MB page
5911  * mapping is invalidated.
5912  */
5913 static boolean_t
5914 pmap_demote_pde(pmap_t pmap, pd_entry_t *pde, vm_offset_t va)
5915 {
5916         struct rwlock *lock;
5917         boolean_t rv;
5918
5919         lock = NULL;
5920         rv = pmap_demote_pde_locked(pmap, pde, va, &lock);
5921         if (lock != NULL)
5922                 rw_wunlock(lock);
5923         return (rv);
5924 }
5925
5926 static void
5927 pmap_demote_pde_check(pt_entry_t *firstpte __unused, pt_entry_t newpte __unused)
5928 {
5929 #ifdef INVARIANTS
5930 #ifdef DIAGNOSTIC
5931         pt_entry_t *xpte, *ypte;
5932
5933         for (xpte = firstpte; xpte < firstpte + NPTEPG;
5934             xpte++, newpte += PAGE_SIZE) {
5935                 if ((*xpte & PG_FRAME) != (newpte & PG_FRAME)) {
5936                         printf("pmap_demote_pde: xpte %zd and newpte map "
5937                             "different pages: found %#lx, expected %#lx\n",
5938                             xpte - firstpte, *xpte, newpte);
5939                         printf("page table dump\n");
5940                         for (ypte = firstpte; ypte < firstpte + NPTEPG; ypte++)
5941                                 printf("%zd %#lx\n", ypte - firstpte, *ypte);
5942                         panic("firstpte");
5943                 }
5944         }
5945 #else
5946         KASSERT((*firstpte & PG_FRAME) == (newpte & PG_FRAME),
5947             ("pmap_demote_pde: firstpte and newpte map different physical"
5948             " addresses"));
5949 #endif
5950 #endif
5951 }
5952
5953 static void
5954 pmap_demote_pde_abort(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t *pde,
5955     pd_entry_t oldpde, struct rwlock **lockp)
5956 {
5957         struct spglist free;
5958         vm_offset_t sva;
5959
5960         SLIST_INIT(&free);
5961         sva = trunc_2mpage(va);
5962         pmap_remove_pde(pmap, pde, sva, &free, lockp);
5963         if ((oldpde & pmap_global_bit(pmap)) == 0)
5964                 pmap_invalidate_pde_page(pmap, sva, oldpde);
5965         vm_page_free_pages_toq(&free, true);
5966         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_demote_pde: failure for va %#lx in pmap %p",
5967             va, pmap);
5968 }
5969
5970 static boolean_t
5971 pmap_demote_pde_locked(pmap_t pmap, pd_entry_t *pde, vm_offset_t va,
5972     struct rwlock **lockp)
5973 {
5974         pd_entry_t newpde, oldpde;
5975         pt_entry_t *firstpte, newpte;
5976         pt_entry_t PG_A, PG_G, PG_M, PG_PKU_MASK, PG_RW, PG_V;
5977         vm_paddr_t mptepa;
5978         vm_page_t mpte;
5979         int PG_PTE_CACHE;
5980         bool in_kernel;
5981
5982         PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
5983         PG_G = pmap_global_bit(pmap);
5984         PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
5985         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
5986         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
5987         PG_PTE_CACHE = pmap_cache_mask(pmap, 0);
5988         PG_PKU_MASK = pmap_pku_mask_bit(pmap);
5989
5990         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
5991         in_kernel = va >= VM_MAXUSER_ADDRESS;
5992         oldpde = *pde;
5993         KASSERT((oldpde & (PG_PS | PG_V)) == (PG_PS | PG_V),
5994             ("pmap_demote_pde: oldpde is missing PG_PS and/or PG_V"));
5995
5996         /*
5997          * Invalidate the 2MB page mapping and return "failure" if the
5998          * mapping was never accessed.
5999          */
6000         if ((oldpde & PG_A) == 0) {
6001                 KASSERT((oldpde & PG_W) == 0,
6002                     ("pmap_demote_pde: a wired mapping is missing PG_A"));
6003                 pmap_demote_pde_abort(pmap, va, pde, oldpde, lockp);
6004                 return (FALSE);
6005         }
6006
6007         mpte = pmap_remove_pt_page(pmap, va);
6008         if (mpte == NULL) {
6009                 KASSERT((oldpde & PG_W) == 0,
6010                     ("pmap_demote_pde: page table page for a wired mapping"
6011                     " is missing"));
6012
6013                 /*
6014                  * If the page table page is missing and the mapping
6015                  * is for a kernel address, the mapping must belong to
6016                  * the direct map.  Page table pages are preallocated
6017                  * for every other part of the kernel address space,
6018                  * so the direct map region is the only part of the
6019                  * kernel address space that must be handled here.
6020                  */
6021                 KASSERT(!in_kernel || (va >= DMAP_MIN_ADDRESS &&
6022                     va < DMAP_MAX_ADDRESS),
6023                     ("pmap_demote_pde: No saved mpte for va %#lx", va));
6024
6025                 /*
6026                  * If the 2MB page mapping belongs to the direct map
6027                  * region of the kernel's address space, then the page
6028                  * allocation request specifies the highest possible
6029                  * priority (VM_ALLOC_INTERRUPT).  Otherwise, the
6030                  * priority is normal.
6031                  */
6032                 mpte = pmap_alloc_pt_page(pmap, pmap_pde_pindex(va),
6033                     (in_kernel ? VM_ALLOC_INTERRUPT : 0) | VM_ALLOC_WIRED);
6034
6035                 /*
6036                  * If the allocation of the new page table page fails,
6037                  * invalidate the 2MB page mapping and return "failure".
6038                  */
6039                 if (mpte == NULL) {
6040                         pmap_demote_pde_abort(pmap, va, pde, oldpde, lockp);
6041                         return (FALSE);
6042                 }
6043
6044                 if (!in_kernel)
6045                         mpte->ref_count = NPTEPG;
6046         }
6047         mptepa = VM_PAGE_TO_PHYS(mpte);
6048         firstpte = (pt_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(mptepa);
6049         newpde = mptepa | PG_M | PG_A | (oldpde & PG_U) | PG_RW | PG_V;
6050         KASSERT((oldpde & (PG_M | PG_RW)) != PG_RW,
6051             ("pmap_demote_pde: oldpde is missing PG_M"));
6052         newpte = oldpde & ~PG_PS;
6053         newpte = pmap_swap_pat(pmap, newpte);
6054
6055         /*
6056          * If the page table page is not leftover from an earlier promotion,
6057          * initialize it.
6058          */
6059         if (vm_page_none_valid(mpte))
6060                 pmap_fill_ptp(firstpte, newpte);
6061
6062         pmap_demote_pde_check(firstpte, newpte);
6063
6064         /*
6065          * If the mapping has changed attributes, update the page table
6066          * entries.
6067          */
6068         if ((*firstpte & PG_PTE_PROMOTE) != (newpte & PG_PTE_PROMOTE))
6069                 pmap_fill_ptp(firstpte, newpte);
6070
6071         /*
6072          * The spare PV entries must be reserved prior to demoting the
6073          * mapping, that is, prior to changing the PDE.  Otherwise, the state
6074          * of the PDE and the PV lists will be inconsistent, which can result
6075          * in reclaim_pv_chunk() attempting to remove a PV entry from the
6076          * wrong PV list and pmap_pv_demote_pde() failing to find the expected
6077          * PV entry for the 2MB page mapping that is being demoted.
6078          */
6079         if ((oldpde & PG_MANAGED) != 0)
6080                 reserve_pv_entries(pmap, NPTEPG - 1, lockp);
6081
6082         /*
6083          * Demote the mapping.  This pmap is locked.  The old PDE has
6084          * PG_A set.  If the old PDE has PG_RW set, it also has PG_M
6085          * set.  Thus, there is no danger of a race with another
6086          * processor changing the setting of PG_A and/or PG_M between
6087          * the read above and the store below. 
6088          */
6089         if (workaround_erratum383)
6090                 pmap_update_pde(pmap, va, pde, newpde);
6091         else
6092                 pde_store(pde, newpde);
6093
6094         /*
6095          * Invalidate a stale recursive mapping of the page table page.
6096          */
6097         if (in_kernel)
6098                 pmap_invalidate_page(pmap, (vm_offset_t)vtopte(va));
6099
6100         /*
6101          * Demote the PV entry.
6102          */
6103         if ((oldpde & PG_MANAGED) != 0)
6104                 pmap_pv_demote_pde(pmap, va, oldpde & PG_PS_FRAME, lockp);
6105
6106         counter_u64_add(pmap_pde_demotions, 1);
6107         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_demote_pde: success for va %#lx in pmap %p",
6108             va, pmap);
6109         return (TRUE);
6110 }
6111
6112 /*
6113  * pmap_remove_kernel_pde: Remove a kernel superpage mapping.
6114  */
6115 static void
6116 pmap_remove_kernel_pde(pmap_t pmap, pd_entry_t *pde, vm_offset_t va)
6117 {
6118         pd_entry_t newpde;
6119         vm_paddr_t mptepa;
6120         vm_page_t mpte;
6121
6122         KASSERT(pmap == kernel_pmap, ("pmap %p is not kernel_pmap", pmap));
6123         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
6124         mpte = pmap_remove_pt_page(pmap, va);
6125         if (mpte == NULL)
6126                 panic("pmap_remove_kernel_pde: Missing pt page.");
6127
6128         mptepa = VM_PAGE_TO_PHYS(mpte);
6129         newpde = mptepa | X86_PG_M | X86_PG_A | X86_PG_RW | X86_PG_V;
6130
6131         /*
6132          * If this page table page was unmapped by a promotion, then it
6133          * contains valid mappings.  Zero it to invalidate those mappings.
6134          */
6135         if (vm_page_any_valid(mpte))
6136                 pagezero((void *)PHYS_TO_DMAP(mptepa));
6137
6138         /*
6139          * Demote the mapping.
6140          */
6141         if (workaround_erratum383)
6142                 pmap_update_pde(pmap, va, pde, newpde);
6143         else
6144                 pde_store(pde, newpde);
6145
6146         /*
6147          * Invalidate a stale recursive mapping of the page table page.
6148          */
6149         pmap_invalidate_page(pmap, (vm_offset_t)vtopte(va));
6150 }
6151
6152 /*
6153  * pmap_remove_pde: do the things to unmap a superpage in a process
6154  */
6155 static int
6156 pmap_remove_pde(pmap_t pmap, pd_entry_t *pdq, vm_offset_t sva,
6157     struct spglist *free, struct rwlock **lockp)
6158 {
6159         struct md_page *pvh;
6160         pd_entry_t oldpde;
6161         vm_offset_t eva, va;
6162         vm_page_t m, mpte;
6163         pt_entry_t PG_G, PG_A, PG_M, PG_RW;
6164
6165         PG_G = pmap_global_bit(pmap);
6166         PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
6167         PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
6168         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
6169
6170         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
6171         KASSERT((sva & PDRMASK) == 0,
6172             ("pmap_remove_pde: sva is not 2mpage aligned"));
6173         oldpde = pte_load_clear(pdq);
6174         if (oldpde & PG_W)
6175                 pmap->pm_stats.wired_count -= NBPDR / PAGE_SIZE;
6176         if ((oldpde & PG_G) != 0)
6177                 pmap_invalidate_pde_page(kernel_pmap, sva, oldpde);
6178         pmap_resident_count_adj(pmap, -NBPDR / PAGE_SIZE);
6179         if (oldpde & PG_MANAGED) {
6180                 CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_PHYS(lockp, oldpde & PG_PS_FRAME);
6181                 pvh = pa_to_pvh(oldpde & PG_PS_FRAME);
6182                 pmap_pvh_free(pvh, pmap, sva);
6183                 eva = sva + NBPDR;
6184                 for (va = sva, m = PHYS_TO_VM_PAGE(oldpde & PG_PS_FRAME);
6185                     va < eva; va += PAGE_SIZE, m++) {
6186                         if ((oldpde & (PG_M | PG_RW)) == (PG_M | PG_RW))
6187                                 vm_page_dirty(m);
6188                         if (oldpde & PG_A)
6189                                 vm_page_aflag_set(m, PGA_REFERENCED);
6190                         if (TAILQ_EMPTY(&m->md.pv_list) &&
6191                             TAILQ_EMPTY(&pvh->pv_list))
6192                                 vm_page_aflag_clear(m, PGA_WRITEABLE);
6193                         pmap_delayed_invl_page(m);
6194                 }
6195         }
6196         if (pmap == kernel_pmap) {
6197                 pmap_remove_kernel_pde(pmap, pdq, sva);
6198         } else {
6199                 mpte = pmap_remove_pt_page(pmap, sva);
6200                 if (mpte != NULL) {
6201                         KASSERT(vm_page_all_valid(mpte),
6202                             ("pmap_remove_pde: pte page not promoted"));
6203                         pmap_pt_page_count_adj(pmap, -1);
6204                         KASSERT(mpte->ref_count == NPTEPG,
6205                             ("pmap_remove_pde: pte page ref count error"));
6206                         mpte->ref_count = 0;
6207                         pmap_add_delayed_free_list(mpte, free, FALSE);
6208                 }
6209         }
6210         return (pmap_unuse_pt(pmap, sva, *pmap_pdpe(pmap, sva), free));
6211 }
6212
6213 /*
6214  * pmap_remove_pte: do the things to unmap a page in a process
6215  */
6216 static int
6217 pmap_remove_pte(pmap_t pmap, pt_entry_t *ptq, vm_offset_t va, 
6218     pd_entry_t ptepde, struct spglist *free, struct rwlock **lockp)
6219 {
6220         struct md_page *pvh;
6221         pt_entry_t oldpte, PG_A, PG_M, PG_RW;
6222         vm_page_t m;
6223
6224         PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
6225         PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
6226         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
6227
6228         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
6229         oldpte = pte_load_clear(ptq);
6230         if (oldpte & PG_W)
6231                 pmap->pm_stats.wired_count -= 1;
6232         pmap_resident_count_adj(pmap, -1);
6233         if (oldpte & PG_MANAGED) {
6234                 m = PHYS_TO_VM_PAGE(oldpte & PG_FRAME);
6235                 if ((oldpte & (PG_M | PG_RW)) == (PG_M | PG_RW))
6236                         vm_page_dirty(m);
6237                 if (oldpte & PG_A)
6238                         vm_page_aflag_set(m, PGA_REFERENCED);
6239                 CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_VM_PAGE(lockp, m);
6240                 pmap_pvh_free(&m->md, pmap, va);
6241                 if (TAILQ_EMPTY(&m->md.pv_list) &&
6242                     (m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0) {
6243                         pvh = pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
6244                         if (TAILQ_EMPTY(&pvh->pv_list))
6245                                 vm_page_aflag_clear(m, PGA_WRITEABLE);
6246                 }
6247                 pmap_delayed_invl_page(m);
6248         }
6249         return (pmap_unuse_pt(pmap, va, ptepde, free));
6250 }
6251
6252 /*
6253  * Remove a single page from a process address space
6254  */
6255 static void
6256 pmap_remove_page(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t *pde,
6257     struct spglist *free)
6258 {
6259         struct rwlock *lock;
6260         pt_entry_t *pte, PG_V;
6261
6262         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
6263         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
6264         if ((*pde & PG_V) == 0)
6265                 return;
6266         pte = pmap_pde_to_pte(pde, va);
6267         if ((*pte & PG_V) == 0)
6268                 return;
6269         lock = NULL;
6270         pmap_remove_pte(pmap, pte, va, *pde, free, &lock);
6271         if (lock != NULL)
6272                 rw_wunlock(lock);
6273         pmap_invalidate_page(pmap, va);
6274 }
6275
6276 /*
6277  * Removes the specified range of addresses from the page table page.
6278  */
6279 static bool
6280 pmap_remove_ptes(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva,
6281     pd_entry_t *pde, struct spglist *free, struct rwlock **lockp)
6282 {
6283         pt_entry_t PG_G, *pte;
6284         vm_offset_t va;
6285         bool anyvalid;
6286
6287         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
6288         PG_G = pmap_global_bit(pmap);
6289         anyvalid = false;
6290         va = eva;
6291         for (pte = pmap_pde_to_pte(pde, sva); sva != eva; pte++,
6292             sva += PAGE_SIZE) {
6293                 if (*pte == 0) {
6294                         if (va != eva) {
6295                                 pmap_invalidate_range(pmap, va, sva);
6296                                 va = eva;
6297                         }
6298                         continue;
6299                 }
6300                 if ((*pte & PG_G) == 0)
6301                         anyvalid = true;
6302                 else if (va == eva)
6303                         va = sva;
6304                 if (pmap_remove_pte(pmap, pte, sva, *pde, free, lockp)) {
6305                         sva += PAGE_SIZE;
6306                         break;
6307                 }
6308         }
6309         if (va != eva)
6310                 pmap_invalidate_range(pmap, va, sva);
6311         return (anyvalid);
6312 }
6313
6314 static void
6315 pmap_remove1(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva, bool map_delete)
6316 {
6317         struct rwlock *lock;
6318         vm_page_t mt;
6319         vm_offset_t va_next;
6320         pml5_entry_t *pml5e;
6321         pml4_entry_t *pml4e;
6322         pdp_entry_t *pdpe;
6323         pd_entry_t ptpaddr, *pde;
6324         pt_entry_t PG_G, PG_V;
6325         struct spglist free;
6326         int anyvalid;
6327
6328         PG_G = pmap_global_bit(pmap);
6329         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
6330
6331         /*
6332          * If there are no resident pages besides the top level page
6333          * table page(s), there is nothing to do.  Kernel pmap always
6334          * accounts whole preloaded area as resident, which makes its
6335          * resident count > 2.
6336          * Perform an unsynchronized read.  This is, however, safe.
6337          */
6338         if (pmap->pm_stats.resident_count <= 1 + (pmap->pm_pmltopu != NULL ?
6339             1 : 0))
6340                 return;
6341
6342         anyvalid = 0;
6343         SLIST_INIT(&free);
6344
6345         pmap_delayed_invl_start();
6346         PMAP_LOCK(pmap);
6347         if (map_delete)
6348                 pmap_pkru_on_remove(pmap, sva, eva);
6349
6350         /*
6351          * special handling of removing one page.  a very
6352          * common operation and easy to short circuit some
6353          * code.
6354          */
6355         if (sva + PAGE_SIZE == eva) {
6356                 pde = pmap_pde(pmap, sva);
6357                 if (pde && (*pde & PG_PS) == 0) {
6358                         pmap_remove_page(pmap, sva, pde, &free);
6359                         goto out;
6360                 }
6361         }
6362
6363         lock = NULL;
6364         for (; sva < eva; sva = va_next) {
6365                 if (pmap->pm_stats.resident_count == 0)
6366                         break;
6367
6368                 if (pmap_is_la57(pmap)) {
6369                         pml5e = pmap_pml5e(pmap, sva);
6370                         if ((*pml5e & PG_V) == 0) {
6371                                 va_next = (sva + NBPML5) & ~PML5MASK;
6372                                 if (va_next < sva)
6373                                         va_next = eva;
6374                                 continue;
6375                         }
6376                         pml4e = pmap_pml5e_to_pml4e(pml5e, sva);
6377                 } else {
6378                         pml4e = pmap_pml4e(pmap, sva);
6379                 }
6380                 if ((*pml4e & PG_V) == 0) {
6381                         va_next = (sva + NBPML4) & ~PML4MASK;
6382                         if (va_next < sva)
6383                                 va_next = eva;
6384                         continue;
6385                 }
6386
6387                 va_next = (sva + NBPDP) & ~PDPMASK;
6388                 if (va_next < sva)
6389                         va_next = eva;
6390                 pdpe = pmap_pml4e_to_pdpe(pml4e, sva);
6391                 if ((*pdpe & PG_V) == 0)
6392                         continue;
6393                 if ((*pdpe & PG_PS) != 0) {
6394                         KASSERT(va_next <= eva,
6395                             ("partial update of non-transparent 1G mapping "
6396                             "pdpe %#lx sva %#lx eva %#lx va_next %#lx",
6397                             *pdpe, sva, eva, va_next));
6398                         MPASS(pmap != kernel_pmap); /* XXXKIB */
6399                         MPASS((*pdpe & (PG_MANAGED | PG_G)) == 0);
6400                         anyvalid = 1;
6401                         *pdpe = 0;
6402                         pmap_resident_count_adj(pmap, -NBPDP / PAGE_SIZE);
6403                         mt = PHYS_TO_VM_PAGE(*pmap_pml4e(pmap, sva) & PG_FRAME);
6404                         pmap_unwire_ptp(pmap, sva, mt, &free);
6405                         continue;
6406                 }
6407
6408                 /*
6409                  * Calculate index for next page table.
6410                  */
6411                 va_next = (sva + NBPDR) & ~PDRMASK;
6412                 if (va_next < sva)
6413                         va_next = eva;
6414
6415                 pde = pmap_pdpe_to_pde(pdpe, sva);
6416                 ptpaddr = *pde;
6417
6418                 /*
6419                  * Weed out invalid mappings.
6420                  */
6421                 if (ptpaddr == 0)
6422                         continue;
6423
6424                 /*
6425                  * Check for large page.
6426                  */
6427                 if ((ptpaddr & PG_PS) != 0) {
6428                         /*
6429                          * Are we removing the entire large page?  If not,
6430                          * demote the mapping and fall through.
6431                          */
6432                         if (sva + NBPDR == va_next && eva >= va_next) {
6433                                 /*
6434                                  * The TLB entry for a PG_G mapping is
6435                                  * invalidated by pmap_remove_pde().
6436                                  */
6437                                 if ((ptpaddr & PG_G) == 0)
6438                                         anyvalid = 1;
6439                                 pmap_remove_pde(pmap, pde, sva, &free, &lock);
6440                                 continue;
6441                         } else if (!pmap_demote_pde_locked(pmap, pde, sva,
6442                             &lock)) {
6443                                 /* The large page mapping was destroyed. */
6444                                 continue;
6445                         } else
6446                                 ptpaddr = *pde;
6447                 }
6448
6449                 /*
6450                  * Limit our scan to either the end of the va represented
6451                  * by the current page table page, or to the end of the
6452                  * range being removed.
6453                  */
6454                 if (va_next > eva)
6455                         va_next = eva;
6456
6457                 if (pmap_remove_ptes(pmap, sva, va_next, pde, &free, &lock))
6458                         anyvalid = 1;
6459         }
6460         if (lock != NULL)
6461                 rw_wunlock(lock);
6462 out:
6463         if (anyvalid)
6464                 pmap_invalidate_all(pmap);
6465         PMAP_UNLOCK(pmap);
6466         pmap_delayed_invl_finish();
6467         vm_page_free_pages_toq(&free, true);
6468 }
6469
6470 /*
6471  *      Remove the given range of addresses from the specified map.
6472  *
6473  *      It is assumed that the start and end are properly
6474  *      rounded to the page size.
6475  */
6476 void
6477 pmap_remove(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
6478 {
6479         pmap_remove1(pmap, sva, eva, false);
6480 }
6481
6482 /*
6483  *      Remove the given range of addresses as part of a logical unmap
6484  *      operation. This has the effect of calling pmap_remove(), but
6485  *      also clears any metadata that should persist for the lifetime
6486  *      of a logical mapping.
6487  */
6488 void
6489 pmap_map_delete(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
6490 {
6491         pmap_remove1(pmap, sva, eva, true);
6492 }
6493
6494 /*
6495  *      Routine:        pmap_remove_all
6496  *      Function:
6497  *              Removes this physical page from
6498  *              all physical maps in which it resides.
6499  *              Reflects back modify bits to the pager.
6500  *
6501  *      Notes:
6502  *              Original versions of this routine were very
6503  *              inefficient because they iteratively called
6504  *              pmap_remove (slow...)
6505  */
6506
6507 void
6508 pmap_remove_all(vm_page_t m)
6509 {
6510         struct md_page *pvh;
6511         pv_entry_t pv;
6512         pmap_t pmap;
6513         struct rwlock *lock;
6514         pt_entry_t *pte, tpte, PG_A, PG_M, PG_RW;
6515         pd_entry_t *pde;
6516         vm_offset_t va;
6517         struct spglist free;
6518         int pvh_gen, md_gen;
6519
6520         KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
6521             ("pmap_remove_all: page %p is not managed", m));
6522         SLIST_INIT(&free);
6523         lock = VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m);
6524         pvh = (m->flags & PG_FICTITIOUS) != 0 ? &pv_dummy :
6525             pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
6526         rw_wlock(lock);
6527 retry:
6528         while ((pv = TAILQ_FIRST(&pvh->pv_list)) != NULL) {
6529                 pmap = PV_PMAP(pv);
6530                 if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
6531                         pvh_gen = pvh->pv_gen;
6532                         rw_wunlock(lock);
6533                         PMAP_LOCK(pmap);
6534                         rw_wlock(lock);
6535                         if (pvh_gen != pvh->pv_gen) {
6536                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
6537                                 goto retry;
6538                         }
6539                 }
6540                 va = pv->pv_va;
6541                 pde = pmap_pde(pmap, va);
6542                 (void)pmap_demote_pde_locked(pmap, pde, va, &lock);
6543                 PMAP_UNLOCK(pmap);
6544         }
6545         while ((pv = TAILQ_FIRST(&m->md.pv_list)) != NULL) {
6546                 pmap = PV_PMAP(pv);
6547                 if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
6548                         pvh_gen = pvh->pv_gen;
6549                         md_gen = m->md.pv_gen;
6550                         rw_wunlock(lock);
6551                         PMAP_LOCK(pmap);
6552                         rw_wlock(lock);
6553                         if (pvh_gen != pvh->pv_gen || md_gen != m->md.pv_gen) {
6554                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
6555                                 goto retry;
6556                         }
6557                 }
6558                 PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
6559                 PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
6560                 PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
6561                 pmap_resident_count_adj(pmap, -1);
6562                 pde = pmap_pde(pmap, pv->pv_va);
6563                 KASSERT((*pde & PG_PS) == 0, ("pmap_remove_all: found"
6564                     " a 2mpage in page %p's pv list", m));
6565                 pte = pmap_pde_to_pte(pde, pv->pv_va);
6566                 tpte = pte_load_clear(pte);
6567                 if (tpte & PG_W)
6568                         pmap->pm_stats.wired_count--;
6569                 if (tpte & PG_A)
6570                         vm_page_aflag_set(m, PGA_REFERENCED);
6571
6572                 /*
6573                  * Update the vm_page_t clean and reference bits.
6574                  */
6575                 if ((tpte & (PG_M | PG_RW)) == (PG_M | PG_RW))
6576                         vm_page_dirty(m);
6577                 pmap_unuse_pt(pmap, pv->pv_va, *pde, &free);
6578                 pmap_invalidate_page(pmap, pv->pv_va);
6579                 TAILQ_REMOVE(&m->md.pv_list, pv, pv_next);
6580                 m->md.pv_gen++;
6581                 free_pv_entry(pmap, pv);
6582                 PMAP_UNLOCK(pmap);
6583         }
6584         vm_page_aflag_clear(m, PGA_WRITEABLE);
6585         rw_wunlock(lock);
6586         pmap_delayed_invl_wait(m);
6587         vm_page_free_pages_toq(&free, true);
6588 }
6589
6590 /*
6591  * pmap_protect_pde: do the things to protect a 2mpage in a process
6592  */
6593 static boolean_t
6594 pmap_protect_pde(pmap_t pmap, pd_entry_t *pde, vm_offset_t sva, vm_prot_t prot)
6595 {
6596         pd_entry_t newpde, oldpde;
6597         vm_page_t m, mt;
6598         boolean_t anychanged;
6599         pt_entry_t PG_G, PG_M, PG_RW;
6600
6601         PG_G = pmap_global_bit(pmap);
6602         PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
6603         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
6604
6605         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
6606         KASSERT((sva & PDRMASK) == 0,
6607             ("pmap_protect_pde: sva is not 2mpage aligned"));
6608         anychanged = FALSE;
6609 retry:
6610         oldpde = newpde = *pde;
6611         if ((prot & VM_PROT_WRITE) == 0) {
6612                 if ((oldpde & (PG_MANAGED | PG_M | PG_RW)) ==
6613                     (PG_MANAGED | PG_M | PG_RW)) {
6614                         m = PHYS_TO_VM_PAGE(oldpde & PG_PS_FRAME);
6615                         for (mt = m; mt < &m[NBPDR / PAGE_SIZE]; mt++)
6616                                 vm_page_dirty(mt);
6617                 }
6618                 newpde &= ~(PG_RW | PG_M);
6619         }
6620         if ((prot & VM_PROT_EXECUTE) == 0)
6621                 newpde |= pg_nx;
6622         if (newpde != oldpde) {
6623                 /*
6624                  * As an optimization to future operations on this PDE, clear
6625                  * PG_PROMOTED.  The impending invalidation will remove any
6626                  * lingering 4KB page mappings from the TLB.
6627                  */
6628                 if (!atomic_cmpset_long(pde, oldpde, newpde & ~PG_PROMOTED))
6629                         goto retry;
6630                 if ((oldpde & PG_G) != 0)
6631                         pmap_invalidate_pde_page(kernel_pmap, sva, oldpde);
6632                 else
6633                         anychanged = TRUE;
6634         }
6635         return (anychanged);
6636 }
6637
6638 /*
6639  *      Set the physical protection on the
6640  *      specified range of this map as requested.
6641  */
6642 void
6643 pmap_protect(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva, vm_prot_t prot)
6644 {
6645         vm_page_t m;
6646         vm_offset_t va_next;
6647         pml4_entry_t *pml4e;
6648         pdp_entry_t *pdpe;
6649         pd_entry_t ptpaddr, *pde;
6650         pt_entry_t *pte, PG_G, PG_M, PG_RW, PG_V;
6651         pt_entry_t obits, pbits;
6652         boolean_t anychanged;
6653
6654         KASSERT((prot & ~VM_PROT_ALL) == 0, ("invalid prot %x", prot));
6655         if (prot == VM_PROT_NONE) {
6656                 pmap_remove(pmap, sva, eva);
6657                 return;
6658         }
6659
6660         if ((prot & (VM_PROT_WRITE|VM_PROT_EXECUTE)) ==
6661             (VM_PROT_WRITE|VM_PROT_EXECUTE))
6662                 return;
6663
6664         PG_G = pmap_global_bit(pmap);
6665         PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
6666         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
6667         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
6668         anychanged = FALSE;
6669
6670         /*
6671          * Although this function delays and batches the invalidation
6672          * of stale TLB entries, it does not need to call
6673          * pmap_delayed_invl_start() and
6674          * pmap_delayed_invl_finish(), because it does not
6675          * ordinarily destroy mappings.  Stale TLB entries from
6676          * protection-only changes need only be invalidated before the
6677          * pmap lock is released, because protection-only changes do
6678          * not destroy PV entries.  Even operations that iterate over
6679          * a physical page's PV list of mappings, like
6680          * pmap_remove_write(), acquire the pmap lock for each
6681          * mapping.  Consequently, for protection-only changes, the
6682          * pmap lock suffices to synchronize both page table and TLB
6683          * updates.
6684          *
6685          * This function only destroys a mapping if pmap_demote_pde()
6686          * fails.  In that case, stale TLB entries are immediately
6687          * invalidated.
6688          */
6689
6690         PMAP_LOCK(pmap);
6691         for (; sva < eva; sva = va_next) {
6692                 pml4e = pmap_pml4e(pmap, sva);
6693                 if (pml4e == NULL || (*pml4e & PG_V) == 0) {
6694                         va_next = (sva + NBPML4) & ~PML4MASK;
6695                         if (va_next < sva)
6696                                 va_next = eva;
6697                         continue;
6698                 }
6699
6700                 va_next = (sva + NBPDP) & ~PDPMASK;
6701                 if (va_next < sva)
6702                         va_next = eva;
6703                 pdpe = pmap_pml4e_to_pdpe(pml4e, sva);
6704                 if ((*pdpe & PG_V) == 0)
6705                         continue;
6706                 if ((*pdpe & PG_PS) != 0) {
6707                         KASSERT(va_next <= eva,
6708                             ("partial update of non-transparent 1G mapping "
6709                             "pdpe %#lx sva %#lx eva %#lx va_next %#lx",
6710                             *pdpe, sva, eva, va_next));
6711 retry_pdpe:
6712                         obits = pbits = *pdpe;
6713                         MPASS((pbits & (PG_MANAGED | PG_G)) == 0);
6714                         MPASS(pmap != kernel_pmap); /* XXXKIB */
6715                         if ((prot & VM_PROT_WRITE) == 0)
6716                                 pbits &= ~(PG_RW | PG_M);
6717                         if ((prot & VM_PROT_EXECUTE) == 0)
6718                                 pbits |= pg_nx;
6719
6720                         if (pbits != obits) {
6721                                 if (!atomic_cmpset_long(pdpe, obits, pbits))
6722                                         /* PG_PS cannot be cleared under us, */
6723                                         goto retry_pdpe;
6724                                 anychanged = TRUE;
6725                         }
6726                         continue;
6727                 }
6728
6729                 va_next = (sva + NBPDR) & ~PDRMASK;
6730                 if (va_next < sva)
6731                         va_next = eva;
6732
6733                 pde = pmap_pdpe_to_pde(pdpe, sva);
6734                 ptpaddr = *pde;
6735
6736                 /*
6737                  * Weed out invalid mappings.
6738                  */
6739                 if (ptpaddr == 0)
6740                         continue;
6741
6742                 /*
6743                  * Check for large page.
6744                  */
6745                 if ((ptpaddr & PG_PS) != 0) {
6746                         /*
6747                          * Are we protecting the entire large page?  If not,
6748                          * demote the mapping and fall through.
6749                          */
6750                         if (sva + NBPDR == va_next && eva >= va_next) {
6751                                 /*
6752                                  * The TLB entry for a PG_G mapping is
6753                                  * invalidated by pmap_protect_pde().
6754                                  */
6755                                 if (pmap_protect_pde(pmap, pde, sva, prot))
6756                                         anychanged = TRUE;
6757                                 continue;
6758                         } else if (!pmap_demote_pde(pmap, pde, sva)) {
6759                                 /*
6760                                  * The large page mapping was destroyed.
6761                                  */
6762                                 continue;
6763                         }
6764                 }
6765
6766                 if (va_next > eva)
6767                         va_next = eva;
6768
6769                 for (pte = pmap_pde_to_pte(pde, sva); sva != va_next; pte++,
6770                     sva += PAGE_SIZE) {
6771 retry:
6772                         obits = pbits = *pte;
6773                         if ((pbits & PG_V) == 0)
6774                                 continue;
6775
6776                         if ((prot & VM_PROT_WRITE) == 0) {
6777                                 if ((pbits & (PG_MANAGED | PG_M | PG_RW)) ==
6778                                     (PG_MANAGED | PG_M | PG_RW)) {
6779                                         m = PHYS_TO_VM_PAGE(pbits & PG_FRAME);
6780                                         vm_page_dirty(m);
6781                                 }
6782                                 pbits &= ~(PG_RW | PG_M);
6783                         }
6784                         if ((prot & VM_PROT_EXECUTE) == 0)
6785                                 pbits |= pg_nx;
6786
6787                         if (pbits != obits) {
6788                                 if (!atomic_cmpset_long(pte, obits, pbits))
6789                                         goto retry;
6790                                 if (obits & PG_G)
6791                                         pmap_invalidate_page(pmap, sva);
6792                                 else
6793                                         anychanged = TRUE;
6794                         }
6795                 }
6796         }
6797         if (anychanged)
6798                 pmap_invalidate_all(pmap);
6799         PMAP_UNLOCK(pmap);
6800 }
6801
6802 #if VM_NRESERVLEVEL > 0
6803 static bool
6804 pmap_pde_ept_executable(pmap_t pmap, pd_entry_t pde)
6805 {
6806
6807         if (pmap->pm_type != PT_EPT)
6808                 return (false);
6809         return ((pde & EPT_PG_EXECUTE) != 0);
6810 }
6811
6812 /*
6813  * Tries to promote the 512, contiguous 4KB page mappings that are within a
6814  * single page table page (PTP) to a single 2MB page mapping.  For promotion
6815  * to occur, two conditions must be met: (1) the 4KB page mappings must map
6816  * aligned, contiguous physical memory and (2) the 4KB page mappings must have
6817  * identical characteristics. 
6818  */
6819 static void
6820 pmap_promote_pde(pmap_t pmap, pd_entry_t *pde, vm_offset_t va, vm_page_t mpte,
6821     struct rwlock **lockp)
6822 {
6823         pd_entry_t newpde;
6824         pt_entry_t *firstpte, oldpte, pa, *pte;
6825         pt_entry_t PG_G, PG_A, PG_M, PG_RW, PG_V, PG_PKU_MASK;
6826         int PG_PTE_CACHE;
6827
6828         PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
6829         PG_G = pmap_global_bit(pmap);
6830         PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
6831         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
6832         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
6833         PG_PKU_MASK = pmap_pku_mask_bit(pmap);
6834         PG_PTE_CACHE = pmap_cache_mask(pmap, 0);
6835
6836         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
6837
6838         /*
6839          * Examine the first PTE in the specified PTP.  Abort if this PTE is
6840          * ineligible for promotion due to hardware errata, invalid, or does
6841          * not map the first 4KB physical page within a 2MB page.
6842          */
6843         firstpte = (pt_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(*pde & PG_FRAME);
6844         newpde = *firstpte;
6845         if (!pmap_allow_2m_x_page(pmap, pmap_pde_ept_executable(pmap, newpde)))
6846                 return;
6847         if ((newpde & ((PG_FRAME & PDRMASK) | PG_V)) != PG_V) {
6848                 counter_u64_add(pmap_pde_p_failures, 1);
6849                 CTR2(KTR_PMAP, "pmap_promote_pde: failure for va %#lx"
6850                     " in pmap %p", va, pmap);
6851                 return;
6852         }
6853
6854         /*
6855          * Both here and in the below "for" loop, to allow for repromotion
6856          * after MADV_FREE, conditionally write protect a clean PTE before
6857          * possibly aborting the promotion due to other PTE attributes.  Why?
6858          * Suppose that MADV_FREE is applied to a part of a superpage, the
6859          * address range [S, E).  pmap_advise() will demote the superpage
6860          * mapping, destroy the 4KB page mapping at the end of [S, E), and
6861          * clear PG_M and PG_A in the PTEs for the rest of [S, E).  Later,
6862          * imagine that the memory in [S, E) is recycled, but the last 4KB
6863          * page in [S, E) is not the last to be rewritten, or simply accessed.
6864          * In other words, there is still a 4KB page in [S, E), call it P,
6865          * that is writeable but PG_M and PG_A are clear in P's PTE.  Unless
6866          * we write protect P before aborting the promotion, if and when P is
6867          * finally rewritten, there won't be a page fault to trigger
6868          * repromotion.
6869          */
6870 setpde:
6871         if ((newpde & (PG_M | PG_RW)) == PG_RW) {
6872                 /*
6873                  * When PG_M is already clear, PG_RW can be cleared without
6874                  * a TLB invalidation.
6875                  */
6876                 if (!atomic_fcmpset_long(firstpte, &newpde, newpde & ~PG_RW))
6877                         goto setpde;
6878                 newpde &= ~PG_RW;
6879         }
6880         if ((newpde & PG_A) == 0) {
6881                 counter_u64_add(pmap_pde_p_failures, 1);
6882                 CTR2(KTR_PMAP, "pmap_promote_pde: failure for va %#lx"
6883                     " in pmap %p", va, pmap);
6884                 return;
6885         }
6886
6887         /*
6888          * Examine each of the other PTEs in the specified PTP.  Abort if this
6889          * PTE maps an unexpected 4KB physical page or does not have identical
6890          * characteristics to the first PTE.
6891          */
6892         pa = (newpde & (PG_PS_FRAME | PG_V)) + NBPDR - PAGE_SIZE;
6893         for (pte = firstpte + NPTEPG - 1; pte > firstpte; pte--) {
6894                 oldpte = *pte;
6895                 if ((oldpte & (PG_FRAME | PG_V)) != pa) {
6896                         counter_u64_add(pmap_pde_p_failures, 1);
6897                         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_promote_pde: failure for va %#lx"
6898                             " in pmap %p", va, pmap);
6899                         return;
6900                 }
6901 setpte:
6902                 if ((oldpte & (PG_M | PG_RW)) == PG_RW) {
6903                         /*
6904                          * When PG_M is already clear, PG_RW can be cleared
6905                          * without a TLB invalidation.
6906                          */
6907                         if (!atomic_fcmpset_long(pte, &oldpte, oldpte & ~PG_RW))
6908                                 goto setpte;
6909                         oldpte &= ~PG_RW;
6910                         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_promote_pde: protect for va %#lx"
6911                             " in pmap %p", (oldpte & PG_FRAME & PDRMASK) |
6912                             (va & ~PDRMASK), pmap);
6913                 }
6914                 if ((oldpte & PG_PTE_PROMOTE) != (newpde & PG_PTE_PROMOTE)) {
6915                         counter_u64_add(pmap_pde_p_failures, 1);
6916                         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_promote_pde: failure for va %#lx"
6917                             " in pmap %p", va, pmap);
6918                         return;
6919                 }
6920                 pa -= PAGE_SIZE;
6921         }
6922
6923         /*
6924          * Save the page table page in its current state until the PDE
6925          * mapping the superpage is demoted by pmap_demote_pde() or
6926          * destroyed by pmap_remove_pde(). 
6927          */
6928         if (mpte == NULL)
6929                 mpte = PHYS_TO_VM_PAGE(*pde & PG_FRAME);
6930         KASSERT(mpte >= vm_page_array &&
6931             mpte < &vm_page_array[vm_page_array_size],
6932             ("pmap_promote_pde: page table page is out of range"));
6933         KASSERT(mpte->pindex == pmap_pde_pindex(va),
6934             ("pmap_promote_pde: page table page's pindex is wrong "
6935             "mpte %p pidx %#lx va %#lx va pde pidx %#lx",
6936             mpte, mpte->pindex, va, pmap_pde_pindex(va)));
6937         if (pmap_insert_pt_page(pmap, mpte, true)) {
6938                 counter_u64_add(pmap_pde_p_failures, 1);
6939                 CTR2(KTR_PMAP,
6940                     "pmap_promote_pde: failure for va %#lx in pmap %p", va,
6941                     pmap);
6942                 return;
6943         }
6944
6945         /*
6946          * Promote the pv entries.
6947          */
6948         if ((newpde & PG_MANAGED) != 0)
6949                 pmap_pv_promote_pde(pmap, va, newpde & PG_PS_FRAME, lockp);
6950
6951         /*
6952          * Propagate the PAT index to its proper position.
6953          */
6954         newpde = pmap_swap_pat(pmap, newpde);
6955
6956         /*
6957          * Map the superpage.
6958          */
6959         if (workaround_erratum383)
6960                 pmap_update_pde(pmap, va, pde, PG_PS | newpde);
6961         else
6962                 pde_store(pde, PG_PROMOTED | PG_PS | newpde);
6963
6964         counter_u64_add(pmap_pde_promotions, 1);
6965         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_promote_pde: success for va %#lx"
6966             " in pmap %p", va, pmap);
6967 }
6968 #endif /* VM_NRESERVLEVEL > 0 */
6969
6970 static int
6971 pmap_enter_largepage(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pt_entry_t newpte, int flags,
6972     int psind)
6973 {
6974         vm_page_t mp;
6975         pt_entry_t origpte, *pml4e, *pdpe, *pde, pten, PG_V;
6976
6977         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
6978         KASSERT(psind > 0 && psind < MAXPAGESIZES && pagesizes[psind] != 0,
6979             ("psind %d unexpected", psind));
6980         KASSERT(((newpte & PG_FRAME) & (pagesizes[psind] - 1)) == 0,
6981             ("unaligned phys address %#lx newpte %#lx psind %d",
6982             newpte & PG_FRAME, newpte, psind));
6983         KASSERT((va & (pagesizes[psind] - 1)) == 0,
6984             ("unaligned va %#lx psind %d", va, psind));
6985         KASSERT(va < VM_MAXUSER_ADDRESS,
6986             ("kernel mode non-transparent superpage")); /* XXXKIB */
6987         KASSERT(va + pagesizes[psind] < VM_MAXUSER_ADDRESS,
6988             ("overflowing user map va %#lx psind %d", va, psind)); /* XXXKIB */
6989
6990         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
6991
6992 restart:
6993         if (!pmap_pkru_same(pmap, va, va + pagesizes[psind]))
6994                 return (KERN_PROTECTION_FAILURE);
6995         pten = newpte;
6996         if (va < VM_MAXUSER_ADDRESS && pmap->pm_type == PT_X86)
6997                 pten |= pmap_pkru_get(pmap, va);
6998
6999         if (psind == 2) {       /* 1G */
7000                 pml4e = pmap_pml4e(pmap, va);
7001                 if (pml4e == NULL || (*pml4e & PG_V) == 0) {
7002                         mp = pmap_allocpte_alloc(pmap, pmap_pml4e_pindex(va),
7003                             NULL, va);
7004                         if (mp == NULL)
7005                                 goto allocf;
7006                         pdpe = (pdp_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(mp));
7007                         pdpe = &pdpe[pmap_pdpe_index(va)];
7008                         origpte = *pdpe;
7009                         MPASS(origpte == 0);
7010                 } else {
7011                         pdpe = pmap_pml4e_to_pdpe(pml4e, va);
7012                         KASSERT(pdpe != NULL, ("va %#lx lost pdpe", va));
7013                         origpte = *pdpe;
7014                         if ((origpte & PG_V) == 0) {
7015                                 mp = PHYS_TO_VM_PAGE(*pml4e & PG_FRAME);
7016                                 mp->ref_count++;
7017                         }
7018                 }
7019                 *pdpe = pten;
7020         } else /* (psind == 1) */ {     /* 2M */
7021                 pde = pmap_pde(pmap, va);
7022                 if (pde == NULL) {
7023                         mp = pmap_allocpte_alloc(pmap, pmap_pdpe_pindex(va),
7024                             NULL, va);
7025                         if (mp == NULL)
7026                                 goto allocf;
7027                         pde = (pd_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(mp));
7028                         pde = &pde[pmap_pde_index(va)];
7029                         origpte = *pde;
7030                         MPASS(origpte == 0);
7031                 } else {
7032                         origpte = *pde;
7033                         if ((origpte & PG_V) == 0) {
7034                                 pdpe = pmap_pdpe(pmap, va);
7035                                 MPASS(pdpe != NULL && (*pdpe & PG_V) != 0);
7036                                 mp = PHYS_TO_VM_PAGE(*pdpe & PG_FRAME);
7037                                 mp->ref_count++;
7038                         }
7039                 }
7040                 *pde = pten;
7041         }
7042         KASSERT((origpte & PG_V) == 0 || ((origpte & PG_PS) != 0 &&
7043             (origpte & PG_PS_FRAME) == (pten & PG_PS_FRAME)),
7044             ("va %#lx changing %s phys page origpte %#lx pten %#lx",
7045             va, psind == 2 ? "1G" : "2M", origpte, pten));
7046         if ((pten & PG_W) != 0 && (origpte & PG_W) == 0)
7047                 pmap->pm_stats.wired_count += pagesizes[psind] / PAGE_SIZE;
7048         else if ((pten & PG_W) == 0 && (origpte & PG_W) != 0)
7049                 pmap->pm_stats.wired_count -= pagesizes[psind] / PAGE_SIZE;
7050         if ((origpte & PG_V) == 0)
7051                 pmap_resident_count_adj(pmap, pagesizes[psind] / PAGE_SIZE);
7052
7053         return (KERN_SUCCESS);
7054
7055 allocf:
7056         if ((flags & PMAP_ENTER_NOSLEEP) != 0)
7057                 return (KERN_RESOURCE_SHORTAGE);
7058         PMAP_UNLOCK(pmap);
7059         vm_wait(NULL);
7060         PMAP_LOCK(pmap);
7061         goto restart;
7062 }
7063
7064 /*
7065  *      Insert the given physical page (p) at
7066  *      the specified virtual address (v) in the
7067  *      target physical map with the protection requested.
7068  *
7069  *      If specified, the page will be wired down, meaning
7070  *      that the related pte can not be reclaimed.
7071  *
7072  *      NB:  This is the only routine which MAY NOT lazy-evaluate
7073  *      or lose information.  That is, this routine must actually
7074  *      insert this page into the given map NOW.
7075  *
7076  *      When destroying both a page table and PV entry, this function
7077  *      performs the TLB invalidation before releasing the PV list
7078  *      lock, so we do not need pmap_delayed_invl_page() calls here.
7079  */
7080 int
7081 pmap_enter(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m, vm_prot_t prot,
7082     u_int flags, int8_t psind)
7083 {
7084         struct rwlock *lock;
7085         pd_entry_t *pde;
7086         pt_entry_t *pte, PG_G, PG_A, PG_M, PG_RW, PG_V;
7087         pt_entry_t newpte, origpte;
7088         pv_entry_t pv;
7089         vm_paddr_t opa, pa;
7090         vm_page_t mpte, om;
7091         int rv;
7092         boolean_t nosleep;
7093
7094         PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
7095         PG_G = pmap_global_bit(pmap);
7096         PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
7097         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
7098         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
7099
7100         va = trunc_page(va);
7101         KASSERT(va <= VM_MAX_KERNEL_ADDRESS, ("pmap_enter: toobig"));
7102         KASSERT(va < UPT_MIN_ADDRESS || va >= UPT_MAX_ADDRESS,
7103             ("pmap_enter: invalid to pmap_enter page table pages (va: 0x%lx)",
7104             va));
7105         KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) != 0 || !VA_IS_CLEANMAP(va),
7106             ("pmap_enter: managed mapping within the clean submap"));
7107         if ((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0)
7108                 VM_PAGE_OBJECT_BUSY_ASSERT(m);
7109         KASSERT((flags & PMAP_ENTER_RESERVED) == 0,
7110             ("pmap_enter: flags %u has reserved bits set", flags));
7111         pa = VM_PAGE_TO_PHYS(m);
7112         newpte = (pt_entry_t)(pa | PG_A | PG_V);
7113         if ((flags & VM_PROT_WRITE) != 0)
7114                 newpte |= PG_M;
7115         if ((prot & VM_PROT_WRITE) != 0)
7116                 newpte |= PG_RW;
7117         KASSERT((newpte & (PG_M | PG_RW)) != PG_M,
7118             ("pmap_enter: flags includes VM_PROT_WRITE but prot doesn't"));
7119         if ((prot & VM_PROT_EXECUTE) == 0)
7120                 newpte |= pg_nx;
7121         if ((flags & PMAP_ENTER_WIRED) != 0)
7122                 newpte |= PG_W;
7123         if (va < VM_MAXUSER_ADDRESS)
7124                 newpte |= PG_U;
7125         if (pmap == kernel_pmap)
7126                 newpte |= PG_G;
7127         newpte |= pmap_cache_bits(pmap, m->md.pat_mode, psind > 0);
7128
7129         /*
7130          * Set modified bit gratuitously for writeable mappings if
7131          * the page is unmanaged. We do not want to take a fault
7132          * to do the dirty bit accounting for these mappings.
7133          */
7134         if ((m->oflags & VPO_UNMANAGED) != 0) {
7135                 if ((newpte & PG_RW) != 0)
7136                         newpte |= PG_M;
7137         } else
7138                 newpte |= PG_MANAGED;
7139
7140         lock = NULL;
7141         PMAP_LOCK(pmap);
7142         if ((flags & PMAP_ENTER_LARGEPAGE) != 0) {
7143                 KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) != 0,
7144                     ("managed largepage va %#lx flags %#x", va, flags));
7145                 rv = pmap_enter_largepage(pmap, va, newpte | PG_PS, flags,
7146                     psind);
7147                 goto out;
7148         }
7149         if (psind == 1) {
7150                 /* Assert the required virtual and physical alignment. */ 
7151                 KASSERT((va & PDRMASK) == 0, ("pmap_enter: va unaligned"));
7152                 KASSERT(m->psind > 0, ("pmap_enter: m->psind < psind"));
7153                 rv = pmap_enter_pde(pmap, va, newpte | PG_PS, flags, m, &lock);
7154                 goto out;
7155         }
7156         mpte = NULL;
7157
7158         /*
7159          * In the case that a page table page is not
7160          * resident, we are creating it here.
7161          */
7162 retry:
7163         pde = pmap_pde(pmap, va);
7164         if (pde != NULL && (*pde & PG_V) != 0 && ((*pde & PG_PS) == 0 ||
7165             pmap_demote_pde_locked(pmap, pde, va, &lock))) {
7166                 pte = pmap_pde_to_pte(pde, va);
7167                 if (va < VM_MAXUSER_ADDRESS && mpte == NULL) {
7168                         mpte = PHYS_TO_VM_PAGE(*pde & PG_FRAME);
7169                         mpte->ref_count++;
7170                 }
7171         } else if (va < VM_MAXUSER_ADDRESS) {
7172                 /*
7173                  * Here if the pte page isn't mapped, or if it has been
7174                  * deallocated.
7175                  */
7176                 nosleep = (flags & PMAP_ENTER_NOSLEEP) != 0;
7177                 mpte = pmap_allocpte_alloc(pmap, pmap_pde_pindex(va),
7178                     nosleep ? NULL : &lock, va);
7179                 if (mpte == NULL && nosleep) {
7180                         rv = KERN_RESOURCE_SHORTAGE;
7181                         goto out;
7182                 }
7183                 goto retry;
7184         } else
7185                 panic("pmap_enter: invalid page directory va=%#lx", va);
7186
7187         origpte = *pte;
7188         pv = NULL;
7189         if (va < VM_MAXUSER_ADDRESS && pmap->pm_type == PT_X86)
7190                 newpte |= pmap_pkru_get(pmap, va);
7191
7192         /*
7193          * Is the specified virtual address already mapped?
7194          */
7195         if ((origpte & PG_V) != 0) {
7196                 /*
7197                  * Wiring change, just update stats. We don't worry about
7198                  * wiring PT pages as they remain resident as long as there
7199                  * are valid mappings in them. Hence, if a user page is wired,
7200                  * the PT page will be also.
7201                  */
7202                 if ((newpte & PG_W) != 0 && (origpte & PG_W) == 0)
7203                         pmap->pm_stats.wired_count++;
7204                 else if ((newpte & PG_W) == 0 && (origpte & PG_W) != 0)
7205                         pmap->pm_stats.wired_count--;
7206
7207                 /*
7208                  * Remove the extra PT page reference.
7209                  */
7210                 if (mpte != NULL) {
7211                         mpte->ref_count--;
7212                         KASSERT(mpte->ref_count > 0,
7213                             ("pmap_enter: missing reference to page table page,"
7214                              " va: 0x%lx", va));
7215                 }
7216
7217                 /*
7218                  * Has the physical page changed?
7219                  */
7220                 opa = origpte & PG_FRAME;
7221                 if (opa == pa) {
7222                         /*
7223                          * No, might be a protection or wiring change.
7224                          */
7225                         if ((origpte & PG_MANAGED) != 0 &&
7226                             (newpte & PG_RW) != 0)
7227                                 vm_page_aflag_set(m, PGA_WRITEABLE);
7228                         if (((origpte ^ newpte) & ~(PG_M | PG_A)) == 0)
7229                                 goto unchanged;
7230                         goto validate;
7231                 }
7232
7233                 /*
7234                  * The physical page has changed.  Temporarily invalidate
7235                  * the mapping.  This ensures that all threads sharing the
7236                  * pmap keep a consistent view of the mapping, which is
7237                  * necessary for the correct handling of COW faults.  It
7238                  * also permits reuse of the old mapping's PV entry,
7239                  * avoiding an allocation.
7240                  *
7241                  * For consistency, handle unmanaged mappings the same way.
7242                  */
7243                 origpte = pte_load_clear(pte);
7244                 KASSERT((origpte & PG_FRAME) == opa,
7245                     ("pmap_enter: unexpected pa update for %#lx", va));
7246                 if ((origpte & PG_MANAGED) != 0) {
7247                         om = PHYS_TO_VM_PAGE(opa);
7248
7249                         /*
7250                          * The pmap lock is sufficient to synchronize with
7251                          * concurrent calls to pmap_page_test_mappings() and
7252                          * pmap_ts_referenced().
7253                          */
7254                         if ((origpte & (PG_M | PG_RW)) == (PG_M | PG_RW))
7255                                 vm_page_dirty(om);
7256                         if ((origpte & PG_A) != 0) {
7257                                 pmap_invalidate_page(pmap, va);
7258                                 vm_page_aflag_set(om, PGA_REFERENCED);
7259                         }
7260                         CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_PHYS(&lock, opa);
7261                         pv = pmap_pvh_remove(&om->md, pmap, va);
7262                         KASSERT(pv != NULL,
7263                             ("pmap_enter: no PV entry for %#lx", va));
7264                         if ((newpte & PG_MANAGED) == 0)
7265                                 free_pv_entry(pmap, pv);
7266                         if ((om->a.flags & PGA_WRITEABLE) != 0 &&
7267                             TAILQ_EMPTY(&om->md.pv_list) &&
7268                             ((om->flags & PG_FICTITIOUS) != 0 ||
7269                             TAILQ_EMPTY(&pa_to_pvh(opa)->pv_list)))
7270                                 vm_page_aflag_clear(om, PGA_WRITEABLE);
7271                 } else {
7272                         /*
7273                          * Since this mapping is unmanaged, assume that PG_A
7274                          * is set.
7275                          */
7276                         pmap_invalidate_page(pmap, va);
7277                 }
7278                 origpte = 0;
7279         } else {
7280                 /*
7281                  * Increment the counters.
7282                  */
7283                 if ((newpte & PG_W) != 0)
7284                         pmap->pm_stats.wired_count++;
7285                 pmap_resident_count_adj(pmap, 1);
7286         }
7287
7288         /*
7289          * Enter on the PV list if part of our managed memory.
7290          */
7291         if ((newpte & PG_MANAGED) != 0) {
7292                 if (pv == NULL) {
7293                         pv = get_pv_entry(pmap, &lock);
7294                         pv->pv_va = va;
7295                 }
7296                 CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_PHYS(&lock, pa);
7297                 TAILQ_INSERT_TAIL(&m->md.pv_list, pv, pv_next);
7298                 m->md.pv_gen++;
7299                 if ((newpte & PG_RW) != 0)
7300                         vm_page_aflag_set(m, PGA_WRITEABLE);
7301         }
7302
7303         /*
7304          * Update the PTE.
7305          */
7306         if ((origpte & PG_V) != 0) {
7307 validate:
7308                 origpte = pte_load_store(pte, newpte);
7309                 KASSERT((origpte & PG_FRAME) == pa,
7310                     ("pmap_enter: unexpected pa update for %#lx", va));
7311                 if ((newpte & PG_M) == 0 && (origpte & (PG_M | PG_RW)) ==
7312                     (PG_M | PG_RW)) {
7313                         if ((origpte & PG_MANAGED) != 0)
7314                                 vm_page_dirty(m);
7315
7316                         /*
7317                          * Although the PTE may still have PG_RW set, TLB
7318                          * invalidation may nonetheless be required because
7319                          * the PTE no longer has PG_M set.
7320                          */
7321                 } else if ((origpte & PG_NX) != 0 || (newpte & PG_NX) == 0) {
7322                         /*
7323                          * This PTE change does not require TLB invalidation.
7324                          */
7325                         goto unchanged;
7326                 }
7327                 if ((origpte & PG_A) != 0)
7328                         pmap_invalidate_page(pmap, va);
7329         } else
7330                 pte_store(pte, newpte);
7331
7332 unchanged:
7333
7334 #if VM_NRESERVLEVEL > 0
7335         /*
7336          * If both the page table page and the reservation are fully
7337          * populated, then attempt promotion.
7338          */
7339         if ((mpte == NULL || mpte->ref_count == NPTEPG) &&
7340             pmap_ps_enabled(pmap) &&
7341             (m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0 &&
7342             vm_reserv_level_iffullpop(m) == 0)
7343                 pmap_promote_pde(pmap, pde, va, mpte, &lock);
7344 #endif
7345
7346         rv = KERN_SUCCESS;
7347 out:
7348         if (lock != NULL)
7349                 rw_wunlock(lock);
7350         PMAP_UNLOCK(pmap);
7351         return (rv);
7352 }
7353
7354 /*
7355  * Tries to create a read- and/or execute-only 2MB page mapping.  Returns
7356  * KERN_SUCCESS if the mapping was created.  Otherwise, returns an error
7357  * value.  See pmap_enter_pde() for the possible error values when "no sleep",
7358  * "no replace", and "no reclaim" are specified.
7359  */
7360 static int
7361 pmap_enter_2mpage(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m, vm_prot_t prot,
7362     struct rwlock **lockp)
7363 {
7364         pd_entry_t newpde;
7365         pt_entry_t PG_V;
7366
7367         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
7368         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
7369         newpde = VM_PAGE_TO_PHYS(m) | pmap_cache_bits(pmap, m->md.pat_mode, 1) |
7370             PG_PS | PG_V;
7371         if ((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0)
7372                 newpde |= PG_MANAGED;
7373         if ((prot & VM_PROT_EXECUTE) == 0)
7374                 newpde |= pg_nx;
7375         if (va < VM_MAXUSER_ADDRESS)
7376                 newpde |= PG_U;
7377         return (pmap_enter_pde(pmap, va, newpde, PMAP_ENTER_NOSLEEP |
7378             PMAP_ENTER_NOREPLACE | PMAP_ENTER_NORECLAIM, NULL, lockp));
7379 }
7380
7381 /*
7382  * Returns true if every page table entry in the specified page table page is
7383  * zero.
7384  */
7385 static bool
7386 pmap_every_pte_zero(vm_paddr_t pa)
7387 {
7388         pt_entry_t *pt_end, *pte;
7389
7390         KASSERT((pa & PAGE_MASK) == 0, ("pa is misaligned"));
7391         pte = (pt_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(pa);
7392         for (pt_end = pte + NPTEPG; pte < pt_end; pte++) {
7393                 if (*pte != 0)
7394                         return (false);
7395         }
7396         return (true);
7397 }
7398
7399 /*
7400  * Tries to create the specified 2MB page mapping.  Returns KERN_SUCCESS if
7401  * the mapping was created, and one of KERN_FAILURE, KERN_NO_SPACE,
7402  * KERN_PROTECTION_FAILURE, or KERN_RESOURCE_SHORTAGE otherwise.  Returns
7403  * KERN_FAILURE if either (1) PMAP_ENTER_NOREPLACE was specified and a 4KB
7404  * page mapping already exists within the 2MB virtual address range starting
7405  * at the specified virtual address or (2) the requested 2MB page mapping is
7406  * not supported due to hardware errata.  Returns KERN_NO_SPACE if
7407  * PMAP_ENTER_NOREPLACE was specified and a 2MB page mapping already exists at
7408  * the specified virtual address.  Returns KERN_PROTECTION_FAILURE if the PKRU
7409  * settings are not the same across the 2MB virtual address range starting at
7410  * the specified virtual address.  Returns KERN_RESOURCE_SHORTAGE if either
7411  * (1) PMAP_ENTER_NOSLEEP was specified and a page table page allocation
7412  * failed or (2) PMAP_ENTER_NORECLAIM was specified and a PV entry allocation
7413  * failed.
7414  *
7415  * The parameter "m" is only used when creating a managed, writeable mapping.
7416  */
7417 static int
7418 pmap_enter_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t newpde, u_int flags,
7419     vm_page_t m, struct rwlock **lockp)
7420 {
7421         struct spglist free;
7422         pd_entry_t oldpde, *pde;
7423         pt_entry_t PG_G, PG_RW, PG_V;
7424         vm_page_t mt, pdpg;
7425
7426         KASSERT(pmap == kernel_pmap || (newpde & PG_W) == 0,
7427             ("pmap_enter_pde: cannot create wired user mapping"));
7428         PG_G = pmap_global_bit(pmap);
7429         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
7430         KASSERT((newpde & (pmap_modified_bit(pmap) | PG_RW)) != PG_RW,
7431             ("pmap_enter_pde: newpde is missing PG_M"));
7432         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
7433         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
7434
7435         if (!pmap_allow_2m_x_page(pmap, pmap_pde_ept_executable(pmap,
7436             newpde))) {
7437                 CTR2(KTR_PMAP, "pmap_enter_pde: 2m x blocked for va %#lx"
7438                     " in pmap %p", va, pmap);
7439                 return (KERN_FAILURE);
7440         }
7441         if ((pde = pmap_alloc_pde(pmap, va, &pdpg, (flags &
7442             PMAP_ENTER_NOSLEEP) != 0 ? NULL : lockp)) == NULL) {
7443                 CTR2(KTR_PMAP, "pmap_enter_pde: failure for va %#lx"
7444                     " in pmap %p", va, pmap);
7445                 return (KERN_RESOURCE_SHORTAGE);
7446         }
7447
7448         /*
7449          * If pkru is not same for the whole pde range, return failure
7450          * and let vm_fault() cope.  Check after pde allocation, since
7451          * it could sleep.
7452          */
7453         if (!pmap_pkru_same(pmap, va, va + NBPDR)) {
7454                 pmap_abort_ptp(pmap, va, pdpg);
7455                 return (KERN_PROTECTION_FAILURE);
7456         }
7457         if (va < VM_MAXUSER_ADDRESS && pmap->pm_type == PT_X86) {
7458                 newpde &= ~X86_PG_PKU_MASK;
7459                 newpde |= pmap_pkru_get(pmap, va);
7460         }
7461
7462         /*
7463          * If there are existing mappings, either abort or remove them.
7464          */
7465         oldpde = *pde;
7466         if ((oldpde & PG_V) != 0) {
7467                 KASSERT(pdpg == NULL || pdpg->ref_count > 1,
7468                     ("pmap_enter_pde: pdpg's reference count is too low"));
7469                 if ((flags & PMAP_ENTER_NOREPLACE) != 0) {
7470                         if ((oldpde & PG_PS) != 0) {
7471                                 if (pdpg != NULL)
7472                                         pdpg->ref_count--;
7473                                 CTR2(KTR_PMAP,
7474                                     "pmap_enter_pde: no space for va %#lx"
7475                                     " in pmap %p", va, pmap);
7476                                 return (KERN_NO_SPACE);
7477                         } else if (va < VM_MAXUSER_ADDRESS ||
7478                             !pmap_every_pte_zero(oldpde & PG_FRAME)) {
7479                                 if (pdpg != NULL)
7480                                         pdpg->ref_count--;
7481                                 CTR2(KTR_PMAP,
7482                                     "pmap_enter_pde: failure for va %#lx"
7483                                     " in pmap %p", va, pmap);
7484                                 return (KERN_FAILURE);
7485                         }
7486                 }
7487                 /* Break the existing mapping(s). */
7488                 SLIST_INIT(&free);
7489                 if ((oldpde & PG_PS) != 0) {
7490                         /*
7491                          * The reference to the PD page that was acquired by
7492                          * pmap_alloc_pde() ensures that it won't be freed.
7493                          * However, if the PDE resulted from a promotion, then
7494                          * a reserved PT page could be freed.
7495                          */
7496                         (void)pmap_remove_pde(pmap, pde, va, &free, lockp);
7497                         if ((oldpde & PG_G) == 0)
7498                                 pmap_invalidate_pde_page(pmap, va, oldpde);
7499                 } else {
7500                         pmap_delayed_invl_start();
7501                         if (pmap_remove_ptes(pmap, va, va + NBPDR, pde, &free,
7502                             lockp))
7503                                pmap_invalidate_all(pmap);
7504                         pmap_delayed_invl_finish();
7505                 }
7506                 if (va < VM_MAXUSER_ADDRESS) {
7507                         vm_page_free_pages_toq(&free, true);
7508                         KASSERT(*pde == 0, ("pmap_enter_pde: non-zero pde %p",
7509                             pde));
7510                 } else {
7511                         KASSERT(SLIST_EMPTY(&free),
7512                             ("pmap_enter_pde: freed kernel page table page"));
7513
7514                         /*
7515                          * Both pmap_remove_pde() and pmap_remove_ptes() will
7516                          * leave the kernel page table page zero filled.
7517                          */
7518                         mt = PHYS_TO_VM_PAGE(*pde & PG_FRAME);
7519                         if (pmap_insert_pt_page(pmap, mt, false))
7520                                 panic("pmap_enter_pde: trie insert failed");
7521                 }
7522         }
7523
7524         if ((newpde & PG_MANAGED) != 0) {
7525                 /*
7526                  * Abort this mapping if its PV entry could not be created.
7527                  */
7528                 if (!pmap_pv_insert_pde(pmap, va, newpde, flags, lockp)) {
7529                         if (pdpg != NULL)
7530                                 pmap_abort_ptp(pmap, va, pdpg);
7531                         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_enter_pde: failure for va %#lx"
7532                             " in pmap %p", va, pmap);
7533                         return (KERN_RESOURCE_SHORTAGE);
7534                 }
7535                 if ((newpde & PG_RW) != 0) {
7536                         for (mt = m; mt < &m[NBPDR / PAGE_SIZE]; mt++)
7537                                 vm_page_aflag_set(mt, PGA_WRITEABLE);
7538                 }
7539         }
7540
7541         /*
7542          * Increment counters.
7543          */
7544         if ((newpde & PG_W) != 0)
7545                 pmap->pm_stats.wired_count += NBPDR / PAGE_SIZE;
7546         pmap_resident_count_adj(pmap, NBPDR / PAGE_SIZE);
7547
7548         /*
7549          * Map the superpage.  (This is not a promoted mapping; there will not
7550          * be any lingering 4KB page mappings in the TLB.)
7551          */
7552         pde_store(pde, newpde);
7553
7554         counter_u64_add(pmap_pde_mappings, 1);
7555         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_enter_pde: success for va %#lx in pmap %p",
7556             va, pmap);
7557         return (KERN_SUCCESS);
7558 }
7559
7560 /*
7561  * Maps a sequence of resident pages belonging to the same object.
7562  * The sequence begins with the given page m_start.  This page is
7563  * mapped at the given virtual address start.  Each subsequent page is
7564  * mapped at a virtual address that is offset from start by the same
7565  * amount as the page is offset from m_start within the object.  The
7566  * last page in the sequence is the page with the largest offset from
7567  * m_start that can be mapped at a virtual address less than the given
7568  * virtual address end.  Not every virtual page between start and end
7569  * is mapped; only those for which a resident page exists with the
7570  * corresponding offset from m_start are mapped.
7571  */
7572 void
7573 pmap_enter_object(pmap_t pmap, vm_offset_t start, vm_offset_t end,
7574     vm_page_t m_start, vm_prot_t prot)
7575 {
7576         struct rwlock *lock;
7577         vm_offset_t va;
7578         vm_page_t m, mpte;
7579         vm_pindex_t diff, psize;
7580         int rv;
7581
7582         VM_OBJECT_ASSERT_LOCKED(m_start->object);
7583
7584         psize = atop(end - start);
7585         mpte = NULL;
7586         m = m_start;
7587         lock = NULL;
7588         PMAP_LOCK(pmap);
7589         while (m != NULL && (diff = m->pindex - m_start->pindex) < psize) {
7590                 va = start + ptoa(diff);
7591                 if ((va & PDRMASK) == 0 && va + NBPDR <= end &&
7592                     m->psind == 1 && pmap_ps_enabled(pmap) &&
7593                     ((rv = pmap_enter_2mpage(pmap, va, m, prot, &lock)) ==
7594                     KERN_SUCCESS || rv == KERN_NO_SPACE))
7595                         m = &m[NBPDR / PAGE_SIZE - 1];
7596                 else
7597                         mpte = pmap_enter_quick_locked(pmap, va, m, prot,
7598                             mpte, &lock);
7599                 m = TAILQ_NEXT(m, listq);
7600         }
7601         if (lock != NULL)
7602                 rw_wunlock(lock);
7603         PMAP_UNLOCK(pmap);
7604 }
7605
7606 /*
7607  * this code makes some *MAJOR* assumptions:
7608  * 1. Current pmap & pmap exists.
7609  * 2. Not wired.
7610  * 3. Read access.
7611  * 4. No page table pages.
7612  * but is *MUCH* faster than pmap_enter...
7613  */
7614
7615 void
7616 pmap_enter_quick(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m, vm_prot_t prot)
7617 {
7618         struct rwlock *lock;
7619
7620         lock = NULL;
7621         PMAP_LOCK(pmap);
7622         (void)pmap_enter_quick_locked(pmap, va, m, prot, NULL, &lock);
7623         if (lock != NULL)
7624                 rw_wunlock(lock);
7625         PMAP_UNLOCK(pmap);
7626 }
7627
7628 static vm_page_t
7629 pmap_enter_quick_locked(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m,
7630     vm_prot_t prot, vm_page_t mpte, struct rwlock **lockp)
7631 {
7632         pt_entry_t newpte, *pte, PG_V;
7633
7634         KASSERT(!VA_IS_CLEANMAP(va) ||
7635             (m->oflags & VPO_UNMANAGED) != 0,
7636             ("pmap_enter_quick_locked: managed mapping within the clean submap"));
7637         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
7638         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
7639
7640         /*
7641          * In the case that a page table page is not
7642          * resident, we are creating it here.
7643          */
7644         if (va < VM_MAXUSER_ADDRESS) {
7645                 pdp_entry_t *pdpe;
7646                 pd_entry_t *pde;
7647                 vm_pindex_t ptepindex;
7648
7649                 /*
7650                  * Calculate pagetable page index
7651                  */
7652                 ptepindex = pmap_pde_pindex(va);
7653                 if (mpte && (mpte->pindex == ptepindex)) {
7654                         mpte->ref_count++;
7655                 } else {
7656                         /*
7657                          * If the page table page is mapped, we just increment
7658                          * the hold count, and activate it.  Otherwise, we
7659                          * attempt to allocate a page table page, passing NULL
7660                          * instead of the PV list lock pointer because we don't
7661                          * intend to sleep.  If this attempt fails, we don't
7662                          * retry.  Instead, we give up.
7663                          */
7664                         pdpe = pmap_pdpe(pmap, va);
7665                         if (pdpe != NULL && (*pdpe & PG_V) != 0) {
7666                                 if ((*pdpe & PG_PS) != 0)
7667                                         return (NULL);
7668                                 pde = pmap_pdpe_to_pde(pdpe, va);
7669                                 if ((*pde & PG_V) != 0) {
7670                                         if ((*pde & PG_PS) != 0)
7671                                                 return (NULL);
7672                                         mpte = PHYS_TO_VM_PAGE(*pde & PG_FRAME);
7673                                         mpte->ref_count++;
7674                                 } else {
7675                                         mpte = pmap_allocpte_alloc(pmap,
7676                                             ptepindex, NULL, va);
7677                                         if (mpte == NULL)
7678                                                 return (NULL);
7679                                 }
7680                         } else {
7681                                 mpte = pmap_allocpte_alloc(pmap, ptepindex,
7682                                     NULL, va);
7683                                 if (mpte == NULL)
7684                                         return (NULL);
7685                         }
7686                 }
7687                 pte = (pt_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(mpte));
7688                 pte = &pte[pmap_pte_index(va)];
7689         } else {
7690                 mpte = NULL;
7691                 pte = vtopte(va);
7692         }
7693         if (*pte) {
7694                 if (mpte != NULL)
7695                         mpte->ref_count--;
7696                 return (NULL);
7697         }
7698
7699         /*
7700          * Enter on the PV list if part of our managed memory.
7701          */
7702         if ((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0 &&
7703             !pmap_try_insert_pv_entry(pmap, va, m, lockp)) {
7704                 if (mpte != NULL)
7705                         pmap_abort_ptp(pmap, va, mpte);
7706                 return (NULL);
7707         }
7708
7709         /*
7710          * Increment counters
7711          */
7712         pmap_resident_count_adj(pmap, 1);
7713
7714         newpte = VM_PAGE_TO_PHYS(m) | PG_V |
7715             pmap_cache_bits(pmap, m->md.pat_mode, 0);
7716         if ((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0)
7717                 newpte |= PG_MANAGED;
7718         if ((prot & VM_PROT_EXECUTE) == 0)
7719                 newpte |= pg_nx;
7720         if (va < VM_MAXUSER_ADDRESS)
7721                 newpte |= PG_U | pmap_pkru_get(pmap, va);
7722         pte_store(pte, newpte);
7723         return (mpte);
7724 }
7725
7726 /*
7727  * Make a temporary mapping for a physical address.  This is only intended
7728  * to be used for panic dumps.
7729  */
7730 void *
7731 pmap_kenter_temporary(vm_paddr_t pa, int i)
7732 {
7733         vm_offset_t va;
7734
7735         va = (vm_offset_t)crashdumpmap + (i * PAGE_SIZE);
7736         pmap_kenter(va, pa);
7737         pmap_invlpg(kernel_pmap, va);
7738         return ((void *)crashdumpmap);
7739 }
7740
7741 /*
7742  * This code maps large physical mmap regions into the
7743  * processor address space.  Note that some shortcuts
7744  * are taken, but the code works.
7745  */
7746 void
7747 pmap_object_init_pt(pmap_t pmap, vm_offset_t addr, vm_object_t object,
7748     vm_pindex_t pindex, vm_size_t size)
7749 {
7750         pd_entry_t *pde;
7751         pt_entry_t PG_A, PG_M, PG_RW, PG_V;
7752         vm_paddr_t pa, ptepa;
7753         vm_page_t p, pdpg;
7754         int pat_mode;
7755
7756         PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
7757         PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
7758         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
7759         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
7760
7761         VM_OBJECT_ASSERT_WLOCKED(object);
7762         KASSERT(object->type == OBJT_DEVICE || object->type == OBJT_SG,
7763             ("pmap_object_init_pt: non-device object"));
7764         if ((addr & (NBPDR - 1)) == 0 && (size & (NBPDR - 1)) == 0) {
7765                 if (!pmap_ps_enabled(pmap))
7766                         return;
7767                 if (!vm_object_populate(object, pindex, pindex + atop(size)))
7768                         return;
7769                 p = vm_page_lookup(object, pindex);
7770                 KASSERT(vm_page_all_valid(p),
7771                     ("pmap_object_init_pt: invalid page %p", p));
7772                 pat_mode = p->md.pat_mode;
7773
7774                 /*
7775                  * Abort the mapping if the first page is not physically
7776                  * aligned to a 2MB page boundary.
7777                  */
7778                 ptepa = VM_PAGE_TO_PHYS(p);
7779                 if (ptepa & (NBPDR - 1))
7780                         return;
7781
7782                 /*
7783                  * Skip the first page.  Abort the mapping if the rest of
7784                  * the pages are not physically contiguous or have differing
7785                  * memory attributes.
7786                  */
7787                 p = TAILQ_NEXT(p, listq);
7788                 for (pa = ptepa + PAGE_SIZE; pa < ptepa + size;
7789                     pa += PAGE_SIZE) {
7790                         KASSERT(vm_page_all_valid(p),
7791                             ("pmap_object_init_pt: invalid page %p", p));
7792                         if (pa != VM_PAGE_TO_PHYS(p) ||
7793                             pat_mode != p->md.pat_mode)
7794                                 return;
7795                         p = TAILQ_NEXT(p, listq);
7796                 }
7797
7798                 /*
7799                  * Map using 2MB pages.  Since "ptepa" is 2M aligned and
7800                  * "size" is a multiple of 2M, adding the PAT setting to "pa"
7801                  * will not affect the termination of this loop.
7802                  */ 
7803                 PMAP_LOCK(pmap);
7804                 for (pa = ptepa | pmap_cache_bits(pmap, pat_mode, 1);
7805                     pa < ptepa + size; pa += NBPDR) {
7806                         pde = pmap_alloc_pde(pmap, addr, &pdpg, NULL);
7807                         if (pde == NULL) {
7808                                 /*
7809                                  * The creation of mappings below is only an
7810                                  * optimization.  If a page directory page
7811                                  * cannot be allocated without blocking,
7812                                  * continue on to the next mapping rather than
7813                                  * blocking.
7814                                  */
7815                                 addr += NBPDR;
7816                                 continue;
7817                         }
7818                         if ((*pde & PG_V) == 0) {
7819                                 pde_store(pde, pa | PG_PS | PG_M | PG_A |
7820                                     PG_U | PG_RW | PG_V);
7821                                 pmap_resident_count_adj(pmap, NBPDR / PAGE_SIZE);
7822                                 counter_u64_add(pmap_pde_mappings, 1);
7823                         } else {
7824                                 /* Continue on if the PDE is already valid. */
7825                                 pdpg->ref_count--;
7826                                 KASSERT(pdpg->ref_count > 0,
7827                                     ("pmap_object_init_pt: missing reference "
7828                                     "to page directory page, va: 0x%lx", addr));
7829                         }
7830                         addr += NBPDR;
7831                 }
7832                 PMAP_UNLOCK(pmap);
7833         }
7834 }
7835
7836 /*
7837  *      Clear the wired attribute from the mappings for the specified range of
7838  *      addresses in the given pmap.  Every valid mapping within that range
7839  *      must have the wired attribute set.  In contrast, invalid mappings
7840  *      cannot have the wired attribute set, so they are ignored.
7841  *
7842  *      The wired attribute of the page table entry is not a hardware
7843  *      feature, so there is no need to invalidate any TLB entries.
7844  *      Since pmap_demote_pde() for the wired entry must never fail,
7845  *      pmap_delayed_invl_start()/finish() calls around the
7846  *      function are not needed.
7847  */
7848 void
7849 pmap_unwire(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
7850 {
7851         vm_offset_t va_next;
7852         pml4_entry_t *pml4e;
7853         pdp_entry_t *pdpe;
7854         pd_entry_t *pde;
7855         pt_entry_t *pte, PG_V, PG_G __diagused;
7856
7857         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
7858         PG_G = pmap_global_bit(pmap);
7859         PMAP_LOCK(pmap);
7860         for (; sva < eva; sva = va_next) {
7861                 pml4e = pmap_pml4e(pmap, sva);
7862                 if (pml4e == NULL || (*pml4e & PG_V) == 0) {
7863                         va_next = (sva + NBPML4) & ~PML4MASK;
7864                         if (va_next < sva)
7865                                 va_next = eva;
7866                         continue;
7867                 }
7868
7869                 va_next = (sva + NBPDP) & ~PDPMASK;
7870                 if (va_next < sva)
7871                         va_next = eva;
7872                 pdpe = pmap_pml4e_to_pdpe(pml4e, sva);
7873                 if ((*pdpe & PG_V) == 0)
7874                         continue;
7875                 if ((*pdpe & PG_PS) != 0) {
7876                         KASSERT(va_next <= eva,
7877                             ("partial update of non-transparent 1G mapping "
7878                             "pdpe %#lx sva %#lx eva %#lx va_next %#lx",
7879                             *pdpe, sva, eva, va_next));
7880                         MPASS(pmap != kernel_pmap); /* XXXKIB */
7881                         MPASS((*pdpe & (PG_MANAGED | PG_G)) == 0);
7882                         atomic_clear_long(pdpe, PG_W);
7883                         pmap->pm_stats.wired_count -= NBPDP / PAGE_SIZE;
7884                         continue;
7885                 }
7886
7887                 va_next = (sva + NBPDR) & ~PDRMASK;
7888                 if (va_next < sva)
7889                         va_next = eva;
7890                 pde = pmap_pdpe_to_pde(pdpe, sva);
7891                 if ((*pde & PG_V) == 0)
7892                         continue;
7893                 if ((*pde & PG_PS) != 0) {
7894                         if ((*pde & PG_W) == 0)
7895                                 panic("pmap_unwire: pde %#jx is missing PG_W",
7896                                     (uintmax_t)*pde);
7897
7898                         /*
7899                          * Are we unwiring the entire large page?  If not,
7900                          * demote the mapping and fall through.
7901                          */
7902                         if (sva + NBPDR == va_next && eva >= va_next) {
7903                                 atomic_clear_long(pde, PG_W);
7904                                 pmap->pm_stats.wired_count -= NBPDR /
7905                                     PAGE_SIZE;
7906                                 continue;
7907                         } else if (!pmap_demote_pde(pmap, pde, sva))
7908                                 panic("pmap_unwire: demotion failed");
7909                 }
7910                 if (va_next > eva)
7911                         va_next = eva;
7912                 for (pte = pmap_pde_to_pte(pde, sva); sva != va_next; pte++,
7913                     sva += PAGE_SIZE) {
7914                         if ((*pte & PG_V) == 0)
7915                                 continue;
7916                         if ((*pte & PG_W) == 0)
7917                                 panic("pmap_unwire: pte %#jx is missing PG_W",
7918                                     (uintmax_t)*pte);
7919
7920                         /*
7921                          * PG_W must be cleared atomically.  Although the pmap
7922                          * lock synchronizes access to PG_W, another processor
7923                          * could be setting PG_M and/or PG_A concurrently.
7924                          */
7925                         atomic_clear_long(pte, PG_W);
7926                         pmap->pm_stats.wired_count--;
7927                 }
7928         }
7929         PMAP_UNLOCK(pmap);
7930 }
7931
7932 /*
7933  *      Copy the range specified by src_addr/len
7934  *      from the source map to the range dst_addr/len
7935  *      in the destination map.
7936  *
7937  *      This routine is only advisory and need not do anything.
7938  */
7939 void
7940 pmap_copy(pmap_t dst_pmap, pmap_t src_pmap, vm_offset_t dst_addr, vm_size_t len,
7941     vm_offset_t src_addr)
7942 {
7943         struct rwlock *lock;
7944         pml4_entry_t *pml4e;
7945         pdp_entry_t *pdpe;
7946         pd_entry_t *pde, srcptepaddr;
7947         pt_entry_t *dst_pte, PG_A, PG_M, PG_V, ptetemp, *src_pte;
7948         vm_offset_t addr, end_addr, va_next;
7949         vm_page_t dst_pdpg, dstmpte, srcmpte;
7950
7951         if (dst_addr != src_addr)
7952                 return;
7953
7954         if (dst_pmap->pm_type != src_pmap->pm_type)
7955                 return;
7956
7957         /*
7958          * EPT page table entries that require emulation of A/D bits are
7959          * sensitive to clearing the PG_A bit (aka EPT_PG_READ). Although
7960          * we clear PG_M (aka EPT_PG_WRITE) concomitantly, the PG_U bit
7961          * (aka EPT_PG_EXECUTE) could still be set. Since some EPT
7962          * implementations flag an EPT misconfiguration for exec-only
7963          * mappings we skip this function entirely for emulated pmaps.
7964          */
7965         if (pmap_emulate_ad_bits(dst_pmap))
7966                 return;
7967
7968         end_addr = src_addr + len;
7969         lock = NULL;
7970         if (dst_pmap < src_pmap) {
7971                 PMAP_LOCK(dst_pmap);
7972                 PMAP_LOCK(src_pmap);
7973         } else {
7974                 PMAP_LOCK(src_pmap);
7975                 PMAP_LOCK(dst_pmap);
7976         }
7977
7978         PG_A = pmap_accessed_bit(dst_pmap);
7979         PG_M = pmap_modified_bit(dst_pmap);
7980         PG_V = pmap_valid_bit(dst_pmap);
7981
7982         for (addr = src_addr; addr < end_addr; addr = va_next) {
7983                 KASSERT(addr < UPT_MIN_ADDRESS,
7984                     ("pmap_copy: invalid to pmap_copy page tables"));
7985
7986                 pml4e = pmap_pml4e(src_pmap, addr);
7987                 if (pml4e == NULL || (*pml4e & PG_V) == 0) {
7988                         va_next = (addr + NBPML4) & ~PML4MASK;
7989                         if (va_next < addr)
7990                                 va_next = end_addr;
7991                         continue;
7992                 }
7993
7994                 va_next = (addr + NBPDP) & ~PDPMASK;
7995                 if (va_next < addr)
7996                         va_next = end_addr;
7997                 pdpe = pmap_pml4e_to_pdpe(pml4e, addr);
7998                 if ((*pdpe & PG_V) == 0)
7999                         continue;
8000                 if ((*pdpe & PG_PS) != 0) {
8001                         KASSERT(va_next <= end_addr,
8002                             ("partial update of non-transparent 1G mapping "
8003                             "pdpe %#lx sva %#lx eva %#lx va_next %#lx",
8004                             *pdpe, addr, end_addr, va_next));
8005                         MPASS((addr & PDPMASK) == 0);
8006                         MPASS((*pdpe & PG_MANAGED) == 0);
8007                         srcptepaddr = *pdpe;
8008                         pdpe = pmap_pdpe(dst_pmap, addr);
8009                         if (pdpe == NULL) {
8010                                 if (pmap_allocpte_alloc(dst_pmap,
8011                                     pmap_pml4e_pindex(addr), NULL, addr) ==
8012                                     NULL)
8013                                         break;
8014                                 pdpe = pmap_pdpe(dst_pmap, addr);
8015                         } else {
8016                                 pml4e = pmap_pml4e(dst_pmap, addr);
8017                                 dst_pdpg = PHYS_TO_VM_PAGE(*pml4e & PG_FRAME);
8018                                 dst_pdpg->ref_count++;
8019                         }
8020                         KASSERT(*pdpe == 0,
8021                             ("1G mapping present in dst pmap "
8022                             "pdpe %#lx sva %#lx eva %#lx va_next %#lx",
8023                             *pdpe, addr, end_addr, va_next));
8024                         *pdpe = srcptepaddr & ~PG_W;
8025                         pmap_resident_count_adj(dst_pmap, NBPDP / PAGE_SIZE);
8026                         continue;
8027                 }
8028
8029                 va_next = (addr + NBPDR) & ~PDRMASK;
8030                 if (va_next < addr)
8031                         va_next = end_addr;
8032
8033                 pde = pmap_pdpe_to_pde(pdpe, addr);
8034                 srcptepaddr = *pde;
8035                 if (srcptepaddr == 0)
8036                         continue;
8037                         
8038                 if (srcptepaddr & PG_PS) {
8039                         /*
8040                          * We can only virtual copy whole superpages.
8041                          */
8042                         if ((addr & PDRMASK) != 0 || addr + NBPDR > end_addr)
8043                                 continue;
8044                         pde = pmap_alloc_pde(dst_pmap, addr, &dst_pdpg, NULL);
8045                         if (pde == NULL)
8046                                 break;
8047                         if (*pde == 0 && ((srcptepaddr & PG_MANAGED) == 0 ||
8048                             pmap_pv_insert_pde(dst_pmap, addr, srcptepaddr,
8049                             PMAP_ENTER_NORECLAIM, &lock))) {
8050                                 /*
8051                                  * We leave the dirty bit unchanged because
8052                                  * managed read/write superpage mappings are
8053                                  * required to be dirty.  However, managed
8054                                  * superpage mappings are not required to
8055                                  * have their accessed bit set, so we clear
8056                                  * it because we don't know if this mapping
8057                                  * will be used.
8058                                  */
8059                                 srcptepaddr &= ~PG_W;
8060                                 if ((srcptepaddr & PG_MANAGED) != 0)
8061                                         srcptepaddr &= ~PG_A;
8062                                 *pde = srcptepaddr;
8063                                 pmap_resident_count_adj(dst_pmap, NBPDR /
8064                                     PAGE_SIZE);
8065                                 counter_u64_add(pmap_pde_mappings, 1);
8066                         } else
8067                                 pmap_abort_ptp(dst_pmap, addr, dst_pdpg);
8068                         continue;
8069                 }
8070
8071                 srcptepaddr &= PG_FRAME;
8072                 srcmpte = PHYS_TO_VM_PAGE(srcptepaddr);
8073                 KASSERT(srcmpte->ref_count > 0,
8074                     ("pmap_copy: source page table page is unused"));
8075
8076                 if (va_next > end_addr)
8077                         va_next = end_addr;
8078
8079                 src_pte = (pt_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(srcptepaddr);
8080                 src_pte = &src_pte[pmap_pte_index(addr)];
8081                 dstmpte = NULL;
8082                 for (; addr < va_next; addr += PAGE_SIZE, src_pte++) {
8083                         ptetemp = *src_pte;
8084
8085                         /*
8086                          * We only virtual copy managed pages.
8087                          */
8088                         if ((ptetemp & PG_MANAGED) == 0)
8089                                 continue;
8090
8091                         if (dstmpte != NULL) {
8092                                 KASSERT(dstmpte->pindex ==
8093                                     pmap_pde_pindex(addr),
8094                                     ("dstmpte pindex/addr mismatch"));
8095                                 dstmpte->ref_count++;
8096                         } else if ((dstmpte = pmap_allocpte(dst_pmap, addr,
8097                             NULL)) == NULL)
8098                                 goto out;
8099                         dst_pte = (pt_entry_t *)
8100                             PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(dstmpte));
8101                         dst_pte = &dst_pte[pmap_pte_index(addr)];
8102                         if (*dst_pte == 0 &&
8103                             pmap_try_insert_pv_entry(dst_pmap, addr,
8104                             PHYS_TO_VM_PAGE(ptetemp & PG_FRAME), &lock)) {
8105                                 /*
8106                                  * Clear the wired, modified, and accessed
8107                                  * (referenced) bits during the copy.
8108                                  */
8109                                 *dst_pte = ptetemp & ~(PG_W | PG_M | PG_A);
8110                                 pmap_resident_count_adj(dst_pmap, 1);
8111                         } else {
8112                                 pmap_abort_ptp(dst_pmap, addr, dstmpte);
8113                                 goto out;
8114                         }
8115                         /* Have we copied all of the valid mappings? */ 
8116                         if (dstmpte->ref_count >= srcmpte->ref_count)
8117                                 break;
8118                 }
8119         }
8120 out:
8121         if (lock != NULL)
8122                 rw_wunlock(lock);
8123         PMAP_UNLOCK(src_pmap);
8124         PMAP_UNLOCK(dst_pmap);
8125 }
8126
8127 int
8128 pmap_vmspace_copy(pmap_t dst_pmap, pmap_t src_pmap)
8129 {
8130         int error;
8131
8132         if (dst_pmap->pm_type != src_pmap->pm_type ||
8133             dst_pmap->pm_type != PT_X86 ||
8134             (cpu_stdext_feature2 & CPUID_STDEXT2_PKU) == 0)
8135                 return (0);
8136         for (;;) {
8137                 if (dst_pmap < src_pmap) {
8138                         PMAP_LOCK(dst_pmap);
8139                         PMAP_LOCK(src_pmap);
8140                 } else {
8141                         PMAP_LOCK(src_pmap);
8142                         PMAP_LOCK(dst_pmap);
8143                 }
8144                 error = pmap_pkru_copy(dst_pmap, src_pmap);
8145                 /* Clean up partial copy on failure due to no memory. */
8146                 if (error == ENOMEM)
8147                         pmap_pkru_deassign_all(dst_pmap);
8148                 PMAP_UNLOCK(src_pmap);
8149                 PMAP_UNLOCK(dst_pmap);
8150                 if (error != ENOMEM)
8151                         break;
8152                 vm_wait(NULL);
8153         }
8154         return (error);
8155 }
8156
8157 /*
8158  * Zero the specified hardware page.
8159  */
8160 void
8161 pmap_zero_page(vm_page_t m)
8162 {
8163         vm_offset_t va;
8164
8165 #ifdef TSLOG_PAGEZERO
8166         TSENTER();
8167 #endif
8168         va = PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
8169         pagezero((void *)va);
8170 #ifdef TSLOG_PAGEZERO
8171         TSEXIT();
8172 #endif
8173 }
8174
8175 /*
8176  * Zero an area within a single hardware page.  off and size must not
8177  * cover an area beyond a single hardware page.
8178  */
8179 void
8180 pmap_zero_page_area(vm_page_t m, int off, int size)
8181 {
8182         vm_offset_t va = PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
8183
8184         if (off == 0 && size == PAGE_SIZE)
8185                 pagezero((void *)va);
8186         else
8187                 bzero((char *)va + off, size);
8188 }
8189
8190 /*
8191  * Copy 1 specified hardware page to another.
8192  */
8193 void
8194 pmap_copy_page(vm_page_t msrc, vm_page_t mdst)
8195 {
8196         vm_offset_t src = PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(msrc));
8197         vm_offset_t dst = PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(mdst));
8198
8199         pagecopy((void *)src, (void *)dst);
8200 }
8201
8202 int unmapped_buf_allowed = 1;
8203
8204 void
8205 pmap_copy_pages(vm_page_t ma[], vm_offset_t a_offset, vm_page_t mb[],
8206     vm_offset_t b_offset, int xfersize)
8207 {
8208         void *a_cp, *b_cp;
8209         vm_page_t pages[2];
8210         vm_offset_t vaddr[2], a_pg_offset, b_pg_offset;
8211         int cnt;
8212         boolean_t mapped;
8213
8214         while (xfersize > 0) {
8215                 a_pg_offset = a_offset & PAGE_MASK;
8216                 pages[0] = ma[a_offset >> PAGE_SHIFT];
8217                 b_pg_offset = b_offset & PAGE_MASK;
8218                 pages[1] = mb[b_offset >> PAGE_SHIFT];
8219                 cnt = min(xfersize, PAGE_SIZE - a_pg_offset);
8220                 cnt = min(cnt, PAGE_SIZE - b_pg_offset);
8221                 mapped = pmap_map_io_transient(pages, vaddr, 2, FALSE);
8222                 a_cp = (char *)vaddr[0] + a_pg_offset;
8223                 b_cp = (char *)vaddr[1] + b_pg_offset;
8224                 bcopy(a_cp, b_cp, cnt);
8225                 if (__predict_false(mapped))
8226                         pmap_unmap_io_transient(pages, vaddr, 2, FALSE);
8227                 a_offset += cnt;
8228                 b_offset += cnt;
8229                 xfersize -= cnt;
8230         }
8231 }
8232
8233 /*
8234  * Returns true if the pmap's pv is one of the first
8235  * 16 pvs linked to from this page.  This count may
8236  * be changed upwards or downwards in the future; it
8237  * is only necessary that true be returned for a small
8238  * subset of pmaps for proper page aging.
8239  */
8240 boolean_t
8241 pmap_page_exists_quick(pmap_t pmap, vm_page_t m)
8242 {
8243         struct md_page *pvh;
8244         struct rwlock *lock;
8245         pv_entry_t pv;
8246         int loops = 0;
8247         boolean_t rv;
8248
8249         KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
8250             ("pmap_page_exists_quick: page %p is not managed", m));
8251         rv = FALSE;
8252         lock = VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m);
8253         rw_rlock(lock);
8254         TAILQ_FOREACH(pv, &m->md.pv_list, pv_next) {
8255                 if (PV_PMAP(pv) == pmap) {
8256                         rv = TRUE;
8257                         break;
8258                 }
8259                 loops++;
8260                 if (loops >= 16)
8261                         break;
8262         }
8263         if (!rv && loops < 16 && (m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0) {
8264                 pvh = pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
8265                 TAILQ_FOREACH(pv, &pvh->pv_list, pv_next) {
8266                         if (PV_PMAP(pv) == pmap) {
8267                                 rv = TRUE;
8268                                 break;
8269                         }
8270                         loops++;
8271                         if (loops >= 16)
8272                                 break;
8273                 }
8274         }
8275         rw_runlock(lock);
8276         return (rv);
8277 }
8278
8279 /*
8280  *      pmap_page_wired_mappings:
8281  *
8282  *      Return the number of managed mappings to the given physical page
8283  *      that are wired.
8284  */
8285 int
8286 pmap_page_wired_mappings(vm_page_t m)
8287 {
8288         struct rwlock *lock;
8289         struct md_page *pvh;
8290         pmap_t pmap;
8291         pt_entry_t *pte;
8292         pv_entry_t pv;
8293         int count, md_gen, pvh_gen;
8294
8295         if ((m->oflags & VPO_UNMANAGED) != 0)
8296                 return (0);
8297         lock = VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m);
8298         rw_rlock(lock);
8299 restart:
8300         count = 0;
8301         TAILQ_FOREACH(pv, &m->md.pv_list, pv_next) {
8302                 pmap = PV_PMAP(pv);
8303                 if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
8304                         md_gen = m->md.pv_gen;
8305                         rw_runlock(lock);
8306                         PMAP_LOCK(pmap);
8307                         rw_rlock(lock);
8308                         if (md_gen != m->md.pv_gen) {
8309                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
8310                                 goto restart;
8311                         }
8312                 }
8313                 pte = pmap_pte(pmap, pv->pv_va);
8314                 if ((*pte & PG_W) != 0)
8315                         count++;
8316                 PMAP_UNLOCK(pmap);
8317         }
8318         if ((m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0) {
8319                 pvh = pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
8320                 TAILQ_FOREACH(pv, &pvh->pv_list, pv_next) {
8321                         pmap = PV_PMAP(pv);
8322                         if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
8323                                 md_gen = m->md.pv_gen;
8324                                 pvh_gen = pvh->pv_gen;
8325                                 rw_runlock(lock);
8326                                 PMAP_LOCK(pmap);
8327                                 rw_rlock(lock);
8328                                 if (md_gen != m->md.pv_gen ||
8329                                     pvh_gen != pvh->pv_gen) {
8330                                         PMAP_UNLOCK(pmap);
8331                                         goto restart;
8332                                 }
8333                         }
8334                         pte = pmap_pde(pmap, pv->pv_va);
8335                         if ((*pte & PG_W) != 0)
8336                                 count++;
8337                         PMAP_UNLOCK(pmap);
8338                 }
8339         }
8340         rw_runlock(lock);
8341         return (count);
8342 }
8343
8344 /*
8345  * Returns TRUE if the given page is mapped individually or as part of
8346  * a 2mpage.  Otherwise, returns FALSE.
8347  */
8348 boolean_t
8349 pmap_page_is_mapped(vm_page_t m)
8350 {
8351         struct rwlock *lock;
8352         boolean_t rv;
8353
8354         if ((m->oflags & VPO_UNMANAGED) != 0)
8355                 return (FALSE);
8356         lock = VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m);
8357         rw_rlock(lock);
8358         rv = !TAILQ_EMPTY(&m->md.pv_list) ||
8359             ((m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0 &&
8360             !TAILQ_EMPTY(&pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m))->pv_list));
8361         rw_runlock(lock);
8362         return (rv);
8363 }
8364
8365 /*
8366  * Destroy all managed, non-wired mappings in the given user-space
8367  * pmap.  This pmap cannot be active on any processor besides the
8368  * caller.
8369  *
8370  * This function cannot be applied to the kernel pmap.  Moreover, it
8371  * is not intended for general use.  It is only to be used during
8372  * process termination.  Consequently, it can be implemented in ways
8373  * that make it faster than pmap_remove().  First, it can more quickly
8374  * destroy mappings by iterating over the pmap's collection of PV
8375  * entries, rather than searching the page table.  Second, it doesn't
8376  * have to test and clear the page table entries atomically, because
8377  * no processor is currently accessing the user address space.  In
8378  * particular, a page table entry's dirty bit won't change state once
8379  * this function starts.
8380  *
8381  * Although this function destroys all of the pmap's managed,
8382  * non-wired mappings, it can delay and batch the invalidation of TLB
8383  * entries without calling pmap_delayed_invl_start() and
8384  * pmap_delayed_invl_finish().  Because the pmap is not active on
8385  * any other processor, none of these TLB entries will ever be used
8386  * before their eventual invalidation.  Consequently, there is no need
8387  * for either pmap_remove_all() or pmap_remove_write() to wait for
8388  * that eventual TLB invalidation.
8389  */
8390 void
8391 pmap_remove_pages(pmap_t pmap)
8392 {
8393         pd_entry_t ptepde;
8394         pt_entry_t *pte, tpte;
8395         pt_entry_t PG_M, PG_RW, PG_V;
8396         struct spglist free;
8397         struct pv_chunklist free_chunks[PMAP_MEMDOM];
8398         vm_page_t m, mpte, mt;
8399         pv_entry_t pv;
8400         struct md_page *pvh;
8401         struct pv_chunk *pc, *npc;
8402         struct rwlock *lock;
8403         int64_t bit;
8404         uint64_t inuse, bitmask;
8405         int allfree, field, i, idx;
8406 #ifdef PV_STATS
8407         int freed;
8408 #endif
8409         boolean_t superpage;
8410         vm_paddr_t pa;
8411
8412         /*
8413          * Assert that the given pmap is only active on the current
8414          * CPU.  Unfortunately, we cannot block another CPU from
8415          * activating the pmap while this function is executing.
8416          */
8417         KASSERT(pmap == PCPU_GET(curpmap), ("non-current pmap %p", pmap));
8418 #ifdef INVARIANTS
8419         {
8420                 cpuset_t other_cpus;
8421
8422                 other_cpus = all_cpus;
8423                 critical_enter();
8424                 CPU_CLR(PCPU_GET(cpuid), &other_cpus);
8425                 CPU_AND(&other_cpus, &other_cpus, &pmap->pm_active);
8426                 critical_exit();
8427                 KASSERT(CPU_EMPTY(&other_cpus), ("pmap active %p", pmap));
8428         }
8429 #endif
8430
8431         lock = NULL;
8432         PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
8433         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
8434         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
8435
8436         for (i = 0; i < PMAP_MEMDOM; i++)
8437                 TAILQ_INIT(&free_chunks[i]);
8438         SLIST_INIT(&free);
8439         PMAP_LOCK(pmap);
8440         TAILQ_FOREACH_SAFE(pc, &pmap->pm_pvchunk, pc_list, npc) {
8441                 allfree = 1;
8442 #ifdef PV_STATS
8443                 freed = 0;
8444 #endif
8445                 for (field = 0; field < _NPCM; field++) {
8446                         inuse = ~pc->pc_map[field] & pc_freemask[field];
8447                         while (inuse != 0) {
8448                                 bit = bsfq(inuse);
8449                                 bitmask = 1UL << bit;
8450                                 idx = field * 64 + bit;
8451                                 pv = &pc->pc_pventry[idx];
8452                                 inuse &= ~bitmask;
8453
8454                                 pte = pmap_pdpe(pmap, pv->pv_va);
8455                                 ptepde = *pte;
8456                                 pte = pmap_pdpe_to_pde(pte, pv->pv_va);
8457                                 tpte = *pte;
8458                                 if ((tpte & (PG_PS | PG_V)) == PG_V) {
8459                                         superpage = FALSE;
8460                                         ptepde = tpte;
8461                                         pte = (pt_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(tpte &
8462                                             PG_FRAME);
8463                                         pte = &pte[pmap_pte_index(pv->pv_va)];
8464                                         tpte = *pte;
8465                                 } else {
8466                                         /*
8467                                          * Keep track whether 'tpte' is a
8468                                          * superpage explicitly instead of
8469                                          * relying on PG_PS being set.
8470                                          *
8471                                          * This is because PG_PS is numerically
8472                                          * identical to PG_PTE_PAT and thus a
8473                                          * regular page could be mistaken for
8474                                          * a superpage.
8475                                          */
8476                                         superpage = TRUE;
8477                                 }
8478
8479                                 if ((tpte & PG_V) == 0) {
8480                                         panic("bad pte va %lx pte %lx",
8481                                             pv->pv_va, tpte);
8482                                 }
8483
8484 /*
8485  * We cannot remove wired pages from a process' mapping at this time
8486  */
8487                                 if (tpte & PG_W) {
8488                                         allfree = 0;
8489                                         continue;
8490                                 }
8491
8492                                 /* Mark free */
8493                                 pc->pc_map[field] |= bitmask;
8494
8495                                 /*
8496                                  * Because this pmap is not active on other
8497                                  * processors, the dirty bit cannot have
8498                                  * changed state since we last loaded pte.
8499                                  */
8500                                 pte_clear(pte);
8501
8502                                 if (superpage)
8503                                         pa = tpte & PG_PS_FRAME;
8504                                 else
8505                                         pa = tpte & PG_FRAME;
8506
8507                                 m = PHYS_TO_VM_PAGE(pa);
8508                                 KASSERT(m->phys_addr == pa,
8509                                     ("vm_page_t %p phys_addr mismatch %016jx %016jx",
8510                                     m, (uintmax_t)m->phys_addr,
8511                                     (uintmax_t)tpte));
8512
8513                                 KASSERT((m->flags & PG_FICTITIOUS) != 0 ||
8514                                     m < &vm_page_array[vm_page_array_size],
8515                                     ("pmap_remove_pages: bad tpte %#jx",
8516                                     (uintmax_t)tpte));
8517
8518                                 /*
8519                                  * Update the vm_page_t clean/reference bits.
8520                                  */
8521                                 if ((tpte & (PG_M | PG_RW)) == (PG_M | PG_RW)) {
8522                                         if (superpage) {
8523                                                 for (mt = m; mt < &m[NBPDR / PAGE_SIZE]; mt++)
8524                                                         vm_page_dirty(mt);
8525                                         } else
8526                                                 vm_page_dirty(m);
8527                                 }
8528
8529                                 CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_VM_PAGE(&lock, m);
8530
8531                                 if (superpage) {
8532                                         pmap_resident_count_adj(pmap, -NBPDR / PAGE_SIZE);
8533                                         pvh = pa_to_pvh(tpte & PG_PS_FRAME);
8534                                         TAILQ_REMOVE(&pvh->pv_list, pv, pv_next);
8535                                         pvh->pv_gen++;
8536                                         if (TAILQ_EMPTY(&pvh->pv_list)) {
8537                                                 for (mt = m; mt < &m[NBPDR / PAGE_SIZE]; mt++)
8538                                                         if ((mt->a.flags & PGA_WRITEABLE) != 0 &&
8539                                                             TAILQ_EMPTY(&mt->md.pv_list))
8540                                                                 vm_page_aflag_clear(mt, PGA_WRITEABLE);
8541                                         }
8542                                         mpte = pmap_remove_pt_page(pmap, pv->pv_va);
8543                                         if (mpte != NULL) {
8544                                                 KASSERT(vm_page_all_valid(mpte),
8545                                                     ("pmap_remove_pages: pte page not promoted"));
8546                                                 pmap_pt_page_count_adj(pmap, -1);
8547                                                 KASSERT(mpte->ref_count == NPTEPG,
8548                                                     ("pmap_remove_pages: pte page reference count error"));
8549                                                 mpte->ref_count = 0;
8550                                                 pmap_add_delayed_free_list(mpte, &free, FALSE);
8551                                         }
8552                                 } else {
8553                                         pmap_resident_count_adj(pmap, -1);
8554                                         TAILQ_REMOVE(&m->md.pv_list, pv, pv_next);
8555                                         m->md.pv_gen++;
8556                                         if ((m->a.flags & PGA_WRITEABLE) != 0 &&
8557                                             TAILQ_EMPTY(&m->md.pv_list) &&
8558                                             (m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0) {
8559                                                 pvh = pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
8560                                                 if (TAILQ_EMPTY(&pvh->pv_list))
8561                                                         vm_page_aflag_clear(m, PGA_WRITEABLE);
8562                                         }
8563                                 }
8564                                 pmap_unuse_pt(pmap, pv->pv_va, ptepde, &free);
8565 #ifdef PV_STATS
8566                                 freed++;
8567 #endif
8568                         }
8569                 }
8570                 PV_STAT(counter_u64_add(pv_entry_frees, freed));
8571                 PV_STAT(counter_u64_add(pv_entry_spare, freed));
8572                 PV_STAT(counter_u64_add(pv_entry_count, -freed));
8573                 if (allfree) {
8574                         TAILQ_REMOVE(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
8575                         TAILQ_INSERT_TAIL(&free_chunks[pc_to_domain(pc)], pc, pc_list);
8576                 }
8577         }
8578         if (lock != NULL)
8579                 rw_wunlock(lock);
8580         pmap_invalidate_all(pmap);
8581         pmap_pkru_deassign_all(pmap);
8582         free_pv_chunk_batch((struct pv_chunklist *)&free_chunks);
8583         PMAP_UNLOCK(pmap);
8584         vm_page_free_pages_toq(&free, true);
8585 }
8586
8587 static boolean_t
8588 pmap_page_test_mappings(vm_page_t m, boolean_t accessed, boolean_t modified)
8589 {
8590         struct rwlock *lock;
8591         pv_entry_t pv;
8592         struct md_page *pvh;
8593         pt_entry_t *pte, mask;
8594         pt_entry_t PG_A, PG_M, PG_RW, PG_V;
8595         pmap_t pmap;
8596         int md_gen, pvh_gen;
8597         boolean_t rv;
8598
8599         rv = FALSE;
8600         lock = VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m);
8601         rw_rlock(lock);
8602 restart:
8603         TAILQ_FOREACH(pv, &m->md.pv_list, pv_next) {
8604                 pmap = PV_PMAP(pv);
8605                 if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
8606                         md_gen = m->md.pv_gen;
8607                         rw_runlock(lock);
8608                         PMAP_LOCK(pmap);
8609                         rw_rlock(lock);
8610                         if (md_gen != m->md.pv_gen) {
8611                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
8612                                 goto restart;
8613                         }
8614                 }
8615                 pte = pmap_pte(pmap, pv->pv_va);
8616                 mask = 0;
8617                 if (modified) {
8618                         PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
8619                         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
8620                         mask |= PG_RW | PG_M;
8621                 }
8622                 if (accessed) {
8623                         PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
8624                         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
8625                         mask |= PG_V | PG_A;
8626                 }
8627                 rv = (*pte & mask) == mask;
8628                 PMAP_UNLOCK(pmap);
8629                 if (rv)
8630                         goto out;
8631         }
8632         if ((m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0) {
8633                 pvh = pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
8634                 TAILQ_FOREACH(pv, &pvh->pv_list, pv_next) {
8635                         pmap = PV_PMAP(pv);
8636                         if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
8637                                 md_gen = m->md.pv_gen;
8638                                 pvh_gen = pvh->pv_gen;
8639                                 rw_runlock(lock);
8640                                 PMAP_LOCK(pmap);
8641                                 rw_rlock(lock);
8642                                 if (md_gen != m->md.pv_gen ||
8643                                     pvh_gen != pvh->pv_gen) {
8644                                         PMAP_UNLOCK(pmap);
8645                                         goto restart;
8646                                 }
8647                         }
8648                         pte = pmap_pde(pmap, pv->pv_va);
8649                         mask = 0;
8650                         if (modified) {
8651                                 PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
8652                                 PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
8653                                 mask |= PG_RW | PG_M;
8654                         }
8655                         if (accessed) {
8656                                 PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
8657                                 PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
8658                                 mask |= PG_V | PG_A;
8659                         }
8660                         rv = (*pte & mask) == mask;
8661                         PMAP_UNLOCK(pmap);
8662                         if (rv)
8663                                 goto out;
8664                 }
8665         }
8666 out:
8667         rw_runlock(lock);
8668         return (rv);
8669 }
8670
8671 /*
8672  *      pmap_is_modified:
8673  *
8674  *      Return whether or not the specified physical page was modified
8675  *      in any physical maps.
8676  */
8677 boolean_t
8678 pmap_is_modified(vm_page_t m)
8679 {
8680
8681         KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
8682             ("pmap_is_modified: page %p is not managed", m));
8683
8684         /*
8685          * If the page is not busied then this check is racy.
8686          */
8687         if (!pmap_page_is_write_mapped(m))
8688                 return (FALSE);
8689         return (pmap_page_test_mappings(m, FALSE, TRUE));
8690 }
8691
8692 /*
8693  *      pmap_is_prefaultable:
8694  *
8695  *      Return whether or not the specified virtual address is eligible
8696  *      for prefault.
8697  */
8698 boolean_t
8699 pmap_is_prefaultable(pmap_t pmap, vm_offset_t addr)
8700 {
8701         pd_entry_t *pde;
8702         pt_entry_t *pte, PG_V;
8703         boolean_t rv;
8704
8705         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
8706
8707         /*
8708          * Return TRUE if and only if the PTE for the specified virtual
8709          * address is allocated but invalid.
8710          */
8711         rv = FALSE;
8712         PMAP_LOCK(pmap);
8713         pde = pmap_pde(pmap, addr);
8714         if (pde != NULL && (*pde & (PG_PS | PG_V)) == PG_V) {
8715                 pte = pmap_pde_to_pte(pde, addr);
8716                 rv = (*pte & PG_V) == 0;
8717         }
8718         PMAP_UNLOCK(pmap);
8719         return (rv);
8720 }
8721
8722 /*
8723  *      pmap_is_referenced:
8724  *
8725  *      Return whether or not the specified physical page was referenced
8726  *      in any physical maps.
8727  */
8728 boolean_t
8729 pmap_is_referenced(vm_page_t m)
8730 {
8731
8732         KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
8733             ("pmap_is_referenced: page %p is not managed", m));
8734         return (pmap_page_test_mappings(m, TRUE, FALSE));
8735 }
8736
8737 /*
8738  * Clear the write and modified bits in each of the given page's mappings.
8739  */
8740 void
8741 pmap_remove_write(vm_page_t m)
8742 {
8743         struct md_page *pvh;
8744         pmap_t pmap;
8745         struct rwlock *lock;
8746         pv_entry_t next_pv, pv;
8747         pd_entry_t *pde;
8748         pt_entry_t oldpte, *pte, PG_M, PG_RW;
8749         vm_offset_t va;
8750         int pvh_gen, md_gen;
8751
8752         KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
8753             ("pmap_remove_write: page %p is not managed", m));
8754
8755         vm_page_assert_busied(m);
8756         if (!pmap_page_is_write_mapped(m))
8757                 return;
8758
8759         lock = VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m);
8760         pvh = (m->flags & PG_FICTITIOUS) != 0 ? &pv_dummy :
8761             pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
8762         rw_wlock(lock);
8763 retry:
8764         TAILQ_FOREACH_SAFE(pv, &pvh->pv_list, pv_next, next_pv) {
8765                 pmap = PV_PMAP(pv);
8766                 if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
8767                         pvh_gen = pvh->pv_gen;
8768                         rw_wunlock(lock);
8769                         PMAP_LOCK(pmap);
8770                         rw_wlock(lock);
8771                         if (pvh_gen != pvh->pv_gen) {
8772                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
8773                                 goto retry;
8774                         }
8775                 }
8776                 PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
8777                 va = pv->pv_va;
8778                 pde = pmap_pde(pmap, va);
8779                 if ((*pde & PG_RW) != 0)
8780                         (void)pmap_demote_pde_locked(pmap, pde, va, &lock);
8781                 KASSERT(lock == VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m),
8782                     ("inconsistent pv lock %p %p for page %p",
8783                     lock, VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m), m));
8784                 PMAP_UNLOCK(pmap);
8785         }
8786         TAILQ_FOREACH(pv, &m->md.pv_list, pv_next) {
8787                 pmap = PV_PMAP(pv);
8788                 if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
8789                         pvh_gen = pvh->pv_gen;
8790                         md_gen = m->md.pv_gen;
8791                         rw_wunlock(lock);
8792                         PMAP_LOCK(pmap);
8793                         rw_wlock(lock);
8794                         if (pvh_gen != pvh->pv_gen ||
8795                             md_gen != m->md.pv_gen) {
8796                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
8797                                 goto retry;
8798                         }
8799                 }
8800                 PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
8801                 PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
8802                 pde = pmap_pde(pmap, pv->pv_va);
8803                 KASSERT((*pde & PG_PS) == 0,
8804                     ("pmap_remove_write: found a 2mpage in page %p's pv list",
8805                     m));
8806                 pte = pmap_pde_to_pte(pde, pv->pv_va);
8807                 oldpte = *pte;
8808                 if (oldpte & PG_RW) {
8809                         while (!atomic_fcmpset_long(pte, &oldpte, oldpte &
8810                             ~(PG_RW | PG_M)))
8811                                 cpu_spinwait();
8812                         if ((oldpte & PG_M) != 0)
8813                                 vm_page_dirty(m);
8814                         pmap_invalidate_page(pmap, pv->pv_va);
8815                 }
8816                 PMAP_UNLOCK(pmap);
8817         }
8818         rw_wunlock(lock);
8819         vm_page_aflag_clear(m, PGA_WRITEABLE);
8820         pmap_delayed_invl_wait(m);
8821 }
8822
8823 static __inline boolean_t
8824 safe_to_clear_referenced(pmap_t pmap, pt_entry_t pte)
8825 {
8826
8827         if (!pmap_emulate_ad_bits(pmap))
8828                 return (TRUE);
8829
8830         KASSERT(pmap->pm_type == PT_EPT, ("invalid pm_type %d", pmap->pm_type));
8831
8832         /*
8833          * XWR = 010 or 110 will cause an unconditional EPT misconfiguration
8834          * so we don't let the referenced (aka EPT_PG_READ) bit to be cleared
8835          * if the EPT_PG_WRITE bit is set.
8836          */
8837         if ((pte & EPT_PG_WRITE) != 0)
8838                 return (FALSE);
8839
8840         /*
8841          * XWR = 100 is allowed only if the PMAP_SUPPORTS_EXEC_ONLY is set.
8842          */
8843         if ((pte & EPT_PG_EXECUTE) == 0 ||
8844             ((pmap->pm_flags & PMAP_SUPPORTS_EXEC_ONLY) != 0))
8845                 return (TRUE);
8846         else
8847                 return (FALSE);
8848 }
8849
8850 /*
8851  *      pmap_ts_referenced:
8852  *
8853  *      Return a count of reference bits for a page, clearing those bits.
8854  *      It is not necessary for every reference bit to be cleared, but it
8855  *      is necessary that 0 only be returned when there are truly no
8856  *      reference bits set.
8857  *
8858  *      As an optimization, update the page's dirty field if a modified bit is
8859  *      found while counting reference bits.  This opportunistic update can be
8860  *      performed at low cost and can eliminate the need for some future calls
8861  *      to pmap_is_modified().  However, since this function stops after
8862  *      finding PMAP_TS_REFERENCED_MAX reference bits, it may not detect some
8863  *      dirty pages.  Those dirty pages will only be detected by a future call
8864  *      to pmap_is_modified().
8865  *
8866  *      A DI block is not needed within this function, because
8867  *      invalidations are performed before the PV list lock is
8868  *      released.
8869  */
8870 int
8871 pmap_ts_referenced(vm_page_t m)
8872 {
8873         struct md_page *pvh;
8874         pv_entry_t pv, pvf;
8875         pmap_t pmap;
8876         struct rwlock *lock;
8877         pd_entry_t oldpde, *pde;
8878         pt_entry_t *pte, PG_A, PG_M, PG_RW;
8879         vm_offset_t va;
8880         vm_paddr_t pa;
8881         int cleared, md_gen, not_cleared, pvh_gen;
8882         struct spglist free;
8883         boolean_t demoted;
8884
8885         KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
8886             ("pmap_ts_referenced: page %p is not managed", m));
8887         SLIST_INIT(&free);
8888         cleared = 0;
8889         pa = VM_PAGE_TO_PHYS(m);
8890         lock = PHYS_TO_PV_LIST_LOCK(pa);
8891         pvh = (m->flags & PG_FICTITIOUS) != 0 ? &pv_dummy : pa_to_pvh(pa);
8892         rw_wlock(lock);
8893 retry:
8894         not_cleared = 0;
8895         if ((pvf = TAILQ_FIRST(&pvh->pv_list)) == NULL)
8896                 goto small_mappings;
8897         pv = pvf;
8898         do {
8899                 if (pvf == NULL)
8900                         pvf = pv;
8901                 pmap = PV_PMAP(pv);
8902                 if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
8903                         pvh_gen = pvh->pv_gen;
8904                         rw_wunlock(lock);
8905                         PMAP_LOCK(pmap);
8906                         rw_wlock(lock);
8907                         if (pvh_gen != pvh->pv_gen) {
8908                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
8909                                 goto retry;
8910                         }
8911                 }
8912                 PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
8913                 PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
8914                 PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
8915                 va = pv->pv_va;
8916                 pde = pmap_pde(pmap, pv->pv_va);
8917                 oldpde = *pde;
8918                 if ((oldpde & (PG_M | PG_RW)) == (PG_M | PG_RW)) {
8919                         /*
8920                          * Although "oldpde" is mapping a 2MB page, because
8921                          * this function is called at a 4KB page granularity,
8922                          * we only update the 4KB page under test.
8923                          */
8924                         vm_page_dirty(m);
8925                 }
8926                 if ((oldpde & PG_A) != 0) {
8927                         /*
8928                          * Since this reference bit is shared by 512 4KB
8929                          * pages, it should not be cleared every time it is
8930                          * tested.  Apply a simple "hash" function on the
8931                          * physical page number, the virtual superpage number,
8932                          * and the pmap address to select one 4KB page out of
8933                          * the 512 on which testing the reference bit will
8934                          * result in clearing that reference bit.  This
8935                          * function is designed to avoid the selection of the
8936                          * same 4KB page for every 2MB page mapping.
8937                          *
8938                          * On demotion, a mapping that hasn't been referenced
8939                          * is simply destroyed.  To avoid the possibility of a
8940                          * subsequent page fault on a demoted wired mapping,
8941                          * always leave its reference bit set.  Moreover,
8942                          * since the superpage is wired, the current state of
8943                          * its reference bit won't affect page replacement.
8944                          */
8945                         if ((((pa >> PAGE_SHIFT) ^ (pv->pv_va >> PDRSHIFT) ^
8946                             (uintptr_t)pmap) & (NPTEPG - 1)) == 0 &&
8947                             (oldpde & PG_W) == 0) {
8948                                 if (safe_to_clear_referenced(pmap, oldpde)) {
8949                                         atomic_clear_long(pde, PG_A);
8950                                         pmap_invalidate_page(pmap, pv->pv_va);
8951                                         demoted = FALSE;
8952                                 } else if (pmap_demote_pde_locked(pmap, pde,
8953                                     pv->pv_va, &lock)) {
8954                                         /*
8955                                          * Remove the mapping to a single page
8956                                          * so that a subsequent access may
8957                                          * repromote.  Since the underlying
8958                                          * page table page is fully populated,
8959                                          * this removal never frees a page
8960                                          * table page.
8961                                          */
8962                                         demoted = TRUE;
8963                                         va += VM_PAGE_TO_PHYS(m) - (oldpde &
8964                                             PG_PS_FRAME);
8965                                         pte = pmap_pde_to_pte(pde, va);
8966                                         pmap_remove_pte(pmap, pte, va, *pde,
8967                                             NULL, &lock);
8968                                         pmap_invalidate_page(pmap, va);
8969                                 } else
8970                                         demoted = TRUE;
8971
8972                                 if (demoted) {
8973                                         /*
8974                                          * The superpage mapping was removed
8975                                          * entirely and therefore 'pv' is no
8976                                          * longer valid.
8977                                          */
8978                                         if (pvf == pv)
8979                                                 pvf = NULL;
8980                                         pv = NULL;
8981                                 }
8982                                 cleared++;
8983                                 KASSERT(lock == VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m),
8984                                     ("inconsistent pv lock %p %p for page %p",
8985                                     lock, VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m), m));
8986                         } else
8987                                 not_cleared++;
8988                 }
8989                 PMAP_UNLOCK(pmap);
8990                 /* Rotate the PV list if it has more than one entry. */
8991                 if (pv != NULL && TAILQ_NEXT(pv, pv_next) != NULL) {
8992                         TAILQ_REMOVE(&pvh->pv_list, pv, pv_next);
8993                         TAILQ_INSERT_TAIL(&pvh->pv_list, pv, pv_next);
8994                         pvh->pv_gen++;
8995                 }
8996                 if (cleared + not_cleared >= PMAP_TS_REFERENCED_MAX)
8997                         goto out;
8998         } while ((pv = TAILQ_FIRST(&pvh->pv_list)) != pvf);
8999 small_mappings:
9000         if ((pvf = TAILQ_FIRST(&m->md.pv_list)) == NULL)
9001                 goto out;
9002         pv = pvf;
9003         do {
9004                 if (pvf == NULL)
9005                         pvf = pv;
9006                 pmap = PV_PMAP(pv);
9007                 if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
9008                         pvh_gen = pvh->pv_gen;
9009                         md_gen = m->md.pv_gen;
9010                         rw_wunlock(lock);
9011                         PMAP_LOCK(pmap);
9012                         rw_wlock(lock);
9013                         if (pvh_gen != pvh->pv_gen || md_gen != m->md.pv_gen) {
9014                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
9015                                 goto retry;
9016                         }
9017                 }
9018                 PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
9019                 PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
9020                 PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
9021                 pde = pmap_pde(pmap, pv->pv_va);
9022                 KASSERT((*pde & PG_PS) == 0,
9023                     ("pmap_ts_referenced: found a 2mpage in page %p's pv list",
9024                     m));
9025                 pte = pmap_pde_to_pte(pde, pv->pv_va);
9026                 if ((*pte & (PG_M | PG_RW)) == (PG_M | PG_RW))
9027                         vm_page_dirty(m);
9028                 if ((*pte & PG_A) != 0) {
9029                         if (safe_to_clear_referenced(pmap, *pte)) {
9030                                 atomic_clear_long(pte, PG_A);
9031                                 pmap_invalidate_page(pmap, pv->pv_va);
9032                                 cleared++;
9033                         } else if ((*pte & PG_W) == 0) {
9034                                 /*
9035                                  * Wired pages cannot be paged out so
9036                                  * doing accessed bit emulation for
9037                                  * them is wasted effort. We do the
9038                                  * hard work for unwired pages only.
9039                                  */
9040                                 pmap_remove_pte(pmap, pte, pv->pv_va,
9041                                     *pde, &free, &lock);
9042                                 pmap_invalidate_page(pmap, pv->pv_va);
9043                                 cleared++;
9044                                 if (pvf == pv)
9045                                         pvf = NULL;
9046                                 pv = NULL;
9047                                 KASSERT(lock == VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m),
9048                                     ("inconsistent pv lock %p %p for page %p",
9049                                     lock, VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m), m));
9050                         } else
9051                                 not_cleared++;
9052                 }
9053                 PMAP_UNLOCK(pmap);
9054                 /* Rotate the PV list if it has more than one entry. */
9055                 if (pv != NULL && TAILQ_NEXT(pv, pv_next) != NULL) {
9056                         TAILQ_REMOVE(&m->md.pv_list, pv, pv_next);
9057                         TAILQ_INSERT_TAIL(&m->md.pv_list, pv, pv_next);
9058                         m->md.pv_gen++;
9059                 }
9060         } while ((pv = TAILQ_FIRST(&m->md.pv_list)) != pvf && cleared +
9061             not_cleared < PMAP_TS_REFERENCED_MAX);
9062 out:
9063         rw_wunlock(lock);
9064         vm_page_free_pages_toq(&free, true);
9065         return (cleared + not_cleared);
9066 }
9067
9068 /*
9069  *      Apply the given advice to the specified range of addresses within the
9070  *      given pmap.  Depending on the advice, clear the referenced and/or
9071  *      modified flags in each mapping and set the mapped page's dirty field.
9072  */
9073 void
9074 pmap_advise(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva, int advice)
9075 {
9076         struct rwlock *lock;
9077         pml4_entry_t *pml4e;
9078         pdp_entry_t *pdpe;
9079         pd_entry_t oldpde, *pde;
9080         pt_entry_t *pte, PG_A, PG_G, PG_M, PG_RW, PG_V;
9081         vm_offset_t va, va_next;
9082         vm_page_t m;
9083         bool anychanged;
9084
9085         if (advice != MADV_DONTNEED && advice != MADV_FREE)
9086                 return;
9087
9088         /*
9089          * A/D bit emulation requires an alternate code path when clearing
9090          * the modified and accessed bits below. Since this function is
9091          * advisory in nature we skip it entirely for pmaps that require
9092          * A/D bit emulation.
9093          */
9094         if (pmap_emulate_ad_bits(pmap))
9095                 return;
9096
9097         PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
9098         PG_G = pmap_global_bit(pmap);
9099         PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
9100         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
9101         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
9102         anychanged = false;
9103         pmap_delayed_invl_start();
9104         PMAP_LOCK(pmap);
9105         for (; sva < eva; sva = va_next) {
9106                 pml4e = pmap_pml4e(pmap, sva);
9107                 if (pml4e == NULL || (*pml4e & PG_V) == 0) {
9108                         va_next = (sva + NBPML4) & ~PML4MASK;
9109                         if (va_next < sva)
9110                                 va_next = eva;
9111                         continue;
9112                 }
9113
9114                 va_next = (sva + NBPDP) & ~PDPMASK;
9115                 if (va_next < sva)
9116                         va_next = eva;
9117                 pdpe = pmap_pml4e_to_pdpe(pml4e, sva);
9118                 if ((*pdpe & PG_V) == 0)
9119                         continue;
9120                 if ((*pdpe & PG_PS) != 0)
9121                         continue;
9122
9123                 va_next = (sva + NBPDR) & ~PDRMASK;
9124                 if (va_next < sva)
9125                         va_next = eva;
9126                 pde = pmap_pdpe_to_pde(pdpe, sva);
9127                 oldpde = *pde;
9128                 if ((oldpde & PG_V) == 0)
9129                         continue;
9130                 else if ((oldpde & PG_PS) != 0) {
9131                         if ((oldpde & PG_MANAGED) == 0)
9132                                 continue;
9133                         lock = NULL;
9134                         if (!pmap_demote_pde_locked(pmap, pde, sva, &lock)) {
9135                                 if (lock != NULL)
9136                                         rw_wunlock(lock);
9137
9138                                 /*
9139                                  * The large page mapping was destroyed.
9140                                  */
9141                                 continue;
9142                         }
9143
9144                         /*
9145                          * Unless the page mappings are wired, remove the
9146                          * mapping to a single page so that a subsequent
9147                          * access may repromote.  Choosing the last page
9148                          * within the address range [sva, min(va_next, eva))
9149                          * generally results in more repromotions.  Since the
9150                          * underlying page table page is fully populated, this
9151                          * removal never frees a page table page.
9152                          */
9153                         if ((oldpde & PG_W) == 0) {
9154                                 va = eva;
9155                                 if (va > va_next)
9156                                         va = va_next;
9157                                 va -= PAGE_SIZE;
9158                                 KASSERT(va >= sva,
9159                                     ("pmap_advise: no address gap"));
9160                                 pte = pmap_pde_to_pte(pde, va);
9161                                 KASSERT((*pte & PG_V) != 0,
9162                                     ("pmap_advise: invalid PTE"));
9163                                 pmap_remove_pte(pmap, pte, va, *pde, NULL,
9164                                     &lock);
9165                                 anychanged = true;
9166                         }
9167                         if (lock != NULL)
9168                                 rw_wunlock(lock);
9169                 }
9170                 if (va_next > eva)
9171                         va_next = eva;
9172                 va = va_next;
9173                 for (pte = pmap_pde_to_pte(pde, sva); sva != va_next; pte++,
9174                     sva += PAGE_SIZE) {
9175                         if ((*pte & (PG_MANAGED | PG_V)) != (PG_MANAGED | PG_V))
9176                                 goto maybe_invlrng;
9177                         else if ((*pte & (PG_M | PG_RW)) == (PG_M | PG_RW)) {
9178                                 if (advice == MADV_DONTNEED) {
9179                                         /*
9180                                          * Future calls to pmap_is_modified()
9181                                          * can be avoided by making the page
9182                                          * dirty now.
9183                                          */
9184                                         m = PHYS_TO_VM_PAGE(*pte & PG_FRAME);
9185                                         vm_page_dirty(m);
9186                                 }
9187                                 atomic_clear_long(pte, PG_M | PG_A);
9188                         } else if ((*pte & PG_A) != 0)
9189                                 atomic_clear_long(pte, PG_A);
9190                         else
9191                                 goto maybe_invlrng;
9192
9193                         if ((*pte & PG_G) != 0) {
9194                                 if (va == va_next)
9195                                         va = sva;
9196                         } else
9197                                 anychanged = true;
9198                         continue;
9199 maybe_invlrng:
9200                         if (va != va_next) {
9201                                 pmap_invalidate_range(pmap, va, sva);
9202                                 va = va_next;
9203                         }
9204                 }
9205                 if (va != va_next)
9206                         pmap_invalidate_range(pmap, va, sva);
9207         }
9208         if (anychanged)
9209                 pmap_invalidate_all(pmap);
9210         PMAP_UNLOCK(pmap);
9211         pmap_delayed_invl_finish();
9212 }
9213
9214 /*
9215  *      Clear the modify bits on the specified physical page.
9216  */
9217 void
9218 pmap_clear_modify(vm_page_t m)
9219 {
9220         struct md_page *pvh;
9221         pmap_t pmap;
9222         pv_entry_t next_pv, pv;
9223         pd_entry_t oldpde, *pde;
9224         pt_entry_t *pte, PG_M, PG_RW;
9225         struct rwlock *lock;
9226         vm_offset_t va;
9227         int md_gen, pvh_gen;
9228
9229         KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
9230             ("pmap_clear_modify: page %p is not managed", m));
9231         vm_page_assert_busied(m);
9232
9233         if (!pmap_page_is_write_mapped(m))
9234                 return;
9235         pvh = (m->flags & PG_FICTITIOUS) != 0 ? &pv_dummy :
9236             pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
9237         lock = VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m);
9238         rw_wlock(lock);
9239 restart:
9240         TAILQ_FOREACH_SAFE(pv, &pvh->pv_list, pv_next, next_pv) {
9241                 pmap = PV_PMAP(pv);
9242                 if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
9243                         pvh_gen = pvh->pv_gen;
9244                         rw_wunlock(lock);
9245                         PMAP_LOCK(pmap);
9246                         rw_wlock(lock);
9247                         if (pvh_gen != pvh->pv_gen) {
9248                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
9249                                 goto restart;
9250                         }
9251                 }
9252                 PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
9253                 PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
9254                 va = pv->pv_va;
9255                 pde = pmap_pde(pmap, va);
9256                 oldpde = *pde;
9257                 /* If oldpde has PG_RW set, then it also has PG_M set. */
9258                 if ((oldpde & PG_RW) != 0 &&
9259                     pmap_demote_pde_locked(pmap, pde, va, &lock) &&
9260                     (oldpde & PG_W) == 0) {
9261                         /*
9262                          * Write protect the mapping to a single page so that
9263                          * a subsequent write access may repromote.
9264                          */
9265                         va += VM_PAGE_TO_PHYS(m) - (oldpde & PG_PS_FRAME);
9266                         pte = pmap_pde_to_pte(pde, va);
9267                         atomic_clear_long(pte, PG_M | PG_RW);
9268                         vm_page_dirty(m);
9269                         pmap_invalidate_page(pmap, va);
9270                 }
9271                 PMAP_UNLOCK(pmap);
9272         }
9273         TAILQ_FOREACH(pv, &m->md.pv_list, pv_next) {
9274                 pmap = PV_PMAP(pv);
9275                 if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
9276                         md_gen = m->md.pv_gen;
9277                         pvh_gen = pvh->pv_gen;
9278                         rw_wunlock(lock);
9279                         PMAP_LOCK(pmap);
9280                         rw_wlock(lock);
9281                         if (pvh_gen != pvh->pv_gen || md_gen != m->md.pv_gen) {
9282                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
9283                                 goto restart;
9284                         }
9285                 }
9286                 PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
9287                 PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
9288                 pde = pmap_pde(pmap, pv->pv_va);
9289                 KASSERT((*pde & PG_PS) == 0, ("pmap_clear_modify: found"
9290                     " a 2mpage in page %p's pv list", m));
9291                 pte = pmap_pde_to_pte(pde, pv->pv_va);
9292                 if ((*pte & (PG_M | PG_RW)) == (PG_M | PG_RW)) {
9293                         atomic_clear_long(pte, PG_M);
9294                         pmap_invalidate_page(pmap, pv->pv_va);
9295                 }
9296                 PMAP_UNLOCK(pmap);
9297         }
9298         rw_wunlock(lock);
9299 }
9300
9301 /*
9302  * Miscellaneous support routines follow
9303  */
9304
9305 /* Adjust the properties for a leaf page table entry. */
9306 static __inline void
9307 pmap_pte_props(pt_entry_t *pte, u_long bits, u_long mask)
9308 {
9309         u_long opte, npte;
9310
9311         opte = *(u_long *)pte;
9312         do {
9313                 npte = opte & ~mask;
9314                 npte |= bits;
9315         } while (npte != opte && !atomic_fcmpset_long((u_long *)pte, &opte,
9316             npte));
9317 }
9318
9319 /*
9320  * Map a set of physical memory pages into the kernel virtual
9321  * address space. Return a pointer to where it is mapped. This
9322  * routine is intended to be used for mapping device memory,
9323  * NOT real memory.
9324  */
9325 static void *
9326 pmap_mapdev_internal(vm_paddr_t pa, vm_size_t size, int mode, int flags)
9327 {
9328         struct pmap_preinit_mapping *ppim;
9329         vm_offset_t va, offset;
9330         vm_size_t tmpsize;
9331         int i;
9332
9333         offset = pa & PAGE_MASK;
9334         size = round_page(offset + size);
9335         pa = trunc_page(pa);
9336
9337         if (!pmap_initialized) {
9338                 va = 0;
9339                 for (i = 0; i < PMAP_PREINIT_MAPPING_COUNT; i++) {
9340                         ppim = pmap_preinit_mapping + i;
9341                         if (ppim->va == 0) {
9342                                 ppim->pa = pa;
9343                                 ppim->sz = size;
9344                                 ppim->mode = mode;
9345                                 ppim->va = virtual_avail;
9346                                 virtual_avail += size;
9347                                 va = ppim->va;
9348                                 break;
9349                         }
9350                 }
9351                 if (va == 0)
9352                         panic("%s: too many preinit mappings", __func__);
9353         } else {
9354                 /*
9355                  * If we have a preinit mapping, re-use it.
9356                  */
9357                 for (i = 0; i < PMAP_PREINIT_MAPPING_COUNT; i++) {
9358                         ppim = pmap_preinit_mapping + i;
9359                         if (ppim->pa == pa && ppim->sz == size &&
9360                             (ppim->mode == mode ||
9361                             (flags & MAPDEV_SETATTR) == 0))
9362                                 return ((void *)(ppim->va + offset));
9363                 }
9364                 /*
9365                  * If the specified range of physical addresses fits within
9366                  * the direct map window, use the direct map.
9367                  */
9368                 if (pa < dmaplimit && pa + size <= dmaplimit) {
9369                         va = PHYS_TO_DMAP(pa);
9370                         if ((flags & MAPDEV_SETATTR) != 0) {
9371                                 PMAP_LOCK(kernel_pmap);
9372                                 i = pmap_change_props_locked(va, size,
9373                                     PROT_NONE, mode, flags);
9374                                 PMAP_UNLOCK(kernel_pmap);
9375                         } else
9376                                 i = 0;
9377                         if (!i)
9378                                 return ((void *)(va + offset));
9379                 }
9380                 va = kva_alloc(size);
9381                 if (va == 0)
9382                         panic("%s: Couldn't allocate KVA", __func__);
9383         }
9384         for (tmpsize = 0; tmpsize < size; tmpsize += PAGE_SIZE)
9385                 pmap_kenter_attr(va + tmpsize, pa + tmpsize, mode);
9386         pmap_invalidate_range(kernel_pmap, va, va + tmpsize);
9387         if ((flags & MAPDEV_FLUSHCACHE) != 0)
9388                 pmap_invalidate_cache_range(va, va + tmpsize);
9389         return ((void *)(va + offset));
9390 }
9391
9392 void *
9393 pmap_mapdev_attr(vm_paddr_t pa, vm_size_t size, int mode)
9394 {
9395
9396         return (pmap_mapdev_internal(pa, size, mode, MAPDEV_FLUSHCACHE |
9397             MAPDEV_SETATTR));
9398 }
9399
9400 void *
9401 pmap_mapdev(vm_paddr_t pa, vm_size_t size)
9402 {
9403
9404         return (pmap_mapdev_attr(pa, size, PAT_UNCACHEABLE));
9405 }
9406
9407 void *
9408 pmap_mapdev_pciecfg(vm_paddr_t pa, vm_size_t size)
9409 {
9410
9411         return (pmap_mapdev_internal(pa, size, PAT_UNCACHEABLE,
9412             MAPDEV_SETATTR));
9413 }
9414
9415 void *
9416 pmap_mapbios(vm_paddr_t pa, vm_size_t size)
9417 {
9418
9419         return (pmap_mapdev_internal(pa, size, PAT_WRITE_BACK,
9420             MAPDEV_FLUSHCACHE));
9421 }
9422
9423 void
9424 pmap_unmapdev(void *p, vm_size_t size)
9425 {
9426         struct pmap_preinit_mapping *ppim;
9427         vm_offset_t offset, va;
9428         int i;
9429
9430         va = (vm_offset_t)p;
9431
9432         /* If we gave a direct map region in pmap_mapdev, do nothing */
9433         if (va >= DMAP_MIN_ADDRESS && va < DMAP_MAX_ADDRESS)
9434                 return;
9435         offset = va & PAGE_MASK;
9436         size = round_page(offset + size);
9437         va = trunc_page(va);
9438         for (i = 0; i < PMAP_PREINIT_MAPPING_COUNT; i++) {
9439                 ppim = pmap_preinit_mapping + i;
9440                 if (ppim->va == va && ppim->sz == size) {
9441                         if (pmap_initialized)
9442                                 return;
9443                         ppim->pa = 0;
9444                         ppim->va = 0;
9445                         ppim->sz = 0;
9446                         ppim->mode = 0;
9447                         if (va + size == virtual_avail)
9448                                 virtual_avail = va;
9449                         return;
9450                 }
9451         }
9452         if (pmap_initialized) {
9453                 pmap_qremove(va, atop(size));
9454                 kva_free(va, size);
9455         }
9456 }
9457
9458 /*
9459  * Tries to demote a 1GB page mapping.
9460  */
9461 static boolean_t
9462 pmap_demote_pdpe(pmap_t pmap, pdp_entry_t *pdpe, vm_offset_t va)
9463 {
9464         pdp_entry_t newpdpe, oldpdpe;
9465         pd_entry_t *firstpde, newpde, *pde;
9466         pt_entry_t PG_A, PG_M, PG_RW, PG_V;
9467         vm_paddr_t pdpgpa;
9468         vm_page_t pdpg;
9469
9470         PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
9471         PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
9472         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
9473         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
9474
9475         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
9476         oldpdpe = *pdpe;
9477         KASSERT((oldpdpe & (PG_PS | PG_V)) == (PG_PS | PG_V),
9478             ("pmap_demote_pdpe: oldpdpe is missing PG_PS and/or PG_V"));
9479         pdpg = pmap_alloc_pt_page(pmap, va >> PDPSHIFT,
9480             VM_ALLOC_WIRED | VM_ALLOC_INTERRUPT);
9481         if (pdpg  == NULL) {
9482                 CTR2(KTR_PMAP, "pmap_demote_pdpe: failure for va %#lx"
9483                     " in pmap %p", va, pmap);
9484                 return (FALSE);
9485         }
9486         pdpgpa = VM_PAGE_TO_PHYS(pdpg);
9487         firstpde = (pd_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(pdpgpa);
9488         newpdpe = pdpgpa | PG_M | PG_A | (oldpdpe & PG_U) | PG_RW | PG_V;
9489         KASSERT((oldpdpe & PG_A) != 0,
9490             ("pmap_demote_pdpe: oldpdpe is missing PG_A"));
9491         KASSERT((oldpdpe & (PG_M | PG_RW)) != PG_RW,
9492             ("pmap_demote_pdpe: oldpdpe is missing PG_M"));
9493         newpde = oldpdpe;
9494
9495         /*
9496          * Initialize the page directory page.
9497          */
9498         for (pde = firstpde; pde < firstpde + NPDEPG; pde++) {
9499                 *pde = newpde;
9500                 newpde += NBPDR;
9501         }
9502
9503         /*
9504          * Demote the mapping.
9505          */
9506         *pdpe = newpdpe;
9507
9508         /*
9509          * Invalidate a stale recursive mapping of the page directory page.
9510          */
9511         pmap_invalidate_page(pmap, (vm_offset_t)vtopde(va));
9512
9513         counter_u64_add(pmap_pdpe_demotions, 1);
9514         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_demote_pdpe: success for va %#lx"
9515             " in pmap %p", va, pmap);
9516         return (TRUE);
9517 }
9518
9519 /*
9520  * Sets the memory attribute for the specified page.
9521  */
9522 void
9523 pmap_page_set_memattr(vm_page_t m, vm_memattr_t ma)
9524 {
9525
9526         m->md.pat_mode = ma;
9527
9528         /*
9529          * If "m" is a normal page, update its direct mapping.  This update
9530          * can be relied upon to perform any cache operations that are
9531          * required for data coherence.
9532          */
9533         if ((m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0 &&
9534             pmap_change_attr(PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(m)), PAGE_SIZE,
9535             m->md.pat_mode))
9536                 panic("memory attribute change on the direct map failed");
9537 }
9538
9539 void
9540 pmap_page_set_memattr_noflush(vm_page_t m, vm_memattr_t ma)
9541 {
9542         int error;
9543
9544         m->md.pat_mode = ma;
9545
9546         if ((m->flags & PG_FICTITIOUS) != 0)
9547                 return;
9548         PMAP_LOCK(kernel_pmap);
9549         error = pmap_change_props_locked(PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(m)),
9550             PAGE_SIZE, PROT_NONE, m->md.pat_mode, 0);
9551         PMAP_UNLOCK(kernel_pmap);
9552         if (error != 0)
9553                 panic("memory attribute change on the direct map failed");
9554 }
9555
9556 /*
9557  * Changes the specified virtual address range's memory type to that given by
9558  * the parameter "mode".  The specified virtual address range must be
9559  * completely contained within either the direct map or the kernel map.  If
9560  * the virtual address range is contained within the kernel map, then the
9561  * memory type for each of the corresponding ranges of the direct map is also
9562  * changed.  (The corresponding ranges of the direct map are those ranges that
9563  * map the same physical pages as the specified virtual address range.)  These
9564  * changes to the direct map are necessary because Intel describes the
9565  * behavior of their processors as "undefined" if two or more mappings to the
9566  * same physical page have different memory types.
9567  *
9568  * Returns zero if the change completed successfully, and either EINVAL or
9569  * ENOMEM if the change failed.  Specifically, EINVAL is returned if some part
9570  * of the virtual address range was not mapped, and ENOMEM is returned if
9571  * there was insufficient memory available to complete the change.  In the
9572  * latter case, the memory type may have been changed on some part of the
9573  * virtual address range or the direct map.
9574  */
9575 int
9576 pmap_change_attr(vm_offset_t va, vm_size_t size, int mode)
9577 {
9578         int error;
9579
9580         PMAP_LOCK(kernel_pmap);
9581         error = pmap_change_props_locked(va, size, PROT_NONE, mode,
9582             MAPDEV_FLUSHCACHE);
9583         PMAP_UNLOCK(kernel_pmap);
9584         return (error);
9585 }
9586
9587 /*
9588  * Changes the specified virtual address range's protections to those
9589  * specified by "prot".  Like pmap_change_attr(), protections for aliases
9590  * in the direct map are updated as well.  Protections on aliasing mappings may
9591  * be a subset of the requested protections; for example, mappings in the direct
9592  * map are never executable.
9593  */
9594 int
9595 pmap_change_prot(vm_offset_t va, vm_size_t size, vm_prot_t prot)
9596 {
9597         int error;
9598
9599         /* Only supported within the kernel map. */
9600         if (va < VM_MIN_KERNEL_ADDRESS)
9601                 return (EINVAL);
9602
9603         PMAP_LOCK(kernel_pmap);
9604         error = pmap_change_props_locked(va, size, prot, -1,
9605             MAPDEV_ASSERTVALID);
9606         PMAP_UNLOCK(kernel_pmap);
9607         return (error);
9608 }
9609
9610 static int
9611 pmap_change_props_locked(vm_offset_t va, vm_size_t size, vm_prot_t prot,
9612     int mode, int flags)
9613 {
9614         vm_offset_t base, offset, tmpva;
9615         vm_paddr_t pa_start, pa_end, pa_end1;
9616         pdp_entry_t *pdpe;
9617         pd_entry_t *pde, pde_bits, pde_mask;
9618         pt_entry_t *pte, pte_bits, pte_mask;
9619         int error;
9620         bool changed;
9621
9622         PMAP_LOCK_ASSERT(kernel_pmap, MA_OWNED);
9623         base = trunc_page(va);
9624         offset = va & PAGE_MASK;
9625         size = round_page(offset + size);
9626
9627         /*
9628          * Only supported on kernel virtual addresses, including the direct
9629          * map but excluding the recursive map.
9630          */
9631         if (base < DMAP_MIN_ADDRESS)
9632                 return (EINVAL);
9633
9634         /*
9635          * Construct our flag sets and masks.  "bits" is the subset of
9636          * "mask" that will be set in each modified PTE.
9637          *
9638          * Mappings in the direct map are never allowed to be executable.
9639          */
9640         pde_bits = pte_bits = 0;
9641         pde_mask = pte_mask = 0;
9642         if (mode != -1) {
9643                 pde_bits |= pmap_cache_bits(kernel_pmap, mode, true);
9644                 pde_mask |= X86_PG_PDE_CACHE;
9645                 pte_bits |= pmap_cache_bits(kernel_pmap, mode, false);
9646                 pte_mask |= X86_PG_PTE_CACHE;
9647         }
9648         if (prot != VM_PROT_NONE) {
9649                 if ((prot & VM_PROT_WRITE) != 0) {
9650                         pde_bits |= X86_PG_RW;
9651                         pte_bits |= X86_PG_RW;
9652                 }
9653                 if ((prot & VM_PROT_EXECUTE) == 0 ||
9654                     va < VM_MIN_KERNEL_ADDRESS) {
9655                         pde_bits |= pg_nx;
9656                         pte_bits |= pg_nx;
9657                 }
9658                 pde_mask |= X86_PG_RW | pg_nx;
9659                 pte_mask |= X86_PG_RW | pg_nx;
9660         }
9661
9662         /*
9663          * Pages that aren't mapped aren't supported.  Also break down 2MB pages
9664          * into 4KB pages if required.
9665          */
9666         for (tmpva = base; tmpva < base + size; ) {
9667                 pdpe = pmap_pdpe(kernel_pmap, tmpva);
9668                 if (pdpe == NULL || *pdpe == 0) {
9669                         KASSERT((flags & MAPDEV_ASSERTVALID) == 0,
9670                             ("%s: addr %#lx is not mapped", __func__, tmpva));
9671                         return (EINVAL);
9672                 }
9673                 if (*pdpe & PG_PS) {
9674                         /*
9675                          * If the current 1GB page already has the required
9676                          * properties, then we need not demote this page.  Just
9677                          * increment tmpva to the next 1GB page frame.
9678                          */
9679                         if ((*pdpe & pde_mask) == pde_bits) {
9680                                 tmpva = trunc_1gpage(tmpva) + NBPDP;
9681                                 continue;
9682                         }
9683
9684                         /*
9685                          * If the current offset aligns with a 1GB page frame
9686                          * and there is at least 1GB left within the range, then
9687                          * we need not break down this page into 2MB pages.
9688                          */
9689                         if ((tmpva & PDPMASK) == 0 &&
9690                             tmpva + PDPMASK < base + size) {
9691                                 tmpva += NBPDP;
9692                                 continue;
9693                         }
9694                         if (!pmap_demote_pdpe(kernel_pmap, pdpe, tmpva))
9695                                 return (ENOMEM);
9696                 }
9697                 pde = pmap_pdpe_to_pde(pdpe, tmpva);
9698                 if (*pde == 0) {
9699                         KASSERT((flags & MAPDEV_ASSERTVALID) == 0,
9700                             ("%s: addr %#lx is not mapped", __func__, tmpva));
9701                         return (EINVAL);
9702                 }
9703                 if (*pde & PG_PS) {
9704                         /*
9705                          * If the current 2MB page already has the required
9706                          * properties, then we need not demote this page.  Just
9707                          * increment tmpva to the next 2MB page frame.
9708                          */
9709                         if ((*pde & pde_mask) == pde_bits) {
9710                                 tmpva = trunc_2mpage(tmpva) + NBPDR;
9711                                 continue;
9712                         }
9713
9714                         /*
9715                          * If the current offset aligns with a 2MB page frame
9716                          * and there is at least 2MB left within the range, then
9717                          * we need not break down this page into 4KB pages.
9718                          */
9719                         if ((tmpva & PDRMASK) == 0 &&
9720                             tmpva + PDRMASK < base + size) {
9721                                 tmpva += NBPDR;
9722                                 continue;
9723                         }
9724                         if (!pmap_demote_pde(kernel_pmap, pde, tmpva))
9725                                 return (ENOMEM);
9726                 }
9727                 pte = pmap_pde_to_pte(pde, tmpva);
9728                 if (*pte == 0) {
9729                         KASSERT((flags & MAPDEV_ASSERTVALID) == 0,
9730                             ("%s: addr %#lx is not mapped", __func__, tmpva));
9731                         return (EINVAL);
9732                 }
9733                 tmpva += PAGE_SIZE;
9734         }
9735         error = 0;
9736
9737         /*
9738          * Ok, all the pages exist, so run through them updating their
9739          * properties if required.
9740          */
9741         changed = false;
9742         pa_start = pa_end = 0;
9743         for (tmpva = base; tmpva < base + size; ) {
9744                 pdpe = pmap_pdpe(kernel_pmap, tmpva);
9745                 if (*pdpe & PG_PS) {
9746                         if ((*pdpe & pde_mask) != pde_bits) {
9747                                 pmap_pte_props(pdpe, pde_bits, pde_mask);
9748                                 changed = true;
9749                         }
9750                         if (tmpva >= VM_MIN_KERNEL_ADDRESS &&
9751                             (*pdpe & PG_PS_FRAME) < dmaplimit) {
9752                                 if (pa_start == pa_end) {
9753                                         /* Start physical address run. */
9754                                         pa_start = *pdpe & PG_PS_FRAME;
9755                                         pa_end = pa_start + NBPDP;
9756                                 } else if (pa_end == (*pdpe & PG_PS_FRAME))
9757                                         pa_end += NBPDP;
9758                                 else {
9759                                         /* Run ended, update direct map. */
9760                                         error = pmap_change_props_locked(
9761                                             PHYS_TO_DMAP(pa_start),
9762                                             pa_end - pa_start, prot, mode,
9763                                             flags);
9764                                         if (error != 0)
9765                                                 break;
9766                                         /* Start physical address run. */
9767                                         pa_start = *pdpe & PG_PS_FRAME;
9768                                         pa_end = pa_start + NBPDP;
9769                                 }
9770                         }
9771                         tmpva = trunc_1gpage(tmpva) + NBPDP;
9772                         continue;
9773                 }
9774                 pde = pmap_pdpe_to_pde(pdpe, tmpva);
9775                 if (*pde & PG_PS) {
9776                         if ((*pde & pde_mask) != pde_bits) {
9777                                 pmap_pte_props(pde, pde_bits, pde_mask);
9778                                 changed = true;
9779                         }
9780                         if (tmpva >= VM_MIN_KERNEL_ADDRESS &&
9781                             (*pde & PG_PS_FRAME) < dmaplimit) {
9782                                 if (pa_start == pa_end) {
9783                                         /* Start physical address run. */
9784                                         pa_start = *pde & PG_PS_FRAME;
9785                                         pa_end = pa_start + NBPDR;
9786                                 } else if (pa_end == (*pde & PG_PS_FRAME))
9787                                         pa_end += NBPDR;
9788                                 else {
9789                                         /* Run ended, update direct map. */
9790                                         error = pmap_change_props_locked(
9791                                             PHYS_TO_DMAP(pa_start),
9792                                             pa_end - pa_start, prot, mode,
9793                                             flags);
9794                                         if (error != 0)
9795                                                 break;
9796                                         /* Start physical address run. */
9797                                         pa_start = *pde & PG_PS_FRAME;
9798                                         pa_end = pa_start + NBPDR;
9799                                 }
9800                         }
9801                         tmpva = trunc_2mpage(tmpva) + NBPDR;
9802                 } else {
9803                         pte = pmap_pde_to_pte(pde, tmpva);
9804                         if ((*pte & pte_mask) != pte_bits) {
9805                                 pmap_pte_props(pte, pte_bits, pte_mask);
9806                                 changed = true;
9807                         }
9808                         if (tmpva >= VM_MIN_KERNEL_ADDRESS &&
9809                             (*pte & PG_FRAME) < dmaplimit) {
9810                                 if (pa_start == pa_end) {
9811                                         /* Start physical address run. */
9812                                         pa_start = *pte & PG_FRAME;
9813                                         pa_end = pa_start + PAGE_SIZE;
9814                                 } else if (pa_end == (*pte & PG_FRAME))
9815                                         pa_end += PAGE_SIZE;
9816                                 else {
9817                                         /* Run ended, update direct map. */
9818                                         error = pmap_change_props_locked(
9819                                             PHYS_TO_DMAP(pa_start),
9820                                             pa_end - pa_start, prot, mode,
9821                                             flags);
9822                                         if (error != 0)
9823                                                 break;
9824                                         /* Start physical address run. */
9825                                         pa_start = *pte & PG_FRAME;
9826                                         pa_end = pa_start + PAGE_SIZE;
9827                                 }
9828                         }
9829                         tmpva += PAGE_SIZE;
9830                 }
9831         }
9832         if (error == 0 && pa_start != pa_end && pa_start < dmaplimit) {
9833                 pa_end1 = MIN(pa_end, dmaplimit);
9834                 if (pa_start != pa_end1)
9835                         error = pmap_change_props_locked(PHYS_TO_DMAP(pa_start),
9836                             pa_end1 - pa_start, prot, mode, flags);
9837         }
9838
9839         /*
9840          * Flush CPU caches if required to make sure any data isn't cached that
9841          * shouldn't be, etc.
9842          */
9843         if (changed) {
9844                 pmap_invalidate_range(kernel_pmap, base, tmpva);
9845                 if ((flags & MAPDEV_FLUSHCACHE) != 0)
9846                         pmap_invalidate_cache_range(base, tmpva);
9847         }
9848         return (error);
9849 }
9850
9851 /*
9852  * Demotes any mapping within the direct map region that covers more than the
9853  * specified range of physical addresses.  This range's size must be a power
9854  * of two and its starting address must be a multiple of its size.  Since the
9855  * demotion does not change any attributes of the mapping, a TLB invalidation
9856  * is not mandatory.  The caller may, however, request a TLB invalidation.
9857  */
9858 void
9859 pmap_demote_DMAP(vm_paddr_t base, vm_size_t len, boolean_t invalidate)
9860 {
9861         pdp_entry_t *pdpe;
9862         pd_entry_t *pde;
9863         vm_offset_t va;
9864         boolean_t changed;
9865
9866         if (len == 0)
9867                 return;
9868         KASSERT(powerof2(len), ("pmap_demote_DMAP: len is not a power of 2"));
9869         KASSERT((base & (len - 1)) == 0,
9870             ("pmap_demote_DMAP: base is not a multiple of len"));
9871         if (len < NBPDP && base < dmaplimit) {
9872                 va = PHYS_TO_DMAP(base);
9873                 changed = FALSE;
9874                 PMAP_LOCK(kernel_pmap);
9875                 pdpe = pmap_pdpe(kernel_pmap, va);
9876                 if ((*pdpe & X86_PG_V) == 0)
9877                         panic("pmap_demote_DMAP: invalid PDPE");
9878                 if ((*pdpe & PG_PS) != 0) {
9879                         if (!pmap_demote_pdpe(kernel_pmap, pdpe, va))
9880                                 panic("pmap_demote_DMAP: PDPE failed");
9881                         changed = TRUE;
9882                 }
9883                 if (len < NBPDR) {
9884                         pde = pmap_pdpe_to_pde(pdpe, va);
9885                         if ((*pde & X86_PG_V) == 0)
9886                                 panic("pmap_demote_DMAP: invalid PDE");
9887                         if ((*pde & PG_PS) != 0) {
9888                                 if (!pmap_demote_pde(kernel_pmap, pde, va))
9889                                         panic("pmap_demote_DMAP: PDE failed");
9890                                 changed = TRUE;
9891                         }
9892                 }
9893                 if (changed && invalidate)
9894                         pmap_invalidate_page(kernel_pmap, va);
9895                 PMAP_UNLOCK(kernel_pmap);
9896         }
9897 }
9898
9899 /*
9900  * Perform the pmap work for mincore(2).  If the page is not both referenced and
9901  * modified by this pmap, returns its physical address so that the caller can
9902  * find other mappings.
9903  */
9904 int
9905 pmap_mincore(pmap_t pmap, vm_offset_t addr, vm_paddr_t *pap)
9906 {
9907         pdp_entry_t *pdpe;
9908         pd_entry_t *pdep;
9909         pt_entry_t pte, PG_A, PG_M, PG_RW, PG_V;
9910         vm_paddr_t pa;
9911         int val;
9912
9913         PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
9914         PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
9915         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
9916         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
9917
9918         PMAP_LOCK(pmap);
9919         pte = 0;
9920         pa = 0;
9921         val = 0;
9922         pdpe = pmap_pdpe(pmap, addr);
9923         if (pdpe == NULL)
9924                 goto out;
9925         if ((*pdpe & PG_V) != 0) {
9926                 if ((*pdpe & PG_PS) != 0) {
9927                         pte = *pdpe;
9928                         pa = ((pte & PG_PS_PDP_FRAME) | (addr & PDPMASK)) &
9929                             PG_FRAME;
9930                         val = MINCORE_PSIND(2);
9931                 } else {
9932                         pdep = pmap_pde(pmap, addr);
9933                         if (pdep != NULL && (*pdep & PG_V) != 0) {
9934                                 if ((*pdep & PG_PS) != 0) {
9935                                         pte = *pdep;
9936                         /* Compute the physical address of the 4KB page. */
9937                                         pa = ((pte & PG_PS_FRAME) | (addr &
9938                                             PDRMASK)) & PG_FRAME;
9939                                         val = MINCORE_PSIND(1);
9940                                 } else {
9941                                         pte = *pmap_pde_to_pte(pdep, addr);
9942                                         pa = pte & PG_FRAME;
9943                                         val = 0;
9944                                 }
9945                         }
9946                 }
9947         }
9948         if ((pte & PG_V) != 0) {
9949                 val |= MINCORE_INCORE;
9950                 if ((pte & (PG_M | PG_RW)) == (PG_M | PG_RW))
9951                         val |= MINCORE_MODIFIED | MINCORE_MODIFIED_OTHER;
9952                 if ((pte & PG_A) != 0)
9953                         val |= MINCORE_REFERENCED | MINCORE_REFERENCED_OTHER;
9954         }
9955         if ((val & (MINCORE_MODIFIED_OTHER | MINCORE_REFERENCED_OTHER)) !=
9956             (MINCORE_MODIFIED_OTHER | MINCORE_REFERENCED_OTHER) &&
9957             (pte & (PG_MANAGED | PG_V)) == (PG_MANAGED | PG_V)) {
9958                 *pap = pa;
9959         }
9960 out:
9961         PMAP_UNLOCK(pmap);
9962         return (val);
9963 }
9964
9965 static uint64_t
9966 pmap_pcid_alloc(pmap_t pmap, struct pmap_pcid *pcidp)
9967 {
9968         uint32_t gen, new_gen, pcid_next;
9969
9970         CRITICAL_ASSERT(curthread);
9971         gen = PCPU_GET(pcid_gen);
9972         if (pcidp->pm_pcid == PMAP_PCID_KERN)
9973                 return (pti ? 0 : CR3_PCID_SAVE);
9974         if (pcidp->pm_gen == gen)
9975                 return (CR3_PCID_SAVE);
9976         pcid_next = PCPU_GET(pcid_next);
9977         KASSERT((!pti && pcid_next <= PMAP_PCID_OVERMAX) ||
9978             (pti && pcid_next <= PMAP_PCID_OVERMAX_KERN),
9979             ("cpu %d pcid_next %#x", PCPU_GET(cpuid), pcid_next));
9980         if ((!pti && pcid_next == PMAP_PCID_OVERMAX) ||
9981             (pti && pcid_next == PMAP_PCID_OVERMAX_KERN)) {
9982                 new_gen = gen + 1;
9983                 if (new_gen == 0)
9984                         new_gen = 1;
9985                 PCPU_SET(pcid_gen, new_gen);
9986                 pcid_next = PMAP_PCID_KERN + 1;
9987         } else {
9988                 new_gen = gen;
9989         }
9990         pcidp->pm_pcid = pcid_next;
9991         pcidp->pm_gen = new_gen;
9992         PCPU_SET(pcid_next, pcid_next + 1);
9993         return (0);
9994 }
9995
9996 static uint64_t
9997 pmap_pcid_alloc_checked(pmap_t pmap, struct pmap_pcid *pcidp)
9998 {
9999         uint64_t cached;
10000
10001         cached = pmap_pcid_alloc(pmap, pcidp);
10002         KASSERT(pcidp->pm_pcid < PMAP_PCID_OVERMAX,
10003             ("pmap %p cpu %d pcid %#x", pmap, PCPU_GET(cpuid), pcidp->pm_pcid));
10004         KASSERT(pcidp->pm_pcid != PMAP_PCID_KERN || pmap == kernel_pmap,
10005             ("non-kernel pmap pmap %p cpu %d pcid %#x",
10006             pmap, PCPU_GET(cpuid), pcidp->pm_pcid));
10007         return (cached);
10008 }
10009
10010 static void
10011 pmap_activate_sw_pti_post(struct thread *td, pmap_t pmap)
10012 {
10013
10014         PCPU_GET(tssp)->tss_rsp0 = pmap->pm_ucr3 != PMAP_NO_CR3 ?
10015             PCPU_GET(pti_rsp0) : (uintptr_t)td->td_md.md_stack_base;
10016 }
10017
10018 static void
10019 pmap_activate_sw_pcid_pti(struct thread *td, pmap_t pmap, u_int cpuid)
10020 {
10021         pmap_t old_pmap;
10022         struct pmap_pcid *pcidp, *old_pcidp;
10023         uint64_t cached, cr3, kcr3, ucr3;
10024
10025         KASSERT((read_rflags() & PSL_I) == 0,
10026             ("PCID needs interrupts disabled in pmap_activate_sw()"));
10027
10028         /* See the comment in pmap_invalidate_page_pcid(). */
10029         if (PCPU_GET(ucr3_load_mask) != PMAP_UCR3_NOMASK) {
10030                 PCPU_SET(ucr3_load_mask, PMAP_UCR3_NOMASK);
10031                 old_pmap = PCPU_GET(curpmap);
10032                 MPASS(old_pmap->pm_ucr3 != PMAP_NO_CR3);
10033                 old_pcidp = zpcpu_get_cpu(old_pmap->pm_pcidp, cpuid);
10034                 old_pcidp->pm_gen = 0;
10035         }
10036
10037         pcidp = zpcpu_get_cpu(pmap->pm_pcidp, cpuid);
10038         cached = pmap_pcid_alloc_checked(pmap, pcidp);
10039         cr3 = rcr3();
10040         if ((cr3 & ~CR3_PCID_MASK) != pmap->pm_cr3)
10041                 load_cr3(pmap->pm_cr3 | pcidp->pm_pcid);
10042         PCPU_SET(curpmap, pmap);
10043         kcr3 = pmap->pm_cr3 | pcidp->pm_pcid;
10044         ucr3 = pmap->pm_ucr3 | pcidp->pm_pcid | PMAP_PCID_USER_PT;
10045
10046         if (!cached && pmap->pm_ucr3 != PMAP_NO_CR3)
10047                 PCPU_SET(ucr3_load_mask, ~CR3_PCID_SAVE);
10048
10049         PCPU_SET(kcr3, kcr3 | CR3_PCID_SAVE);
10050         PCPU_SET(ucr3, ucr3 | CR3_PCID_SAVE);
10051         if (cached)
10052                 counter_u64_add(pcid_save_cnt, 1);
10053
10054         pmap_activate_sw_pti_post(td, pmap);
10055 }
10056
10057 static void
10058 pmap_activate_sw_pcid_nopti(struct thread *td __unused, pmap_t pmap,
10059     u_int cpuid)
10060 {
10061         struct pmap_pcid *pcidp;
10062         uint64_t cached, cr3;
10063
10064         KASSERT((read_rflags() & PSL_I) == 0,
10065             ("PCID needs interrupts disabled in pmap_activate_sw()"));
10066
10067         pcidp = zpcpu_get_cpu(pmap->pm_pcidp, cpuid);
10068         cached = pmap_pcid_alloc_checked(pmap, pcidp);
10069         cr3 = rcr3();
10070         if (!cached || (cr3 & ~CR3_PCID_MASK) != pmap->pm_cr3)
10071                 load_cr3(pmap->pm_cr3 | pcidp->pm_pcid | cached);
10072         PCPU_SET(curpmap, pmap);
10073         if (cached)
10074                 counter_u64_add(pcid_save_cnt, 1);
10075 }
10076
10077 static void
10078 pmap_activate_sw_nopcid_nopti(struct thread *td __unused, pmap_t pmap,
10079     u_int cpuid __unused)
10080 {
10081
10082         load_cr3(pmap->pm_cr3);
10083         PCPU_SET(curpmap, pmap);
10084 }
10085
10086 static void
10087 pmap_activate_sw_nopcid_pti(struct thread *td, pmap_t pmap,
10088     u_int cpuid __unused)
10089 {
10090
10091         pmap_activate_sw_nopcid_nopti(td, pmap, cpuid);
10092         PCPU_SET(kcr3, pmap->pm_cr3);
10093         PCPU_SET(ucr3, pmap->pm_ucr3);
10094         pmap_activate_sw_pti_post(td, pmap);
10095 }
10096
10097 DEFINE_IFUNC(static, void, pmap_activate_sw_mode, (struct thread *, pmap_t,
10098     u_int))
10099 {
10100
10101         if (pmap_pcid_enabled && pti)
10102                 return (pmap_activate_sw_pcid_pti);
10103         else if (pmap_pcid_enabled && !pti)
10104                 return (pmap_activate_sw_pcid_nopti);
10105         else if (!pmap_pcid_enabled && pti)
10106                 return (pmap_activate_sw_nopcid_pti);
10107         else /* if (!pmap_pcid_enabled && !pti) */
10108                 return (pmap_activate_sw_nopcid_nopti);
10109 }
10110
10111 void
10112 pmap_activate_sw(struct thread *td)
10113 {
10114         pmap_t oldpmap, pmap;
10115         u_int cpuid;
10116
10117         oldpmap = PCPU_GET(curpmap);
10118         pmap = vmspace_pmap(td->td_proc->p_vmspace);
10119         if (oldpmap == pmap) {
10120                 if (cpu_vendor_id != CPU_VENDOR_INTEL)
10121                         mfence();
10122                 return;
10123         }
10124         cpuid = PCPU_GET(cpuid);
10125 #ifdef SMP
10126         CPU_SET_ATOMIC(cpuid, &pmap->pm_active);
10127 #else
10128         CPU_SET(cpuid, &pmap->pm_active);
10129 #endif
10130         pmap_activate_sw_mode(td, pmap, cpuid);
10131 #ifdef SMP
10132         CPU_CLR_ATOMIC(cpuid, &oldpmap->pm_active);
10133 #else
10134         CPU_CLR(cpuid, &oldpmap->pm_active);
10135 #endif
10136 }
10137
10138 void
10139 pmap_activate(struct thread *td)
10140 {
10141         /*
10142          * invltlb_{invpcid,}_pcid_handler() is used to handle an
10143          * invalidate_all IPI, which checks for curpmap ==
10144          * smp_tlb_pmap.  The below sequence of operations has a
10145          * window where %CR3 is loaded with the new pmap's PML4
10146          * address, but the curpmap value has not yet been updated.
10147          * This causes the invltlb IPI handler, which is called
10148          * between the updates, to execute as a NOP, which leaves
10149          * stale TLB entries.
10150          *
10151          * Note that the most common use of pmap_activate_sw(), from
10152          * a context switch, is immune to this race, because
10153          * interrupts are disabled (while the thread lock is owned),
10154          * so the IPI is delayed until after curpmap is updated.  Protect
10155          * other callers in a similar way, by disabling interrupts
10156          * around the %cr3 register reload and curpmap assignment.
10157          */
10158         spinlock_enter();
10159         pmap_activate_sw(td);
10160         spinlock_exit();
10161 }
10162
10163 void
10164 pmap_activate_boot(pmap_t pmap)
10165 {
10166         uint64_t kcr3;
10167         u_int cpuid;
10168
10169         /*
10170          * kernel_pmap must be never deactivated, and we ensure that
10171          * by never activating it at all.
10172          */
10173         MPASS(pmap != kernel_pmap);
10174
10175         cpuid = PCPU_GET(cpuid);
10176 #ifdef SMP
10177         CPU_SET_ATOMIC(cpuid, &pmap->pm_active);
10178 #else
10179         CPU_SET(cpuid, &pmap->pm_active);
10180 #endif
10181         PCPU_SET(curpmap, pmap);
10182         if (pti) {
10183                 kcr3 = pmap->pm_cr3;
10184                 if (pmap_pcid_enabled)
10185                         kcr3 |= pmap_get_pcid(pmap) | CR3_PCID_SAVE;
10186         } else {
10187                 kcr3 = PMAP_NO_CR3;
10188         }
10189         PCPU_SET(kcr3, kcr3);
10190         PCPU_SET(ucr3, PMAP_NO_CR3);
10191 }
10192
10193 void
10194 pmap_sync_icache(pmap_t pm, vm_offset_t va, vm_size_t sz)
10195 {
10196 }
10197
10198 /*
10199  *      Increase the starting virtual address of the given mapping if a
10200  *      different alignment might result in more superpage mappings.
10201  */
10202 void
10203 pmap_align_superpage(vm_object_t object, vm_ooffset_t offset,
10204     vm_offset_t *addr, vm_size_t size)
10205 {
10206         vm_offset_t superpage_offset;
10207
10208         if (size < NBPDR)
10209                 return;
10210         if (object != NULL && (object->flags & OBJ_COLORED) != 0)
10211                 offset += ptoa(object->pg_color);
10212         superpage_offset = offset & PDRMASK;
10213         if (size - ((NBPDR - superpage_offset) & PDRMASK) < NBPDR ||
10214             (*addr & PDRMASK) == superpage_offset)
10215                 return;
10216         if ((*addr & PDRMASK) < superpage_offset)
10217                 *addr = (*addr & ~PDRMASK) + superpage_offset;
10218         else
10219                 *addr = ((*addr + PDRMASK) & ~PDRMASK) + superpage_offset;
10220 }
10221
10222 #ifdef INVARIANTS
10223 static unsigned long num_dirty_emulations;
10224 SYSCTL_ULONG(_vm_pmap, OID_AUTO, num_dirty_emulations, CTLFLAG_RW,
10225              &num_dirty_emulations, 0, NULL);
10226
10227 static unsigned long num_accessed_emulations;
10228 SYSCTL_ULONG(_vm_pmap, OID_AUTO, num_accessed_emulations, CTLFLAG_RW,
10229              &num_accessed_emulations, 0, NULL);
10230
10231 static unsigned long num_superpage_accessed_emulations;
10232 SYSCTL_ULONG(_vm_pmap, OID_AUTO, num_superpage_accessed_emulations, CTLFLAG_RW,
10233              &num_superpage_accessed_emulations, 0, NULL);
10234
10235 static unsigned long ad_emulation_superpage_promotions;
10236 SYSCTL_ULONG(_vm_pmap, OID_AUTO, ad_emulation_superpage_promotions, CTLFLAG_RW,
10237              &ad_emulation_superpage_promotions, 0, NULL);
10238 #endif  /* INVARIANTS */
10239
10240 int
10241 pmap_emulate_accessed_dirty(pmap_t pmap, vm_offset_t va, int ftype)
10242 {
10243         int rv;
10244         struct rwlock *lock;
10245 #if VM_NRESERVLEVEL > 0
10246         vm_page_t m, mpte;
10247 #endif
10248         pd_entry_t *pde;
10249         pt_entry_t *pte, PG_A, PG_M, PG_RW, PG_V;
10250
10251         KASSERT(ftype == VM_PROT_READ || ftype == VM_PROT_WRITE,
10252             ("pmap_emulate_accessed_dirty: invalid fault type %d", ftype));
10253
10254         if (!pmap_emulate_ad_bits(pmap))
10255                 return (-1);
10256
10257         PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
10258         PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
10259         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
10260         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
10261
10262         rv = -1;
10263         lock = NULL;
10264         PMAP_LOCK(pmap);
10265
10266         pde = pmap_pde(pmap, va);
10267         if (pde == NULL || (*pde & PG_V) == 0)
10268                 goto done;
10269
10270         if ((*pde & PG_PS) != 0) {
10271                 if (ftype == VM_PROT_READ) {
10272 #ifdef INVARIANTS
10273                         atomic_add_long(&num_superpage_accessed_emulations, 1);
10274 #endif
10275                         *pde |= PG_A;
10276                         rv = 0;
10277                 }
10278                 goto done;
10279         }
10280
10281         pte = pmap_pde_to_pte(pde, va);
10282         if ((*pte & PG_V) == 0)
10283                 goto done;
10284
10285         if (ftype == VM_PROT_WRITE) {
10286                 if ((*pte & PG_RW) == 0)
10287                         goto done;
10288                 /*
10289                  * Set the modified and accessed bits simultaneously.
10290                  *
10291                  * Intel EPT PTEs that do software emulation of A/D bits map
10292                  * PG_A and PG_M to EPT_PG_READ and EPT_PG_WRITE respectively.
10293                  * An EPT misconfiguration is triggered if the PTE is writable
10294                  * but not readable (WR=10). This is avoided by setting PG_A
10295                  * and PG_M simultaneously.
10296                  */
10297                 *pte |= PG_M | PG_A;
10298         } else {
10299                 *pte |= PG_A;
10300         }
10301
10302 #if VM_NRESERVLEVEL > 0
10303         /* try to promote the mapping */
10304         if (va < VM_MAXUSER_ADDRESS)
10305                 mpte = PHYS_TO_VM_PAGE(*pde & PG_FRAME);
10306         else
10307                 mpte = NULL;
10308
10309         m = PHYS_TO_VM_PAGE(*pte & PG_FRAME);
10310
10311         if ((mpte == NULL || mpte->ref_count == NPTEPG) &&
10312             pmap_ps_enabled(pmap) &&
10313             (m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0 &&
10314             vm_reserv_level_iffullpop(m) == 0) {
10315                 pmap_promote_pde(pmap, pde, va, mpte, &lock);
10316 #ifdef INVARIANTS
10317                 atomic_add_long(&ad_emulation_superpage_promotions, 1);
10318 #endif
10319         }
10320 #endif
10321
10322 #ifdef INVARIANTS
10323         if (ftype == VM_PROT_WRITE)
10324                 atomic_add_long(&num_dirty_emulations, 1);
10325         else
10326                 atomic_add_long(&num_accessed_emulations, 1);
10327 #endif
10328         rv = 0;         /* success */
10329 done:
10330         if (lock != NULL)
10331                 rw_wunlock(lock);
10332         PMAP_UNLOCK(pmap);
10333         return (rv);
10334 }
10335
10336 void
10337 pmap_get_mapping(pmap_t pmap, vm_offset_t va, uint64_t *ptr, int *num)
10338 {
10339         pml4_entry_t *pml4;
10340         pdp_entry_t *pdp;
10341         pd_entry_t *pde;
10342         pt_entry_t *pte, PG_V;
10343         int idx;
10344
10345         idx = 0;
10346         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
10347         PMAP_LOCK(pmap);
10348
10349         pml4 = pmap_pml4e(pmap, va);
10350         if (pml4 == NULL)
10351                 goto done;
10352         ptr[idx++] = *pml4;
10353         if ((*pml4 & PG_V) == 0)
10354                 goto done;
10355
10356         pdp = pmap_pml4e_to_pdpe(pml4, va);
10357         ptr[idx++] = *pdp;
10358         if ((*pdp & PG_V) == 0 || (*pdp & PG_PS) != 0)
10359                 goto done;
10360
10361         pde = pmap_pdpe_to_pde(pdp, va);
10362         ptr[idx++] = *pde;
10363         if ((*pde & PG_V) == 0 || (*pde & PG_PS) != 0)
10364                 goto done;
10365
10366         pte = pmap_pde_to_pte(pde, va);
10367         ptr[idx++] = *pte;
10368
10369 done:
10370         PMAP_UNLOCK(pmap);
10371         *num = idx;
10372 }
10373
10374 /**
10375  * Get the kernel virtual address of a set of physical pages. If there are
10376  * physical addresses not covered by the DMAP perform a transient mapping
10377  * that will be removed when calling pmap_unmap_io_transient.
10378  *
10379  * \param page        The pages the caller wishes to obtain the virtual
10380  *                    address on the kernel memory map.
10381  * \param vaddr       On return contains the kernel virtual memory address
10382  *                    of the pages passed in the page parameter.
10383  * \param count       Number of pages passed in.
10384  * \param can_fault   true if the thread using the mapped pages can take
10385  *                    page faults, false otherwise.
10386  *
10387  * \returns true if the caller must call pmap_unmap_io_transient when
10388  *          finished or false otherwise.
10389  *
10390  */
10391 bool
10392 pmap_map_io_transient(vm_page_t page[], vm_offset_t vaddr[], int count,
10393     bool can_fault)
10394 {
10395         vm_paddr_t paddr;
10396         bool needs_mapping;
10397         pt_entry_t *pte;
10398         int cache_bits, error __unused, i;
10399
10400         /*
10401          * Allocate any KVA space that we need, this is done in a separate
10402          * loop to prevent calling vmem_alloc while pinned.
10403          */
10404         needs_mapping = false;
10405         for (i = 0; i < count; i++) {
10406                 paddr = VM_PAGE_TO_PHYS(page[i]);
10407                 if (__predict_false(paddr >= dmaplimit)) {
10408                         error = vmem_alloc(kernel_arena, PAGE_SIZE,
10409                             M_BESTFIT | M_WAITOK, &vaddr[i]);
10410                         KASSERT(error == 0, ("vmem_alloc failed: %d", error));
10411                         needs_mapping = true;
10412                 } else {
10413                         vaddr[i] = PHYS_TO_DMAP(paddr);
10414                 }
10415         }
10416
10417         /* Exit early if everything is covered by the DMAP */
10418         if (!needs_mapping)
10419                 return (false);
10420
10421         /*
10422          * NB:  The sequence of updating a page table followed by accesses
10423          * to the corresponding pages used in the !DMAP case is subject to
10424          * the situation described in the "AMD64 Architecture Programmer's
10425          * Manual Volume 2: System Programming" rev. 3.23, "7.3.1 Special
10426          * Coherency Considerations".  Therefore, issuing the INVLPG right
10427          * after modifying the PTE bits is crucial.
10428          */
10429         if (!can_fault)
10430                 sched_pin();
10431         for (i = 0; i < count; i++) {
10432                 paddr = VM_PAGE_TO_PHYS(page[i]);
10433                 if (paddr >= dmaplimit) {
10434                         if (can_fault) {
10435                                 /*
10436                                  * Slow path, since we can get page faults
10437                                  * while mappings are active don't pin the
10438                                  * thread to the CPU and instead add a global
10439                                  * mapping visible to all CPUs.
10440                                  */
10441                                 pmap_qenter(vaddr[i], &page[i], 1);
10442                         } else {
10443                                 pte = vtopte(vaddr[i]);
10444                                 cache_bits = pmap_cache_bits(kernel_pmap,
10445                                     page[i]->md.pat_mode, false);
10446                                 pte_store(pte, paddr | X86_PG_RW | X86_PG_V |
10447                                     cache_bits);
10448                                 pmap_invlpg(kernel_pmap, vaddr[i]);
10449                         }
10450                 }
10451         }
10452
10453         return (needs_mapping);
10454 }
10455
10456 void
10457 pmap_unmap_io_transient(vm_page_t page[], vm_offset_t vaddr[], int count,
10458     bool can_fault)
10459 {
10460         vm_paddr_t paddr;
10461         int i;
10462
10463         if (!can_fault)
10464                 sched_unpin();
10465         for (i = 0; i < count; i++) {
10466                 paddr = VM_PAGE_TO_PHYS(page[i]);
10467                 if (paddr >= dmaplimit) {
10468                         if (can_fault)
10469                                 pmap_qremove(vaddr[i], 1);
10470                         vmem_free(kernel_arena, vaddr[i], PAGE_SIZE);
10471                 }
10472         }
10473 }
10474
10475 vm_offset_t
10476 pmap_quick_enter_page(vm_page_t m)
10477 {
10478         vm_paddr_t paddr;
10479
10480         paddr = VM_PAGE_TO_PHYS(m);
10481         if (paddr < dmaplimit)
10482                 return (PHYS_TO_DMAP(paddr));
10483         mtx_lock_spin(&qframe_mtx);
10484         KASSERT(*vtopte(qframe) == 0, ("qframe busy"));
10485
10486         /*
10487          * Since qframe is exclusively mapped by us, and we do not set
10488          * PG_G, we can use INVLPG here.
10489          */
10490         invlpg(qframe);
10491
10492         pte_store(vtopte(qframe), paddr | X86_PG_RW | X86_PG_V | X86_PG_A |
10493             X86_PG_M | pmap_cache_bits(kernel_pmap, m->md.pat_mode, 0));
10494         return (qframe);
10495 }
10496
10497 void
10498 pmap_quick_remove_page(vm_offset_t addr)
10499 {
10500
10501         if (addr != qframe)
10502                 return;
10503         pte_store(vtopte(qframe), 0);
10504         mtx_unlock_spin(&qframe_mtx);
10505 }
10506
10507 /*
10508  * Pdp pages from the large map are managed differently from either
10509  * kernel or user page table pages.  They are permanently allocated at
10510  * initialization time, and their reference count is permanently set to
10511  * zero.  The pml4 entries pointing to those pages are copied into
10512  * each allocated pmap.
10513  *
10514  * In contrast, pd and pt pages are managed like user page table
10515  * pages.  They are dynamically allocated, and their reference count
10516  * represents the number of valid entries within the page.
10517  */
10518 static vm_page_t
10519 pmap_large_map_getptp_unlocked(void)
10520 {
10521         return (pmap_alloc_pt_page(kernel_pmap, 0, VM_ALLOC_ZERO));
10522 }
10523
10524 static vm_page_t
10525 pmap_large_map_getptp(void)
10526 {
10527         vm_page_t m;
10528
10529         PMAP_LOCK_ASSERT(kernel_pmap, MA_OWNED);
10530         m = pmap_large_map_getptp_unlocked();
10531         if (m == NULL) {
10532                 PMAP_UNLOCK(kernel_pmap);
10533                 vm_wait(NULL);
10534                 PMAP_LOCK(kernel_pmap);
10535                 /* Callers retry. */
10536         }
10537         return (m);
10538 }
10539
10540 static pdp_entry_t *
10541 pmap_large_map_pdpe(vm_offset_t va)
10542 {
10543         vm_pindex_t pml4_idx;
10544         vm_paddr_t mphys;
10545
10546         pml4_idx = pmap_pml4e_index(va);
10547         KASSERT(LMSPML4I <= pml4_idx && pml4_idx < LMSPML4I + lm_ents,
10548             ("pmap_large_map_pdpe: va %#jx out of range idx %#jx LMSPML4I "
10549             "%#jx lm_ents %d",
10550             (uintmax_t)va, (uintmax_t)pml4_idx, LMSPML4I, lm_ents));
10551         KASSERT((kernel_pml4[pml4_idx] & X86_PG_V) != 0,
10552             ("pmap_large_map_pdpe: invalid pml4 for va %#jx idx %#jx "
10553             "LMSPML4I %#jx lm_ents %d",
10554             (uintmax_t)va, (uintmax_t)pml4_idx, LMSPML4I, lm_ents));
10555         mphys = kernel_pml4[pml4_idx] & PG_FRAME;
10556         return ((pdp_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(mphys) + pmap_pdpe_index(va));
10557 }
10558
10559 static pd_entry_t *
10560 pmap_large_map_pde(vm_offset_t va)
10561 {
10562         pdp_entry_t *pdpe;
10563         vm_page_t m;
10564         vm_paddr_t mphys;
10565
10566 retry:
10567         pdpe = pmap_large_map_pdpe(va);
10568         if (*pdpe == 0) {
10569                 m = pmap_large_map_getptp();
10570                 if (m == NULL)
10571                         goto retry;
10572                 mphys = VM_PAGE_TO_PHYS(m);
10573                 *pdpe = mphys | X86_PG_A | X86_PG_RW | X86_PG_V | pg_nx;
10574         } else {
10575                 MPASS((*pdpe & X86_PG_PS) == 0);
10576                 mphys = *pdpe & PG_FRAME;
10577         }
10578         return ((pd_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(mphys) + pmap_pde_index(va));
10579 }
10580
10581 static pt_entry_t *
10582 pmap_large_map_pte(vm_offset_t va)
10583 {
10584         pd_entry_t *pde;
10585         vm_page_t m;
10586         vm_paddr_t mphys;
10587
10588 retry:
10589         pde = pmap_large_map_pde(va);
10590         if (*pde == 0) {
10591                 m = pmap_large_map_getptp();
10592                 if (m == NULL)
10593                         goto retry;
10594                 mphys = VM_PAGE_TO_PHYS(m);
10595                 *pde = mphys | X86_PG_A | X86_PG_RW | X86_PG_V | pg_nx;
10596                 PHYS_TO_VM_PAGE(DMAP_TO_PHYS((uintptr_t)pde))->ref_count++;
10597         } else {
10598                 MPASS((*pde & X86_PG_PS) == 0);
10599                 mphys = *pde & PG_FRAME;
10600         }
10601         return ((pt_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(mphys) + pmap_pte_index(va));
10602 }
10603
10604 static vm_paddr_t
10605 pmap_large_map_kextract(vm_offset_t va)
10606 {
10607         pdp_entry_t *pdpe, pdp;
10608         pd_entry_t *pde, pd;
10609         pt_entry_t *pte, pt;
10610
10611         KASSERT(PMAP_ADDRESS_IN_LARGEMAP(va),
10612             ("not largemap range %#lx", (u_long)va));
10613         pdpe = pmap_large_map_pdpe(va);
10614         pdp = *pdpe;
10615         KASSERT((pdp & X86_PG_V) != 0,
10616             ("invalid pdp va %#lx pdpe %#lx pdp %#lx", va,
10617             (u_long)pdpe, pdp));
10618         if ((pdp & X86_PG_PS) != 0) {
10619                 KASSERT((amd_feature & AMDID_PAGE1GB) != 0,
10620                     ("no 1G pages, va %#lx pdpe %#lx pdp %#lx", va,
10621                     (u_long)pdpe, pdp));
10622                 return ((pdp & PG_PS_PDP_FRAME) | (va & PDPMASK));
10623         }
10624         pde = pmap_pdpe_to_pde(pdpe, va);
10625         pd = *pde;
10626         KASSERT((pd & X86_PG_V) != 0,
10627             ("invalid pd va %#lx pde %#lx pd %#lx", va, (u_long)pde, pd));
10628         if ((pd & X86_PG_PS) != 0)
10629                 return ((pd & PG_PS_FRAME) | (va & PDRMASK));
10630         pte = pmap_pde_to_pte(pde, va);
10631         pt = *pte;
10632         KASSERT((pt & X86_PG_V) != 0,
10633             ("invalid pte va %#lx pte %#lx pt %#lx", va, (u_long)pte, pt));
10634         return ((pt & PG_FRAME) | (va & PAGE_MASK));
10635 }
10636
10637 static int
10638 pmap_large_map_getva(vm_size_t len, vm_offset_t align, vm_offset_t phase,
10639     vmem_addr_t *vmem_res)
10640 {
10641
10642         /*
10643          * Large mappings are all but static.  Consequently, there
10644          * is no point in waiting for an earlier allocation to be
10645          * freed.
10646          */
10647         return (vmem_xalloc(large_vmem, len, align, phase, 0, VMEM_ADDR_MIN,
10648             VMEM_ADDR_MAX, M_NOWAIT | M_BESTFIT, vmem_res));
10649 }
10650
10651 int
10652 pmap_large_map(vm_paddr_t spa, vm_size_t len, void **addr,
10653     vm_memattr_t mattr)
10654 {
10655         pdp_entry_t *pdpe;
10656         pd_entry_t *pde;
10657         pt_entry_t *pte;
10658         vm_offset_t va, inc;
10659         vmem_addr_t vmem_res;
10660         vm_paddr_t pa;
10661         int error;
10662
10663         if (len == 0 || spa + len < spa)
10664                 return (EINVAL);
10665
10666         /* See if DMAP can serve. */
10667         if (spa + len <= dmaplimit) {
10668                 va = PHYS_TO_DMAP(spa);
10669                 *addr = (void *)va;
10670                 return (pmap_change_attr(va, len, mattr));
10671         }
10672
10673         /*
10674          * No, allocate KVA.  Fit the address with best possible
10675          * alignment for superpages.  Fall back to worse align if
10676          * failed.
10677          */
10678         error = ENOMEM;
10679         if ((amd_feature & AMDID_PAGE1GB) != 0 && rounddown2(spa + len,
10680             NBPDP) >= roundup2(spa, NBPDP) + NBPDP)
10681                 error = pmap_large_map_getva(len, NBPDP, spa & PDPMASK,
10682                     &vmem_res);
10683         if (error != 0 && rounddown2(spa + len, NBPDR) >= roundup2(spa,
10684             NBPDR) + NBPDR)
10685                 error = pmap_large_map_getva(len, NBPDR, spa & PDRMASK,
10686                     &vmem_res);
10687         if (error != 0)
10688                 error = pmap_large_map_getva(len, PAGE_SIZE, 0, &vmem_res);
10689         if (error != 0)
10690                 return (error);
10691
10692         /*
10693          * Fill pagetable.  PG_M is not pre-set, we scan modified bits
10694          * in the pagetable to minimize flushing.  No need to
10695          * invalidate TLB, since we only update invalid entries.
10696          */
10697         PMAP_LOCK(kernel_pmap);
10698         for (pa = spa, va = vmem_res; len > 0; pa += inc, va += inc,
10699             len -= inc) {
10700                 if ((amd_feature & AMDID_PAGE1GB) != 0 && len >= NBPDP &&
10701                     (pa & PDPMASK) == 0 && (va & PDPMASK) == 0) {
10702                         pdpe = pmap_large_map_pdpe(va);
10703                         MPASS(*pdpe == 0);
10704                         *pdpe = pa | pg_g | X86_PG_PS | X86_PG_RW |
10705                             X86_PG_V | X86_PG_A | pg_nx |
10706                             pmap_cache_bits(kernel_pmap, mattr, TRUE);
10707                         inc = NBPDP;
10708                 } else if (len >= NBPDR && (pa & PDRMASK) == 0 &&
10709                     (va & PDRMASK) == 0) {
10710                         pde = pmap_large_map_pde(va);
10711                         MPASS(*pde == 0);
10712                         *pde = pa | pg_g | X86_PG_PS | X86_PG_RW |
10713                             X86_PG_V | X86_PG_A | pg_nx |
10714                             pmap_cache_bits(kernel_pmap, mattr, TRUE);
10715                         PHYS_TO_VM_PAGE(DMAP_TO_PHYS((uintptr_t)pde))->
10716                             ref_count++;
10717                         inc = NBPDR;
10718                 } else {
10719                         pte = pmap_large_map_pte(va);
10720                         MPASS(*pte == 0);
10721                         *pte = pa | pg_g | X86_PG_RW | X86_PG_V |
10722                             X86_PG_A | pg_nx | pmap_cache_bits(kernel_pmap,
10723                             mattr, FALSE);
10724                         PHYS_TO_VM_PAGE(DMAP_TO_PHYS((uintptr_t)pte))->
10725                             ref_count++;
10726                         inc = PAGE_SIZE;
10727                 }
10728         }
10729         PMAP_UNLOCK(kernel_pmap);
10730         MPASS(len == 0);
10731
10732         *addr = (void *)vmem_res;
10733         return (0);
10734 }
10735
10736 void
10737 pmap_large_unmap(void *svaa, vm_size_t len)
10738 {
10739         vm_offset_t sva, va;
10740         vm_size_t inc;
10741         pdp_entry_t *pdpe, pdp;
10742         pd_entry_t *pde, pd;
10743         pt_entry_t *pte;
10744         vm_page_t m;
10745         struct spglist spgf;
10746
10747         sva = (vm_offset_t)svaa;
10748         if (len == 0 || sva + len < sva || (sva >= DMAP_MIN_ADDRESS &&
10749             sva + len <= DMAP_MIN_ADDRESS + dmaplimit))
10750                 return;
10751
10752         SLIST_INIT(&spgf);
10753         KASSERT(PMAP_ADDRESS_IN_LARGEMAP(sva) &&
10754             PMAP_ADDRESS_IN_LARGEMAP(sva + len - 1),
10755             ("not largemap range %#lx %#lx", (u_long)svaa, (u_long)svaa + len));
10756         PMAP_LOCK(kernel_pmap);
10757         for (va = sva; va < sva + len; va += inc) {
10758                 pdpe = pmap_large_map_pdpe(va);
10759                 pdp = *pdpe;
10760                 KASSERT((pdp & X86_PG_V) != 0,
10761                     ("invalid pdp va %#lx pdpe %#lx pdp %#lx", va,
10762                     (u_long)pdpe, pdp));
10763                 if ((pdp & X86_PG_PS) != 0) {
10764                         KASSERT((amd_feature & AMDID_PAGE1GB) != 0,
10765                             ("no 1G pages, va %#lx pdpe %#lx pdp %#lx", va,
10766                             (u_long)pdpe, pdp));
10767                         KASSERT((va & PDPMASK) == 0,
10768                             ("PDPMASK bit set, va %#lx pdpe %#lx pdp %#lx", va,
10769                             (u_long)pdpe, pdp));
10770                         KASSERT(va + NBPDP <= sva + len,
10771                             ("unmap covers partial 1GB page, sva %#lx va %#lx "
10772                             "pdpe %#lx pdp %#lx len %#lx", sva, va,
10773                             (u_long)pdpe, pdp, len));
10774                         *pdpe = 0;
10775                         inc = NBPDP;
10776                         continue;
10777                 }
10778                 pde = pmap_pdpe_to_pde(pdpe, va);
10779                 pd = *pde;
10780                 KASSERT((pd & X86_PG_V) != 0,
10781                     ("invalid pd va %#lx pde %#lx pd %#lx", va,
10782                     (u_long)pde, pd));
10783                 if ((pd & X86_PG_PS) != 0) {
10784                         KASSERT((va & PDRMASK) == 0,
10785                             ("PDRMASK bit set, va %#lx pde %#lx pd %#lx", va,
10786                             (u_long)pde, pd));
10787                         KASSERT(va + NBPDR <= sva + len,
10788                             ("unmap covers partial 2MB page, sva %#lx va %#lx "
10789                             "pde %#lx pd %#lx len %#lx", sva, va, (u_long)pde,
10790                             pd, len));
10791                         pde_store(pde, 0);
10792                         inc = NBPDR;
10793                         m = PHYS_TO_VM_PAGE(DMAP_TO_PHYS((vm_offset_t)pde));
10794                         m->ref_count--;
10795                         if (m->ref_count == 0) {
10796                                 *pdpe = 0;
10797                                 SLIST_INSERT_HEAD(&spgf, m, plinks.s.ss);
10798                         }
10799                         continue;
10800                 }
10801                 pte = pmap_pde_to_pte(pde, va);
10802                 KASSERT((*pte & X86_PG_V) != 0,
10803                     ("invalid pte va %#lx pte %#lx pt %#lx", va,
10804                     (u_long)pte, *pte));
10805                 pte_clear(pte);
10806                 inc = PAGE_SIZE;
10807                 m = PHYS_TO_VM_PAGE(DMAP_TO_PHYS((vm_offset_t)pte));
10808                 m->ref_count--;
10809                 if (m->ref_count == 0) {
10810                         *pde = 0;
10811                         SLIST_INSERT_HEAD(&spgf, m, plinks.s.ss);
10812                         m = PHYS_TO_VM_PAGE(DMAP_TO_PHYS((vm_offset_t)pde));
10813                         m->ref_count--;
10814                         if (m->ref_count == 0) {
10815                                 *pdpe = 0;
10816                                 SLIST_INSERT_HEAD(&spgf, m, plinks.s.ss);
10817                         }
10818                 }
10819         }
10820         pmap_invalidate_range(kernel_pmap, sva, sva + len);
10821         PMAP_UNLOCK(kernel_pmap);
10822         vm_page_free_pages_toq(&spgf, false);
10823         vmem_free(large_vmem, sva, len);
10824 }
10825
10826 static void
10827 pmap_large_map_wb_fence_mfence(void)
10828 {
10829
10830         mfence();
10831 }
10832
10833 static void
10834 pmap_large_map_wb_fence_atomic(void)
10835 {
10836
10837         atomic_thread_fence_seq_cst();
10838 }
10839
10840 static void
10841 pmap_large_map_wb_fence_nop(void)
10842 {
10843 }
10844
10845 DEFINE_IFUNC(static, void, pmap_large_map_wb_fence, (void))
10846 {
10847
10848         if (cpu_vendor_id != CPU_VENDOR_INTEL)
10849                 return (pmap_large_map_wb_fence_mfence);
10850         else if ((cpu_stdext_feature & (CPUID_STDEXT_CLWB |
10851             CPUID_STDEXT_CLFLUSHOPT)) == 0)
10852                 return (pmap_large_map_wb_fence_atomic);
10853         else
10854                 /* clflush is strongly enough ordered */
10855                 return (pmap_large_map_wb_fence_nop);
10856 }
10857
10858 static void
10859 pmap_large_map_flush_range_clwb(vm_offset_t va, vm_size_t len)
10860 {
10861
10862         for (; len > 0; len -= cpu_clflush_line_size,
10863             va += cpu_clflush_line_size)
10864                 clwb(va);
10865 }
10866
10867 static void
10868 pmap_large_map_flush_range_clflushopt(vm_offset_t va, vm_size_t len)
10869 {
10870
10871         for (; len > 0; len -= cpu_clflush_line_size,
10872             va += cpu_clflush_line_size)
10873                 clflushopt(va);
10874 }
10875
10876 static void
10877 pmap_large_map_flush_range_clflush(vm_offset_t va, vm_size_t len)
10878 {
10879
10880         for (; len > 0; len -= cpu_clflush_line_size,
10881             va += cpu_clflush_line_size)
10882                 clflush(va);
10883 }
10884
10885 static void
10886 pmap_large_map_flush_range_nop(vm_offset_t sva __unused, vm_size_t len __unused)
10887 {
10888 }
10889
10890 DEFINE_IFUNC(static, void, pmap_large_map_flush_range, (vm_offset_t, vm_size_t))
10891 {
10892
10893         if ((cpu_stdext_feature & CPUID_STDEXT_CLWB) != 0)
10894                 return (pmap_large_map_flush_range_clwb);
10895         else if ((cpu_stdext_feature & CPUID_STDEXT_CLFLUSHOPT) != 0)
10896                 return (pmap_large_map_flush_range_clflushopt);
10897         else if ((cpu_feature & CPUID_CLFSH) != 0)
10898                 return (pmap_large_map_flush_range_clflush);
10899         else
10900                 return (pmap_large_map_flush_range_nop);
10901 }
10902
10903 static void
10904 pmap_large_map_wb_large(vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
10905 {
10906         volatile u_long *pe;
10907         u_long p;
10908         vm_offset_t va;
10909         vm_size_t inc;
10910         bool seen_other;
10911
10912         for (va = sva; va < eva; va += inc) {
10913                 inc = 0;
10914                 if ((amd_feature & AMDID_PAGE1GB) != 0) {
10915                         pe = (volatile u_long *)pmap_large_map_pdpe(va);
10916                         p = *pe;
10917                         if ((p & X86_PG_PS) != 0)
10918                                 inc = NBPDP;
10919                 }
10920                 if (inc == 0) {
10921                         pe = (volatile u_long *)pmap_large_map_pde(va);
10922                         p = *pe;
10923                         if ((p & X86_PG_PS) != 0)
10924                                 inc = NBPDR;
10925                 }
10926                 if (inc == 0) {
10927                         pe = (volatile u_long *)pmap_large_map_pte(va);
10928                         p = *pe;
10929                         inc = PAGE_SIZE;
10930                 }
10931                 seen_other = false;
10932                 for (;;) {
10933                         if ((p & X86_PG_AVAIL1) != 0) {
10934                                 /*
10935                                  * Spin-wait for the end of a parallel
10936                                  * write-back.
10937                                  */
10938                                 cpu_spinwait();
10939                                 p = *pe;
10940
10941                                 /*
10942                                  * If we saw other write-back
10943                                  * occuring, we cannot rely on PG_M to
10944                                  * indicate state of the cache.  The
10945                                  * PG_M bit is cleared before the
10946                                  * flush to avoid ignoring new writes,
10947                                  * and writes which are relevant for
10948                                  * us might happen after.
10949                                  */
10950                                 seen_other = true;
10951                                 continue;
10952                         }
10953
10954                         if ((p & X86_PG_M) != 0 || seen_other) {
10955                                 if (!atomic_fcmpset_long(pe, &p,
10956                                     (p & ~X86_PG_M) | X86_PG_AVAIL1))
10957                                         /*
10958                                          * If we saw PG_M without
10959                                          * PG_AVAIL1, and then on the
10960                                          * next attempt we do not
10961                                          * observe either PG_M or
10962                                          * PG_AVAIL1, the other
10963                                          * write-back started after us
10964                                          * and finished before us.  We
10965                                          * can rely on it doing our
10966                                          * work.
10967                                          */
10968                                         continue;
10969                                 pmap_large_map_flush_range(va, inc);
10970                                 atomic_clear_long(pe, X86_PG_AVAIL1);
10971                         }
10972                         break;
10973                 }
10974                 maybe_yield();
10975         }
10976 }
10977
10978 /*
10979  * Write-back cache lines for the given address range.
10980  *
10981  * Must be called only on the range or sub-range returned from
10982  * pmap_large_map().  Must not be called on the coalesced ranges.
10983  *
10984  * Does nothing on CPUs without CLWB, CLFLUSHOPT, or CLFLUSH
10985  * instructions support.
10986  */
10987 void
10988 pmap_large_map_wb(void *svap, vm_size_t len)
10989 {
10990         vm_offset_t eva, sva;
10991
10992         sva = (vm_offset_t)svap;
10993         eva = sva + len;
10994         pmap_large_map_wb_fence();
10995         if (sva >= DMAP_MIN_ADDRESS && eva <= DMAP_MIN_ADDRESS + dmaplimit) {
10996                 pmap_large_map_flush_range(sva, len);
10997         } else {
10998                 KASSERT(sva >= LARGEMAP_MIN_ADDRESS &&
10999                     eva <= LARGEMAP_MIN_ADDRESS + lm_ents * NBPML4,
11000                     ("pmap_large_map_wb: not largemap %#lx %#lx", sva, len));
11001                 pmap_large_map_wb_large(sva, eva);
11002         }
11003         pmap_large_map_wb_fence();
11004 }
11005
11006 static vm_page_t
11007 pmap_pti_alloc_page(void)
11008 {
11009         vm_page_t m;
11010
11011         VM_OBJECT_ASSERT_WLOCKED(pti_obj);
11012         m = vm_page_grab(pti_obj, pti_pg_idx++, VM_ALLOC_WIRED | VM_ALLOC_ZERO);
11013         return (m);
11014 }
11015
11016 static bool
11017 pmap_pti_free_page(vm_page_t m)
11018 {
11019         if (!vm_page_unwire_noq(m))
11020                 return (false);
11021         vm_page_xbusy_claim(m);
11022         vm_page_free_zero(m);
11023         return (true);
11024 }
11025
11026 static void
11027 pmap_pti_init(void)
11028 {
11029         vm_page_t pml4_pg;
11030         pdp_entry_t *pdpe;
11031         vm_offset_t va;
11032         int i;
11033
11034         if (!pti)
11035                 return;
11036         pti_obj = vm_pager_allocate(OBJT_PHYS, NULL, 0, VM_PROT_ALL, 0, NULL);
11037         VM_OBJECT_WLOCK(pti_obj);
11038         pml4_pg = pmap_pti_alloc_page();
11039         pti_pml4 = (pml4_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(pml4_pg));
11040         for (va = VM_MIN_KERNEL_ADDRESS; va <= VM_MAX_KERNEL_ADDRESS &&
11041             va >= VM_MIN_KERNEL_ADDRESS && va > NBPML4; va += NBPML4) {
11042                 pdpe = pmap_pti_pdpe(va);
11043                 pmap_pti_wire_pte(pdpe);
11044         }
11045         pmap_pti_add_kva_locked((vm_offset_t)&__pcpu[0],
11046             (vm_offset_t)&__pcpu[0] + sizeof(__pcpu[0]) * MAXCPU, false);
11047         pmap_pti_add_kva_locked((vm_offset_t)idt, (vm_offset_t)idt +
11048             sizeof(struct gate_descriptor) * NIDT, false);
11049         CPU_FOREACH(i) {
11050                 /* Doublefault stack IST 1 */
11051                 va = __pcpu[i].pc_common_tss.tss_ist1 + sizeof(struct nmi_pcpu);
11052                 pmap_pti_add_kva_locked(va - DBLFAULT_STACK_SIZE, va, false);
11053                 /* NMI stack IST 2 */
11054                 va = __pcpu[i].pc_common_tss.tss_ist2 + sizeof(struct nmi_pcpu);
11055                 pmap_pti_add_kva_locked(va - NMI_STACK_SIZE, va, false);
11056                 /* MC# stack IST 3 */
11057                 va = __pcpu[i].pc_common_tss.tss_ist3 +
11058                     sizeof(struct nmi_pcpu);
11059                 pmap_pti_add_kva_locked(va - MCE_STACK_SIZE, va, false);
11060                 /* DB# stack IST 4 */
11061                 va = __pcpu[i].pc_common_tss.tss_ist4 + sizeof(struct nmi_pcpu);
11062                 pmap_pti_add_kva_locked(va - DBG_STACK_SIZE, va, false);
11063         }
11064         pmap_pti_add_kva_locked((vm_offset_t)KERNSTART, (vm_offset_t)etext,
11065             true);
11066         pti_finalized = true;
11067         VM_OBJECT_WUNLOCK(pti_obj);
11068 }
11069
11070 static void
11071 pmap_cpu_init(void *arg __unused)
11072 {
11073         CPU_COPY(&all_cpus, &kernel_pmap->pm_active);
11074         pmap_pti_init();
11075 }
11076 SYSINIT(pmap_cpu, SI_SUB_CPU + 1, SI_ORDER_ANY, pmap_cpu_init, NULL);
11077
11078 static pdp_entry_t *
11079 pmap_pti_pdpe(vm_offset_t va)
11080 {
11081         pml4_entry_t *pml4e;
11082         pdp_entry_t *pdpe;
11083         vm_page_t m;
11084         vm_pindex_t pml4_idx;
11085         vm_paddr_t mphys;
11086
11087         VM_OBJECT_ASSERT_WLOCKED(pti_obj);
11088
11089         pml4_idx = pmap_pml4e_index(va);
11090         pml4e = &pti_pml4[pml4_idx];
11091         m = NULL;
11092         if (*pml4e == 0) {
11093                 if (pti_finalized)
11094                         panic("pml4 alloc after finalization\n");
11095                 m = pmap_pti_alloc_page();
11096                 if (*pml4e != 0) {
11097                         pmap_pti_free_page(m);
11098                         mphys = *pml4e & ~PAGE_MASK;
11099                 } else {
11100                         mphys = VM_PAGE_TO_PHYS(m);
11101                         *pml4e = mphys | X86_PG_RW | X86_PG_V;
11102                 }
11103         } else {
11104                 mphys = *pml4e & ~PAGE_MASK;
11105         }
11106         pdpe = (pdp_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(mphys) + pmap_pdpe_index(va);
11107         return (pdpe);
11108 }
11109
11110 static void
11111 pmap_pti_wire_pte(void *pte)
11112 {
11113         vm_page_t m;
11114
11115         VM_OBJECT_ASSERT_WLOCKED(pti_obj);
11116         m = PHYS_TO_VM_PAGE(DMAP_TO_PHYS((uintptr_t)pte));
11117         m->ref_count++;
11118 }
11119
11120 static void
11121 pmap_pti_unwire_pde(void *pde, bool only_ref)
11122 {
11123         vm_page_t m;
11124
11125         VM_OBJECT_ASSERT_WLOCKED(pti_obj);
11126         m = PHYS_TO_VM_PAGE(DMAP_TO_PHYS((uintptr_t)pde));
11127         MPASS(only_ref || m->ref_count > 1);
11128         pmap_pti_free_page(m);
11129 }
11130
11131 static void
11132 pmap_pti_unwire_pte(void *pte, vm_offset_t va)
11133 {
11134         vm_page_t m;
11135         pd_entry_t *pde;
11136
11137         VM_OBJECT_ASSERT_WLOCKED(pti_obj);
11138         m = PHYS_TO_VM_PAGE(DMAP_TO_PHYS((uintptr_t)pte));
11139         if (pmap_pti_free_page(m)) {
11140                 pde = pmap_pti_pde(va);
11141                 MPASS((*pde & (X86_PG_PS | X86_PG_V)) == X86_PG_V);
11142                 *pde = 0;
11143                 pmap_pti_unwire_pde(pde, false);
11144         }
11145 }
11146
11147 static pd_entry_t *
11148 pmap_pti_pde(vm_offset_t va)
11149 {
11150         pdp_entry_t *pdpe;
11151         pd_entry_t *pde;
11152         vm_page_t m;
11153         vm_pindex_t pd_idx;
11154         vm_paddr_t mphys;
11155
11156         VM_OBJECT_ASSERT_WLOCKED(pti_obj);
11157
11158         pdpe = pmap_pti_pdpe(va);
11159         if (*pdpe == 0) {
11160                 m = pmap_pti_alloc_page();
11161                 if (*pdpe != 0) {
11162                         pmap_pti_free_page(m);
11163                         MPASS((*pdpe & X86_PG_PS) == 0);
11164                         mphys = *pdpe & ~PAGE_MASK;
11165                 } else {
11166                         mphys =  VM_PAGE_TO_PHYS(m);
11167                         *pdpe = mphys | X86_PG_RW | X86_PG_V;
11168                 }
11169         } else {
11170                 MPASS((*pdpe & X86_PG_PS) == 0);
11171                 mphys = *pdpe & ~PAGE_MASK;
11172         }
11173
11174         pde = (pd_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(mphys);
11175         pd_idx = pmap_pde_index(va);
11176         pde += pd_idx;
11177         return (pde);
11178 }
11179
11180 static pt_entry_t *
11181 pmap_pti_pte(vm_offset_t va, bool *unwire_pde)
11182 {
11183         pd_entry_t *pde;
11184         pt_entry_t *pte;
11185         vm_page_t m;
11186         vm_paddr_t mphys;
11187
11188         VM_OBJECT_ASSERT_WLOCKED(pti_obj);
11189
11190         pde = pmap_pti_pde(va);
11191         if (unwire_pde != NULL) {
11192                 *unwire_pde = true;
11193                 pmap_pti_wire_pte(pde);
11194         }
11195         if (*pde == 0) {
11196                 m = pmap_pti_alloc_page();
11197                 if (*pde != 0) {
11198                         pmap_pti_free_page(m);
11199                         MPASS((*pde & X86_PG_PS) == 0);
11200                         mphys = *pde & ~(PAGE_MASK | pg_nx);
11201                 } else {
11202                         mphys = VM_PAGE_TO_PHYS(m);
11203                         *pde = mphys | X86_PG_RW | X86_PG_V;
11204                         if (unwire_pde != NULL)
11205                                 *unwire_pde = false;
11206                 }
11207         } else {
11208                 MPASS((*pde & X86_PG_PS) == 0);
11209                 mphys = *pde & ~(PAGE_MASK | pg_nx);
11210         }
11211
11212         pte = (pt_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(mphys);
11213         pte += pmap_pte_index(va);
11214
11215         return (pte);
11216 }
11217
11218 static void
11219 pmap_pti_add_kva_locked(vm_offset_t sva, vm_offset_t eva, bool exec)
11220 {
11221         vm_paddr_t pa;
11222         pd_entry_t *pde;
11223         pt_entry_t *pte, ptev;
11224         bool unwire_pde;
11225
11226         VM_OBJECT_ASSERT_WLOCKED(pti_obj);
11227
11228         sva = trunc_page(sva);
11229         MPASS(sva > VM_MAXUSER_ADDRESS);
11230         eva = round_page(eva);
11231         MPASS(sva < eva);
11232         for (; sva < eva; sva += PAGE_SIZE) {
11233                 pte = pmap_pti_pte(sva, &unwire_pde);
11234                 pa = pmap_kextract(sva);
11235                 ptev = pa | X86_PG_RW | X86_PG_V | X86_PG_A | X86_PG_G |
11236                     (exec ? 0 : pg_nx) | pmap_cache_bits(kernel_pmap,
11237                     VM_MEMATTR_DEFAULT, FALSE);
11238                 if (*pte == 0) {
11239                         pte_store(pte, ptev);
11240                         pmap_pti_wire_pte(pte);
11241                 } else {
11242                         KASSERT(!pti_finalized,
11243                             ("pti overlap after fin %#lx %#lx %#lx",
11244                             sva, *pte, ptev));
11245                         KASSERT(*pte == ptev,
11246                             ("pti non-identical pte after fin %#lx %#lx %#lx",
11247                             sva, *pte, ptev));
11248                 }
11249                 if (unwire_pde) {
11250                         pde = pmap_pti_pde(sva);
11251                         pmap_pti_unwire_pde(pde, true);
11252                 }
11253         }
11254 }
11255
11256 void
11257 pmap_pti_add_kva(vm_offset_t sva, vm_offset_t eva, bool exec)
11258 {
11259
11260         if (!pti)
11261                 return;
11262         VM_OBJECT_WLOCK(pti_obj);
11263         pmap_pti_add_kva_locked(sva, eva, exec);
11264         VM_OBJECT_WUNLOCK(pti_obj);
11265 }
11266
11267 void
11268 pmap_pti_remove_kva(vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
11269 {
11270         pt_entry_t *pte;
11271         vm_offset_t va;
11272
11273         if (!pti)
11274                 return;
11275         sva = rounddown2(sva, PAGE_SIZE);
11276         MPASS(sva > VM_MAXUSER_ADDRESS);
11277         eva = roundup2(eva, PAGE_SIZE);
11278         MPASS(sva < eva);
11279         VM_OBJECT_WLOCK(pti_obj);
11280         for (va = sva; va < eva; va += PAGE_SIZE) {
11281                 pte = pmap_pti_pte(va, NULL);
11282                 KASSERT((*pte & X86_PG_V) != 0,
11283                     ("invalid pte va %#lx pte %#lx pt %#lx", va,
11284                     (u_long)pte, *pte));
11285                 pte_clear(pte);
11286                 pmap_pti_unwire_pte(pte, va);
11287         }
11288         pmap_invalidate_range(kernel_pmap, sva, eva);
11289         VM_OBJECT_WUNLOCK(pti_obj);
11290 }
11291
11292 static void *
11293 pkru_dup_range(void *ctx __unused, void *data)
11294 {
11295         struct pmap_pkru_range *node, *new_node;
11296
11297         new_node = uma_zalloc(pmap_pkru_ranges_zone, M_NOWAIT);
11298         if (new_node == NULL)
11299                 return (NULL);
11300         node = data;
11301         memcpy(new_node, node, sizeof(*node));
11302         return (new_node);
11303 }
11304
11305 static void
11306 pkru_free_range(void *ctx __unused, void *node)
11307 {
11308
11309         uma_zfree(pmap_pkru_ranges_zone, node);
11310 }
11311
11312 static int
11313 pmap_pkru_assign(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva, u_int keyidx,
11314     int flags)
11315 {
11316         struct pmap_pkru_range *ppr;
11317         int error;
11318
11319         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
11320         MPASS(pmap->pm_type == PT_X86);
11321         MPASS((cpu_stdext_feature2 & CPUID_STDEXT2_PKU) != 0);
11322         if ((flags & AMD64_PKRU_EXCL) != 0 &&
11323             !rangeset_check_empty(&pmap->pm_pkru, sva, eva))
11324                 return (EBUSY);
11325         ppr = uma_zalloc(pmap_pkru_ranges_zone, M_NOWAIT);
11326         if (ppr == NULL)
11327                 return (ENOMEM);
11328         ppr->pkru_keyidx = keyidx;
11329         ppr->pkru_flags = flags & AMD64_PKRU_PERSIST;
11330         error = rangeset_insert(&pmap->pm_pkru, sva, eva, ppr);
11331         if (error != 0)
11332                 uma_zfree(pmap_pkru_ranges_zone, ppr);
11333         return (error);
11334 }
11335
11336 static int
11337 pmap_pkru_deassign(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
11338 {
11339
11340         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
11341         MPASS(pmap->pm_type == PT_X86);
11342         MPASS((cpu_stdext_feature2 & CPUID_STDEXT2_PKU) != 0);
11343         return (rangeset_remove(&pmap->pm_pkru, sva, eva));
11344 }
11345
11346 static void
11347 pmap_pkru_deassign_all(pmap_t pmap)
11348 {
11349
11350         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
11351         if (pmap->pm_type == PT_X86 &&
11352             (cpu_stdext_feature2 & CPUID_STDEXT2_PKU) != 0)
11353                 rangeset_remove_all(&pmap->pm_pkru);
11354 }
11355
11356 static bool
11357 pmap_pkru_same(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
11358 {
11359         struct pmap_pkru_range *ppr, *prev_ppr;
11360         vm_offset_t va;
11361
11362         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
11363         if (pmap->pm_type != PT_X86 ||
11364             (cpu_stdext_feature2 & CPUID_STDEXT2_PKU) == 0 ||
11365             sva >= VM_MAXUSER_ADDRESS)
11366                 return (true);
11367         MPASS(eva <= VM_MAXUSER_ADDRESS);
11368         for (va = sva; va < eva; prev_ppr = ppr) {
11369                 ppr = rangeset_lookup(&pmap->pm_pkru, va);
11370                 if (va == sva)
11371                         prev_ppr = ppr;
11372                 else if ((ppr == NULL) ^ (prev_ppr == NULL))
11373                         return (false);
11374                 if (ppr == NULL) {
11375                         va += PAGE_SIZE;
11376                         continue;
11377                 }
11378                 if (prev_ppr->pkru_keyidx != ppr->pkru_keyidx)
11379                         return (false);
11380                 va = ppr->pkru_rs_el.re_end;
11381         }
11382         return (true);
11383 }
11384
11385 static pt_entry_t
11386 pmap_pkru_get(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
11387 {
11388         struct pmap_pkru_range *ppr;
11389
11390         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
11391         if (pmap->pm_type != PT_X86 ||
11392             (cpu_stdext_feature2 & CPUID_STDEXT2_PKU) == 0 ||
11393             va >= VM_MAXUSER_ADDRESS)
11394                 return (0);
11395         ppr = rangeset_lookup(&pmap->pm_pkru, va);
11396         if (ppr != NULL)
11397                 return (X86_PG_PKU(ppr->pkru_keyidx));
11398         return (0);
11399 }
11400
11401 static bool
11402 pred_pkru_on_remove(void *ctx __unused, void *r)
11403 {
11404         struct pmap_pkru_range *ppr;
11405
11406         ppr = r;
11407         return ((ppr->pkru_flags & AMD64_PKRU_PERSIST) == 0);
11408 }
11409
11410 static void
11411 pmap_pkru_on_remove(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
11412 {
11413
11414         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
11415         if (pmap->pm_type == PT_X86 &&
11416             (cpu_stdext_feature2 & CPUID_STDEXT2_PKU) != 0) {
11417                 rangeset_remove_pred(&pmap->pm_pkru, sva, eva,
11418                     pred_pkru_on_remove);
11419         }
11420 }
11421
11422 static int
11423 pmap_pkru_copy(pmap_t dst_pmap, pmap_t src_pmap)
11424 {
11425
11426         PMAP_LOCK_ASSERT(dst_pmap, MA_OWNED);
11427         PMAP_LOCK_ASSERT(src_pmap, MA_OWNED);
11428         MPASS(dst_pmap->pm_type == PT_X86);
11429         MPASS(src_pmap->pm_type == PT_X86);
11430         MPASS((cpu_stdext_feature2 & CPUID_STDEXT2_PKU) != 0);
11431         if (src_pmap->pm_pkru.rs_data_ctx == NULL)
11432                 return (0);
11433         return (rangeset_copy(&dst_pmap->pm_pkru, &src_pmap->pm_pkru));
11434 }
11435
11436 static void
11437 pmap_pkru_update_range(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva,
11438     u_int keyidx)
11439 {
11440         pml4_entry_t *pml4e;
11441         pdp_entry_t *pdpe;
11442         pd_entry_t newpde, ptpaddr, *pde;
11443         pt_entry_t newpte, *ptep, pte;
11444         vm_offset_t va, va_next;
11445         bool changed;
11446
11447         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
11448         MPASS(pmap->pm_type == PT_X86);
11449         MPASS(keyidx <= PMAP_MAX_PKRU_IDX);
11450
11451         for (changed = false, va = sva; va < eva; va = va_next) {
11452                 pml4e = pmap_pml4e(pmap, va);
11453                 if (pml4e == NULL || (*pml4e & X86_PG_V) == 0) {
11454                         va_next = (va + NBPML4) & ~PML4MASK;
11455                         if (va_next < va)
11456                                 va_next = eva;
11457                         continue;
11458                 }
11459
11460                 pdpe = pmap_pml4e_to_pdpe(pml4e, va);
11461                 if ((*pdpe & X86_PG_V) == 0) {
11462                         va_next = (va + NBPDP) & ~PDPMASK;
11463                         if (va_next < va)
11464                                 va_next = eva;
11465                         continue;
11466                 }
11467
11468                 va_next = (va + NBPDR) & ~PDRMASK;
11469                 if (va_next < va)
11470                         va_next = eva;
11471
11472                 pde = pmap_pdpe_to_pde(pdpe, va);
11473                 ptpaddr = *pde;
11474                 if (ptpaddr == 0)
11475                         continue;
11476
11477                 MPASS((ptpaddr & X86_PG_V) != 0);
11478                 if ((ptpaddr & PG_PS) != 0) {
11479                         if (va + NBPDR == va_next && eva >= va_next) {
11480                                 newpde = (ptpaddr & ~X86_PG_PKU_MASK) |
11481                                     X86_PG_PKU(keyidx);
11482                                 if (newpde != ptpaddr) {
11483                                         *pde = newpde;
11484                                         changed = true;
11485                                 }
11486                                 continue;
11487                         } else if (!pmap_demote_pde(pmap, pde, va)) {
11488                                 continue;
11489                         }
11490                 }
11491
11492                 if (va_next > eva)
11493                         va_next = eva;
11494
11495                 for (ptep = pmap_pde_to_pte(pde, va); va != va_next;
11496                     ptep++, va += PAGE_SIZE) {
11497                         pte = *ptep;
11498                         if ((pte & X86_PG_V) == 0)
11499                                 continue;
11500                         newpte = (pte & ~X86_PG_PKU_MASK) | X86_PG_PKU(keyidx);
11501                         if (newpte != pte) {
11502                                 *ptep = newpte;
11503                                 changed = true;
11504                         }
11505                 }
11506         }
11507         if (changed)
11508                 pmap_invalidate_range(pmap, sva, eva);
11509 }
11510
11511 static int
11512 pmap_pkru_check_uargs(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva,
11513     u_int keyidx, int flags)
11514 {
11515
11516         if (pmap->pm_type != PT_X86 || keyidx > PMAP_MAX_PKRU_IDX ||
11517             (flags & ~(AMD64_PKRU_PERSIST | AMD64_PKRU_EXCL)) != 0)
11518                 return (EINVAL);
11519         if (eva <= sva || eva > VM_MAXUSER_ADDRESS)
11520                 return (EFAULT);
11521         if ((cpu_stdext_feature2 & CPUID_STDEXT2_PKU) == 0)
11522                 return (ENOTSUP);
11523         return (0);
11524 }
11525
11526 int
11527 pmap_pkru_set(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva, u_int keyidx,
11528     int flags)
11529 {
11530         int error;
11531
11532         sva = trunc_page(sva);
11533         eva = round_page(eva);
11534         error = pmap_pkru_check_uargs(pmap, sva, eva, keyidx, flags);
11535         if (error != 0)
11536                 return (error);
11537         for (;;) {
11538                 PMAP_LOCK(pmap);
11539                 error = pmap_pkru_assign(pmap, sva, eva, keyidx, flags);
11540                 if (error == 0)
11541                         pmap_pkru_update_range(pmap, sva, eva, keyidx);
11542                 PMAP_UNLOCK(pmap);
11543                 if (error != ENOMEM)
11544                         break;
11545                 vm_wait(NULL);
11546         }
11547         return (error);
11548 }
11549
11550 int
11551 pmap_pkru_clear(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
11552 {
11553         int error;
11554
11555         sva = trunc_page(sva);
11556         eva = round_page(eva);
11557         error = pmap_pkru_check_uargs(pmap, sva, eva, 0, 0);
11558         if (error != 0)
11559                 return (error);
11560         for (;;) {
11561                 PMAP_LOCK(pmap);
11562                 error = pmap_pkru_deassign(pmap, sva, eva);
11563                 if (error == 0)
11564                         pmap_pkru_update_range(pmap, sva, eva, 0);
11565                 PMAP_UNLOCK(pmap);
11566                 if (error != ENOMEM)
11567                         break;
11568                 vm_wait(NULL);
11569         }
11570         return (error);
11571 }
11572
11573 #if defined(KASAN) || defined(KMSAN)
11574
11575 /*
11576  * Reserve enough memory to:
11577  * 1) allocate PDP pages for the shadow map(s),
11578  * 2) shadow one page of memory, so one PD page, one PT page, and one shadow
11579  *    page per shadow map.
11580  */
11581 #ifdef KASAN
11582 #define SAN_EARLY_PAGES (NKASANPML4E + 3)
11583 #else
11584 #define SAN_EARLY_PAGES (NKMSANSHADPML4E + NKMSANORIGPML4E + 2 * 3)
11585 #endif
11586
11587 static uint64_t __nosanitizeaddress __nosanitizememory
11588 pmap_san_enter_early_alloc_4k(uint64_t pabase)
11589 {
11590         static uint8_t data[PAGE_SIZE * SAN_EARLY_PAGES] __aligned(PAGE_SIZE);
11591         static size_t offset = 0;
11592         uint64_t pa;
11593
11594         if (offset == sizeof(data)) {
11595                 panic("%s: ran out of memory for the bootstrap shadow map",
11596                     __func__);
11597         }
11598
11599         pa = pabase + ((vm_offset_t)&data[offset] - KERNSTART);
11600         offset += PAGE_SIZE;
11601         return (pa);
11602 }
11603
11604 /*
11605  * Map a shadow page, before the kernel has bootstrapped its page tables.  This
11606  * is currently only used to shadow the temporary boot stack set up by locore.
11607  */
11608 static void __nosanitizeaddress __nosanitizememory
11609 pmap_san_enter_early(vm_offset_t va)
11610 {
11611         static bool first = true;
11612         pml4_entry_t *pml4e;
11613         pdp_entry_t *pdpe;
11614         pd_entry_t *pde;
11615         pt_entry_t *pte;
11616         uint64_t cr3, pa, base;
11617         int i;
11618
11619         base = amd64_loadaddr();
11620         cr3 = rcr3();
11621
11622         if (first) {
11623                 /*
11624                  * If this the first call, we need to allocate new PML4Es for
11625                  * the bootstrap shadow map(s).  We don't know how the PML4 page
11626                  * was initialized by the boot loader, so we can't simply test
11627                  * whether the shadow map's PML4Es are zero.
11628                  */
11629                 first = false;
11630 #ifdef KASAN
11631                 for (i = 0; i < NKASANPML4E; i++) {
11632                         pa = pmap_san_enter_early_alloc_4k(base);
11633
11634                         pml4e = (pml4_entry_t *)cr3 +
11635                             pmap_pml4e_index(KASAN_MIN_ADDRESS + i * NBPML4);
11636                         *pml4e = (pml4_entry_t)(pa | X86_PG_RW | X86_PG_V);
11637                 }
11638 #else
11639                 for (i = 0; i < NKMSANORIGPML4E; i++) {
11640                         pa = pmap_san_enter_early_alloc_4k(base);
11641
11642                         pml4e = (pml4_entry_t *)cr3 +
11643                             pmap_pml4e_index(KMSAN_ORIG_MIN_ADDRESS +
11644                             i * NBPML4);
11645                         *pml4e = (pml4_entry_t)(pa | X86_PG_RW | X86_PG_V);
11646                 }
11647                 for (i = 0; i < NKMSANSHADPML4E; i++) {
11648                         pa = pmap_san_enter_early_alloc_4k(base);
11649
11650                         pml4e = (pml4_entry_t *)cr3 +
11651                             pmap_pml4e_index(KMSAN_SHAD_MIN_ADDRESS +
11652                             i * NBPML4);
11653                         *pml4e = (pml4_entry_t)(pa | X86_PG_RW | X86_PG_V);
11654                 }
11655 #endif
11656         }
11657         pml4e = (pml4_entry_t *)cr3 + pmap_pml4e_index(va);
11658         pdpe = (pdp_entry_t *)(*pml4e & PG_FRAME) + pmap_pdpe_index(va);
11659         if (*pdpe == 0) {
11660                 pa = pmap_san_enter_early_alloc_4k(base);
11661                 *pdpe = (pdp_entry_t)(pa | X86_PG_RW | X86_PG_V);
11662         }
11663         pde = (pd_entry_t *)(*pdpe & PG_FRAME) + pmap_pde_index(va);
11664         if (*pde == 0) {
11665                 pa = pmap_san_enter_early_alloc_4k(base);
11666                 *pde = (pd_entry_t)(pa | X86_PG_RW | X86_PG_V);
11667         }
11668         pte = (pt_entry_t *)(*pde & PG_FRAME) + pmap_pte_index(va);
11669         if (*pte != 0)
11670                 panic("%s: PTE for %#lx is already initialized", __func__, va);
11671         pa = pmap_san_enter_early_alloc_4k(base);
11672         *pte = (pt_entry_t)(pa | X86_PG_A | X86_PG_M | X86_PG_RW | X86_PG_V);
11673 }
11674
11675 static vm_page_t
11676 pmap_san_enter_alloc_4k(void)
11677 {
11678         vm_page_t m;
11679
11680         m = vm_page_alloc_noobj(VM_ALLOC_INTERRUPT | VM_ALLOC_WIRED |
11681             VM_ALLOC_ZERO);
11682         if (m == NULL)
11683                 panic("%s: no memory to grow shadow map", __func__);
11684         return (m);
11685 }
11686
11687 static vm_page_t
11688 pmap_san_enter_alloc_2m(void)
11689 {
11690         return (vm_page_alloc_noobj_contig(VM_ALLOC_WIRED | VM_ALLOC_ZERO,
11691             NPTEPG, 0, ~0ul, NBPDR, 0, VM_MEMATTR_DEFAULT));
11692 }
11693
11694 /*
11695  * Grow a shadow map by at least one 4KB page at the specified address.  Use 2MB
11696  * pages when possible.
11697  */
11698 void __nosanitizeaddress __nosanitizememory
11699 pmap_san_enter(vm_offset_t va)
11700 {
11701         pdp_entry_t *pdpe;
11702         pd_entry_t *pde;
11703         pt_entry_t *pte;
11704         vm_page_t m;
11705
11706         if (kernphys == 0) {
11707                 /*
11708                  * We're creating a temporary shadow map for the boot stack.
11709                  */
11710                 pmap_san_enter_early(va);
11711                 return;
11712         }
11713
11714         mtx_assert(&kernel_map->system_mtx, MA_OWNED);
11715
11716         pdpe = pmap_pdpe(kernel_pmap, va);
11717         if ((*pdpe & X86_PG_V) == 0) {
11718                 m = pmap_san_enter_alloc_4k();
11719                 *pdpe = (pdp_entry_t)(VM_PAGE_TO_PHYS(m) | X86_PG_RW |
11720                     X86_PG_V | pg_nx);
11721         }
11722         pde = pmap_pdpe_to_pde(pdpe, va);
11723         if ((*pde & X86_PG_V) == 0) {
11724                 m = pmap_san_enter_alloc_2m();
11725                 if (m != NULL) {
11726                         *pde = (pd_entry_t)(VM_PAGE_TO_PHYS(m) | X86_PG_RW |
11727                             X86_PG_PS | X86_PG_V | X86_PG_A | X86_PG_M | pg_nx);
11728                 } else {
11729                         m = pmap_san_enter_alloc_4k();
11730                         *pde = (pd_entry_t)(VM_PAGE_TO_PHYS(m) | X86_PG_RW |
11731                             X86_PG_V | pg_nx);
11732                 }
11733         }
11734         if ((*pde & X86_PG_PS) != 0)
11735                 return;
11736         pte = pmap_pde_to_pte(pde, va);
11737         if ((*pte & X86_PG_V) != 0)
11738                 return;
11739         m = pmap_san_enter_alloc_4k();
11740         *pte = (pt_entry_t)(VM_PAGE_TO_PHYS(m) | X86_PG_RW | X86_PG_V |
11741             X86_PG_M | X86_PG_A | pg_nx);
11742 }
11743 #endif
11744
11745 /*
11746  * Track a range of the kernel's virtual address space that is contiguous
11747  * in various mapping attributes.
11748  */
11749 struct pmap_kernel_map_range {
11750         vm_offset_t sva;
11751         pt_entry_t attrs;
11752         int ptes;
11753         int pdes;
11754         int pdpes;
11755 };
11756
11757 static void
11758 sysctl_kmaps_dump(struct sbuf *sb, struct pmap_kernel_map_range *range,
11759     vm_offset_t eva)
11760 {
11761         const char *mode;
11762         int i, pat_idx;
11763
11764         if (eva <= range->sva)
11765                 return;
11766
11767         pat_idx = pmap_pat_index(kernel_pmap, range->attrs, true);
11768         for (i = 0; i < PAT_INDEX_SIZE; i++)
11769                 if (pat_index[i] == pat_idx)
11770                         break;
11771
11772         switch (i) {
11773         case PAT_WRITE_BACK:
11774                 mode = "WB";
11775                 break;
11776         case PAT_WRITE_THROUGH:
11777                 mode = "WT";
11778                 break;
11779         case PAT_UNCACHEABLE:
11780                 mode = "UC";
11781                 break;
11782         case PAT_UNCACHED:
11783                 mode = "U-";
11784                 break;
11785         case PAT_WRITE_PROTECTED:
11786                 mode = "WP";
11787                 break;
11788         case PAT_WRITE_COMBINING:
11789                 mode = "WC";
11790                 break;
11791         default:
11792                 printf("%s: unknown PAT mode %#x for range 0x%016lx-0x%016lx\n",
11793                     __func__, pat_idx, range->sva, eva);
11794                 mode = "??";
11795                 break;
11796         }
11797
11798         sbuf_printf(sb, "0x%016lx-0x%016lx r%c%c%c%c %s %d %d %d\n",
11799             range->sva, eva,
11800             (range->attrs & X86_PG_RW) != 0 ? 'w' : '-',
11801             (range->attrs & pg_nx) != 0 ? '-' : 'x',
11802             (range->attrs & X86_PG_U) != 0 ? 'u' : 's',
11803             (range->attrs & X86_PG_G) != 0 ? 'g' : '-',
11804             mode, range->pdpes, range->pdes, range->ptes);
11805
11806         /* Reset to sentinel value. */
11807         range->sva = la57 ? KV5ADDR(NPML5EPG - 1, NPML4EPG - 1, NPDPEPG - 1,
11808             NPDEPG - 1, NPTEPG - 1) : KV4ADDR(NPML4EPG - 1, NPDPEPG - 1,
11809             NPDEPG - 1, NPTEPG - 1);
11810 }
11811
11812 /*
11813  * Determine whether the attributes specified by a page table entry match those
11814  * being tracked by the current range.  This is not quite as simple as a direct
11815  * flag comparison since some PAT modes have multiple representations.
11816  */
11817 static bool
11818 sysctl_kmaps_match(struct pmap_kernel_map_range *range, pt_entry_t attrs)
11819 {
11820         pt_entry_t diff, mask;
11821
11822         mask = X86_PG_G | X86_PG_RW | X86_PG_U | X86_PG_PDE_CACHE | pg_nx;
11823         diff = (range->attrs ^ attrs) & mask;
11824         if (diff == 0)
11825                 return (true);
11826         if ((diff & ~X86_PG_PDE_PAT) == 0 &&
11827             pmap_pat_index(kernel_pmap, range->attrs, true) ==
11828             pmap_pat_index(kernel_pmap, attrs, true))
11829                 return (true);
11830         return (false);
11831 }
11832
11833 static void
11834 sysctl_kmaps_reinit(struct pmap_kernel_map_range *range, vm_offset_t va,
11835     pt_entry_t attrs)
11836 {
11837
11838         memset(range, 0, sizeof(*range));
11839         range->sva = va;
11840         range->attrs = attrs;
11841 }
11842
11843 /*
11844  * Given a leaf PTE, derive the mapping's attributes.  If they do not match
11845  * those of the current run, dump the address range and its attributes, and
11846  * begin a new run.
11847  */
11848 static void
11849 sysctl_kmaps_check(struct sbuf *sb, struct pmap_kernel_map_range *range,
11850     vm_offset_t va, pml4_entry_t pml4e, pdp_entry_t pdpe, pd_entry_t pde,
11851     pt_entry_t pte)
11852 {
11853         pt_entry_t attrs;
11854
11855         attrs = pml4e & (X86_PG_RW | X86_PG_U | pg_nx);
11856
11857         attrs |= pdpe & pg_nx;
11858         attrs &= pg_nx | (pdpe & (X86_PG_RW | X86_PG_U));
11859         if ((pdpe & PG_PS) != 0) {
11860                 attrs |= pdpe & (X86_PG_G | X86_PG_PDE_CACHE);
11861         } else if (pde != 0) {
11862                 attrs |= pde & pg_nx;
11863                 attrs &= pg_nx | (pde & (X86_PG_RW | X86_PG_U));
11864         }
11865         if ((pde & PG_PS) != 0) {
11866                 attrs |= pde & (X86_PG_G | X86_PG_PDE_CACHE);
11867         } else if (pte != 0) {
11868                 attrs |= pte & pg_nx;
11869                 attrs &= pg_nx | (pte & (X86_PG_RW | X86_PG_U));
11870                 attrs |= pte & (X86_PG_G | X86_PG_PTE_CACHE);
11871
11872                 /* Canonicalize by always using the PDE PAT bit. */
11873                 if ((attrs & X86_PG_PTE_PAT) != 0)
11874                         attrs ^= X86_PG_PDE_PAT | X86_PG_PTE_PAT;
11875         }
11876
11877         if (range->sva > va || !sysctl_kmaps_match(range, attrs)) {
11878                 sysctl_kmaps_dump(sb, range, va);
11879                 sysctl_kmaps_reinit(range, va, attrs);
11880         }
11881 }
11882
11883 static int
11884 sysctl_kmaps(SYSCTL_HANDLER_ARGS)
11885 {
11886         struct pmap_kernel_map_range range;
11887         struct sbuf sbuf, *sb;
11888         pml4_entry_t pml4e;
11889         pdp_entry_t *pdp, pdpe;
11890         pd_entry_t *pd, pde;
11891         pt_entry_t *pt, pte;
11892         vm_offset_t sva;
11893         vm_paddr_t pa;
11894         int error, i, j, k, l;
11895
11896         error = sysctl_wire_old_buffer(req, 0);
11897         if (error != 0)
11898                 return (error);
11899         sb = &sbuf;
11900         sbuf_new_for_sysctl(sb, NULL, PAGE_SIZE, req);
11901
11902         /* Sentinel value. */
11903         range.sva = la57 ? KV5ADDR(NPML5EPG - 1, NPML4EPG - 1, NPDPEPG - 1,
11904             NPDEPG - 1, NPTEPG - 1) : KV4ADDR(NPML4EPG - 1, NPDPEPG - 1,
11905             NPDEPG - 1, NPTEPG - 1);
11906
11907         /*
11908          * Iterate over the kernel page tables without holding the kernel pmap
11909          * lock.  Outside of the large map, kernel page table pages are never
11910          * freed, so at worst we will observe inconsistencies in the output.
11911          * Within the large map, ensure that PDP and PD page addresses are
11912          * valid before descending.
11913          */
11914         for (sva = 0, i = pmap_pml4e_index(sva); i < NPML4EPG; i++) {
11915                 switch (i) {
11916                 case PML4PML4I:
11917                         sbuf_printf(sb, "\nRecursive map:\n");
11918                         break;
11919                 case DMPML4I:
11920                         sbuf_printf(sb, "\nDirect map:\n");
11921                         break;
11922 #ifdef KASAN
11923                 case KASANPML4I:
11924                         sbuf_printf(sb, "\nKASAN shadow map:\n");
11925                         break;
11926 #endif
11927 #ifdef KMSAN
11928                 case KMSANSHADPML4I:
11929                         sbuf_printf(sb, "\nKMSAN shadow map:\n");
11930                         break;
11931                 case KMSANORIGPML4I:
11932                         sbuf_printf(sb, "\nKMSAN origin map:\n");
11933                         break;
11934 #endif
11935                 case KPML4BASE:
11936                         sbuf_printf(sb, "\nKernel map:\n");
11937                         break;
11938                 case LMSPML4I:
11939                         sbuf_printf(sb, "\nLarge map:\n");
11940                         break;
11941                 }
11942
11943                 /* Convert to canonical form. */
11944                 if (sva == 1ul << 47)
11945                         sva |= -1ul << 48;
11946
11947 restart:
11948                 pml4e = kernel_pml4[i];
11949                 if ((pml4e & X86_PG_V) == 0) {
11950                         sva = rounddown2(sva, NBPML4);
11951                         sysctl_kmaps_dump(sb, &range, sva);
11952                         sva += NBPML4;
11953                         continue;
11954                 }
11955                 pa = pml4e & PG_FRAME;
11956                 pdp = (pdp_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(pa);
11957
11958                 for (j = pmap_pdpe_index(sva); j < NPDPEPG; j++) {
11959                         pdpe = pdp[j];
11960                         if ((pdpe & X86_PG_V) == 0) {
11961                                 sva = rounddown2(sva, NBPDP);
11962                                 sysctl_kmaps_dump(sb, &range, sva);
11963                                 sva += NBPDP;
11964                                 continue;
11965                         }
11966                         pa = pdpe & PG_FRAME;
11967                         if ((pdpe & PG_PS) != 0) {
11968                                 sva = rounddown2(sva, NBPDP);
11969                                 sysctl_kmaps_check(sb, &range, sva, pml4e, pdpe,
11970                                     0, 0);
11971                                 range.pdpes++;
11972                                 sva += NBPDP;
11973                                 continue;
11974                         }
11975                         if (PMAP_ADDRESS_IN_LARGEMAP(sva) &&
11976                             vm_phys_paddr_to_vm_page(pa) == NULL) {
11977                                 /*
11978                                  * Page table pages for the large map may be
11979                                  * freed.  Validate the next-level address
11980                                  * before descending.
11981                                  */
11982                                 goto restart;
11983                         }
11984                         pd = (pd_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(pa);
11985
11986                         for (k = pmap_pde_index(sva); k < NPDEPG; k++) {
11987                                 pde = pd[k];
11988                                 if ((pde & X86_PG_V) == 0) {
11989                                         sva = rounddown2(sva, NBPDR);
11990                                         sysctl_kmaps_dump(sb, &range, sva);
11991                                         sva += NBPDR;
11992                                         continue;
11993                                 }
11994                                 pa = pde & PG_FRAME;
11995                                 if ((pde & PG_PS) != 0) {
11996                                         sva = rounddown2(sva, NBPDR);
11997                                         sysctl_kmaps_check(sb, &range, sva,
11998                                             pml4e, pdpe, pde, 0);
11999                                         range.pdes++;
12000                                         sva += NBPDR;
12001                                         continue;
12002                                 }
12003                                 if (PMAP_ADDRESS_IN_LARGEMAP(sva) &&
12004                                     vm_phys_paddr_to_vm_page(pa) == NULL) {
12005                                         /*
12006                                          * Page table pages for the large map
12007                                          * may be freed.  Validate the
12008                                          * next-level address before descending.
12009                                          */
12010                                         goto restart;
12011                                 }
12012                                 pt = (pt_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(pa);
12013
12014                                 for (l = pmap_pte_index(sva); l < NPTEPG; l++,
12015                                     sva += PAGE_SIZE) {
12016                                         pte = pt[l];
12017                                         if ((pte & X86_PG_V) == 0) {
12018                                                 sysctl_kmaps_dump(sb, &range,
12019                                                     sva);
12020                                                 continue;
12021                                         }
12022                                         sysctl_kmaps_check(sb, &range, sva,
12023                                             pml4e, pdpe, pde, pte);
12024                                         range.ptes++;
12025                                 }
12026                         }
12027                 }
12028         }
12029
12030         error = sbuf_finish(sb);
12031         sbuf_delete(sb);
12032         return (error);
12033 }
12034 SYSCTL_OID(_vm_pmap, OID_AUTO, kernel_maps,
12035     CTLTYPE_STRING | CTLFLAG_RD | CTLFLAG_MPSAFE | CTLFLAG_SKIP,
12036     NULL, 0, sysctl_kmaps, "A",
12037     "Dump kernel address layout");
12038
12039 #ifdef DDB
12040 DB_SHOW_COMMAND(pte, pmap_print_pte)
12041 {
12042         pmap_t pmap;
12043         pml5_entry_t *pml5;
12044         pml4_entry_t *pml4;
12045         pdp_entry_t *pdp;
12046         pd_entry_t *pde;
12047         pt_entry_t *pte, PG_V;
12048         vm_offset_t va;
12049
12050         if (!have_addr) {
12051                 db_printf("show pte addr\n");
12052                 return;
12053         }
12054         va = (vm_offset_t)addr;
12055
12056         if (kdb_thread != NULL)
12057                 pmap = vmspace_pmap(kdb_thread->td_proc->p_vmspace);
12058         else
12059                 pmap = PCPU_GET(curpmap);
12060
12061         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
12062         db_printf("VA 0x%016lx", va);
12063
12064         if (pmap_is_la57(pmap)) {
12065                 pml5 = pmap_pml5e(pmap, va);
12066                 db_printf(" pml5e 0x%016lx", *pml5);
12067                 if ((*pml5 & PG_V) == 0) {
12068                         db_printf("\n");
12069                         return;
12070                 }
12071                 pml4 = pmap_pml5e_to_pml4e(pml5, va);
12072         } else {
12073                 pml4 = pmap_pml4e(pmap, va);
12074         }
12075         db_printf(" pml4e 0x%016lx", *pml4);
12076         if ((*pml4 & PG_V) == 0) {
12077                 db_printf("\n");
12078                 return;
12079         }
12080         pdp = pmap_pml4e_to_pdpe(pml4, va);
12081         db_printf(" pdpe 0x%016lx", *pdp);
12082         if ((*pdp & PG_V) == 0 || (*pdp & PG_PS) != 0) {
12083                 db_printf("\n");
12084                 return;
12085         }
12086         pde = pmap_pdpe_to_pde(pdp, va);
12087         db_printf(" pde 0x%016lx", *pde);
12088         if ((*pde & PG_V) == 0 || (*pde & PG_PS) != 0) {
12089                 db_printf("\n");
12090                 return;
12091         }
12092         pte = pmap_pde_to_pte(pde, va);
12093         db_printf(" pte 0x%016lx\n", *pte);
12094 }
12095
12096 DB_SHOW_COMMAND(phys2dmap, pmap_phys2dmap)
12097 {
12098         vm_paddr_t a;
12099
12100         if (have_addr) {
12101                 a = (vm_paddr_t)addr;
12102                 db_printf("0x%jx\n", (uintmax_t)PHYS_TO_DMAP(a));
12103         } else {
12104                 db_printf("show phys2dmap addr\n");
12105         }
12106 }
12107
12108 static void
12109 ptpages_show_page(int level, int idx, vm_page_t pg)
12110 {
12111         db_printf("l %d i %d pg %p phys %#lx ref %x\n",
12112             level, idx, pg, VM_PAGE_TO_PHYS(pg), pg->ref_count);
12113 }
12114
12115 static void
12116 ptpages_show_complain(int level, int idx, uint64_t pte)
12117 {
12118         db_printf("l %d i %d pte %#lx\n", level, idx, pte);
12119 }
12120
12121 static void
12122 ptpages_show_pml4(vm_page_t pg4, int num_entries, uint64_t PG_V)
12123 {
12124         vm_page_t pg3, pg2, pg1;
12125         pml4_entry_t *pml4;
12126         pdp_entry_t *pdp;
12127         pd_entry_t *pd;
12128         int i4, i3, i2;
12129
12130         pml4 = (pml4_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(pg4));
12131         for (i4 = 0; i4 < num_entries; i4++) {
12132                 if ((pml4[i4] & PG_V) == 0)
12133                         continue;
12134                 pg3 = PHYS_TO_VM_PAGE(pml4[i4] & PG_FRAME);
12135                 if (pg3 == NULL) {
12136                         ptpages_show_complain(3, i4, pml4[i4]);
12137                         continue;
12138                 }
12139                 ptpages_show_page(3, i4, pg3);
12140                 pdp = (pdp_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(pg3));
12141                 for (i3 = 0; i3 < NPDPEPG; i3++) {
12142                         if ((pdp[i3] & PG_V) == 0)
12143                                 continue;
12144                         pg2 = PHYS_TO_VM_PAGE(pdp[i3] & PG_FRAME);
12145                         if (pg3 == NULL) {
12146                                 ptpages_show_complain(2, i3, pdp[i3]);
12147                                 continue;
12148                         }
12149                         ptpages_show_page(2, i3, pg2);
12150                         pd = (pd_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(pg2));
12151                         for (i2 = 0; i2 < NPDEPG; i2++) {
12152                                 if ((pd[i2] & PG_V) == 0)
12153                                         continue;
12154                                 pg1 = PHYS_TO_VM_PAGE(pd[i2] & PG_FRAME);
12155                                 if (pg1 == NULL) {
12156                                         ptpages_show_complain(1, i2, pd[i2]);
12157                                         continue;
12158                                 }
12159                                 ptpages_show_page(1, i2, pg1);
12160                         }
12161                 }
12162         }
12163 }
12164
12165 DB_SHOW_COMMAND(ptpages, pmap_ptpages)
12166 {
12167         pmap_t pmap;
12168         vm_page_t pg;
12169         pml5_entry_t *pml5;
12170         uint64_t PG_V;
12171         int i5;
12172
12173         if (have_addr)
12174                 pmap = (pmap_t)addr;
12175         else
12176                 pmap = PCPU_GET(curpmap);
12177
12178         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
12179
12180         if (pmap_is_la57(pmap)) {
12181                 pml5 = pmap->pm_pmltop;
12182                 for (i5 = 0; i5 < NUPML5E; i5++) {
12183                         if ((pml5[i5] & PG_V) == 0)
12184                                 continue;
12185                         pg = PHYS_TO_VM_PAGE(pml5[i5] & PG_FRAME);
12186                         if (pg == NULL) {
12187                                 ptpages_show_complain(4, i5, pml5[i5]);
12188                                 continue;
12189                         }
12190                         ptpages_show_page(4, i5, pg);
12191                         ptpages_show_pml4(pg, NPML4EPG, PG_V);
12192                 }
12193         } else {
12194                 ptpages_show_pml4(PHYS_TO_VM_PAGE(DMAP_TO_PHYS(
12195                     (vm_offset_t)pmap->pm_pmltop)), NUP4ML4E, PG_V);
12196         }
12197 }
12198 #endif