]> CyberLeo.Net >> Repos - FreeBSD/FreeBSD.git/blob - sys/arm/arm/pmap-v6.c
MFV r318946: 8021 ARC buf data scatter-ization
[FreeBSD/FreeBSD.git] / sys / arm / arm / pmap-v6.c
1 /*-
2  * Copyright (c) 1991 Regents of the University of California.
3  * Copyright (c) 1994 John S. Dyson
4  * Copyright (c) 1994 David Greenman
5  * Copyright (c) 2005-2010 Alan L. Cox <alc@cs.rice.edu>
6  * Copyright (c) 2014-2016 Svatopluk Kraus <skra@FreeBSD.org>
7  * Copyright (c) 2014-2016 Michal Meloun <mmel@FreeBSD.org>
8  * All rights reserved.
9  *
10  * This code is derived from software contributed to Berkeley by
11  * the Systems Programming Group of the University of Utah Computer
12  * Science Department and William Jolitz of UUNET Technologies Inc.
13  *
14  * Redistribution and use in source and binary forms, with or without
15  * modification, are permitted provided that the following conditions
16  * are met:
17  * 1. Redistributions of source code must retain the above copyright
18  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer.
19  * 2. Redistributions in binary form must reproduce the above copyright
20  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer in the
21  *    documentation and/or other materials provided with the distribution.
22  * 3. Neither the name of the University nor the names of its contributors
23  *    may be used to endorse or promote products derived from this software
24  *    without specific prior written permission.
25  *
26  * THIS SOFTWARE IS PROVIDED BY THE REGENTS AND CONTRIBUTORS ``AS IS'' AND
27  * ANY EXPRESS OR IMPLIED WARRANTIES, INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, THE
28  * IMPLIED WARRANTIES OF MERCHANTABILITY AND FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE
29  * ARE DISCLAIMED.  IN NO EVENT SHALL THE REGENTS OR CONTRIBUTORS BE LIABLE
30  * FOR ANY DIRECT, INDIRECT, INCIDENTAL, SPECIAL, EXEMPLARY, OR CONSEQUENTIAL
31  * DAMAGES (INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, PROCUREMENT OF SUBSTITUTE GOODS
32  * OR SERVICES; LOSS OF USE, DATA, OR PROFITS; OR BUSINESS INTERRUPTION)
33  * HOWEVER CAUSED AND ON ANY THEORY OF LIABILITY, WHETHER IN CONTRACT, STRICT
34  * LIABILITY, OR TORT (INCLUDING NEGLIGENCE OR OTHERWISE) ARISING IN ANY WAY
35  * OUT OF THE USE OF THIS SOFTWARE, EVEN IF ADVISED OF THE POSSIBILITY OF
36  * SUCH DAMAGE.
37  *
38  *      from:   @(#)pmap.c      7.7 (Berkeley)  5/12/91
39  */
40 /*-
41  * Copyright (c) 2003 Networks Associates Technology, Inc.
42  * All rights reserved.
43  *
44  * This software was developed for the FreeBSD Project by Jake Burkholder,
45  * Safeport Network Services, and Network Associates Laboratories, the
46  * Security Research Division of Network Associates, Inc. under
47  * DARPA/SPAWAR contract N66001-01-C-8035 ("CBOSS"), as part of the DARPA
48  * CHATS research program.
49  *
50  * Redistribution and use in source and binary forms, with or without
51  * modification, are permitted provided that the following conditions
52  * are met:
53  * 1. Redistributions of source code must retain the above copyright
54  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer.
55  * 2. Redistributions in binary form must reproduce the above copyright
56  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer in the
57  *    documentation and/or other materials provided with the distribution.
58  *
59  * THIS SOFTWARE IS PROVIDED BY THE AUTHOR AND CONTRIBUTORS ``AS IS'' AND
60  * ANY EXPRESS OR IMPLIED WARRANTIES, INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, THE
61  * IMPLIED WARRANTIES OF MERCHANTABILITY AND FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE
62  * ARE DISCLAIMED.  IN NO EVENT SHALL THE AUTHOR OR CONTRIBUTORS BE LIABLE
63  * FOR ANY DIRECT, INDIRECT, INCIDENTAL, SPECIAL, EXEMPLARY, OR CONSEQUENTIAL
64  * DAMAGES (INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, PROCUREMENT OF SUBSTITUTE GOODS
65  * OR SERVICES; LOSS OF USE, DATA, OR PROFITS; OR BUSINESS INTERRUPTION)
66  * HOWEVER CAUSED AND ON ANY THEORY OF LIABILITY, WHETHER IN CONTRACT, STRICT
67  * LIABILITY, OR TORT (INCLUDING NEGLIGENCE OR OTHERWISE) ARISING IN ANY WAY
68  * OUT OF THE USE OF THIS SOFTWARE, EVEN IF ADVISED OF THE POSSIBILITY OF
69  * SUCH DAMAGE.
70  */
71
72 #include <sys/cdefs.h>
73 __FBSDID("$FreeBSD$");
74
75 /*
76  *      Manages physical address maps.
77  *
78  *      Since the information managed by this module is
79  *      also stored by the logical address mapping module,
80  *      this module may throw away valid virtual-to-physical
81  *      mappings at almost any time.  However, invalidations
82  *      of virtual-to-physical mappings must be done as
83  *      requested.
84  *
85  *      In order to cope with hardware architectures which
86  *      make virtual-to-physical map invalidates expensive,
87  *      this module may delay invalidate or reduced protection
88  *      operations until such time as they are actually
89  *      necessary.  This module is given full information as
90  *      to which processors are currently using which maps,
91  *      and to when physical maps must be made correct.
92  */
93
94 #include "opt_vm.h"
95 #include "opt_pmap.h"
96 #include "opt_ddb.h"
97
98 #include <sys/param.h>
99 #include <sys/systm.h>
100 #include <sys/kernel.h>
101 #include <sys/ktr.h>
102 #include <sys/lock.h>
103 #include <sys/proc.h>
104 #include <sys/rwlock.h>
105 #include <sys/malloc.h>
106 #include <sys/vmmeter.h>
107 #include <sys/malloc.h>
108 #include <sys/mman.h>
109 #include <sys/sf_buf.h>
110 #include <sys/smp.h>
111 #include <sys/sched.h>
112 #include <sys/sysctl.h>
113
114 #ifdef DDB
115 #include <ddb/ddb.h>
116 #endif
117
118 #include <machine/physmem.h>
119
120 #include <vm/vm.h>
121 #include <vm/uma.h>
122 #include <vm/pmap.h>
123 #include <vm/vm_param.h>
124 #include <vm/vm_kern.h>
125 #include <vm/vm_object.h>
126 #include <vm/vm_map.h>
127 #include <vm/vm_page.h>
128 #include <vm/vm_pageout.h>
129 #include <vm/vm_phys.h>
130 #include <vm/vm_extern.h>
131 #include <vm/vm_reserv.h>
132 #include <sys/lock.h>
133 #include <sys/mutex.h>
134
135 #include <machine/md_var.h>
136 #include <machine/pmap_var.h>
137 #include <machine/cpu.h>
138 #include <machine/pcb.h>
139 #include <machine/sf_buf.h>
140 #ifdef SMP
141 #include <machine/smp.h>
142 #endif
143 #ifndef PMAP_SHPGPERPROC
144 #define PMAP_SHPGPERPROC 200
145 #endif
146
147 #ifndef DIAGNOSTIC
148 #define PMAP_INLINE     __inline
149 #else
150 #define PMAP_INLINE
151 #endif
152
153 #ifdef PMAP_DEBUG
154 static void pmap_zero_page_check(vm_page_t m);
155 void pmap_debug(int level);
156 int pmap_pid_dump(int pid);
157
158 #define PDEBUG(_lev_,_stat_) \
159         if (pmap_debug_level >= (_lev_)) \
160                 ((_stat_))
161 #define dprintf printf
162 int pmap_debug_level = 1;
163 #else   /* PMAP_DEBUG */
164 #define PDEBUG(_lev_,_stat_) /* Nothing */
165 #define dprintf(x, arg...)
166 #endif  /* PMAP_DEBUG */
167
168 /*
169  *  Level 2 page tables map definion ('max' is excluded).
170  */
171
172 #define PT2V_MIN_ADDRESS        ((vm_offset_t)PT2MAP)
173 #define PT2V_MAX_ADDRESS        ((vm_offset_t)PT2MAP + PT2MAP_SIZE)
174
175 #define UPT2V_MIN_ADDRESS       ((vm_offset_t)PT2MAP)
176 #define UPT2V_MAX_ADDRESS \
177     ((vm_offset_t)(PT2MAP + (KERNBASE >> PT2MAP_SHIFT)))
178
179 /*
180  *  Promotion to a 1MB (PTE1) page mapping requires that the corresponding
181  *  4KB (PTE2) page mappings have identical settings for the following fields:
182  */
183 #define PTE2_PROMOTE    (PTE2_V | PTE2_A | PTE2_NM | PTE2_S | PTE2_NG | \
184                          PTE2_NX | PTE2_RO | PTE2_U | PTE2_W |          \
185                          PTE2_ATTR_MASK)
186
187 #define PTE1_PROMOTE    (PTE1_V | PTE1_A | PTE1_NM | PTE1_S | PTE1_NG | \
188                          PTE1_NX | PTE1_RO | PTE1_U | PTE1_W |          \
189                          PTE1_ATTR_MASK)
190
191 #define ATTR_TO_L1(l2_attr)     ((((l2_attr) & L2_TEX0) ? L1_S_TEX0 : 0) | \
192                                  (((l2_attr) & L2_C)    ? L1_S_C    : 0) | \
193                                  (((l2_attr) & L2_B)    ? L1_S_B    : 0) | \
194                                  (((l2_attr) & PTE2_A)  ? PTE1_A    : 0) | \
195                                  (((l2_attr) & PTE2_NM) ? PTE1_NM   : 0) | \
196                                  (((l2_attr) & PTE2_S)  ? PTE1_S    : 0) | \
197                                  (((l2_attr) & PTE2_NG) ? PTE1_NG   : 0) | \
198                                  (((l2_attr) & PTE2_NX) ? PTE1_NX   : 0) | \
199                                  (((l2_attr) & PTE2_RO) ? PTE1_RO   : 0) | \
200                                  (((l2_attr) & PTE2_U)  ? PTE1_U    : 0) | \
201                                  (((l2_attr) & PTE2_W)  ? PTE1_W    : 0))
202
203 #define ATTR_TO_L2(l1_attr)     ((((l1_attr) & L1_S_TEX0) ? L2_TEX0 : 0) | \
204                                  (((l1_attr) & L1_S_C)    ? L2_C    : 0) | \
205                                  (((l1_attr) & L1_S_B)    ? L2_B    : 0) | \
206                                  (((l1_attr) & PTE1_A)    ? PTE2_A  : 0) | \
207                                  (((l1_attr) & PTE1_NM)   ? PTE2_NM : 0) | \
208                                  (((l1_attr) & PTE1_S)    ? PTE2_S  : 0) | \
209                                  (((l1_attr) & PTE1_NG)   ? PTE2_NG : 0) | \
210                                  (((l1_attr) & PTE1_NX)   ? PTE2_NX : 0) | \
211                                  (((l1_attr) & PTE1_RO)   ? PTE2_RO : 0) | \
212                                  (((l1_attr) & PTE1_U)    ? PTE2_U  : 0) | \
213                                  (((l1_attr) & PTE1_W)    ? PTE2_W  : 0))
214
215 /*
216  *  PTE2 descriptors creation macros.
217  */
218 #define PTE2_ATTR_DEFAULT       vm_memattr_to_pte2(VM_MEMATTR_DEFAULT)
219 #define PTE2_ATTR_PT            vm_memattr_to_pte2(pt_memattr)
220
221 #define PTE2_KPT(pa)    PTE2_KERN(pa, PTE2_AP_KRW, PTE2_ATTR_PT)
222 #define PTE2_KPT_NG(pa) PTE2_KERN_NG(pa, PTE2_AP_KRW, PTE2_ATTR_PT)
223
224 #define PTE2_KRW(pa)    PTE2_KERN(pa, PTE2_AP_KRW, PTE2_ATTR_DEFAULT)
225 #define PTE2_KRO(pa)    PTE2_KERN(pa, PTE2_AP_KR, PTE2_ATTR_DEFAULT)
226
227 #define PV_STATS
228 #ifdef PV_STATS
229 #define PV_STAT(x)      do { x ; } while (0)
230 #else
231 #define PV_STAT(x)      do { } while (0)
232 #endif
233
234 /*
235  *  The boot_pt1 is used temporary in very early boot stage as L1 page table.
236  *  We can init many things with no memory allocation thanks to its static
237  *  allocation and this brings two main advantages:
238  *  (1) other cores can be started very simply,
239  *  (2) various boot loaders can be supported as its arguments can be processed
240  *      in virtual address space and can be moved to safe location before
241  *      first allocation happened.
242  *  Only disadvantage is that boot_pt1 is used only in very early boot stage.
243  *  However, the table is uninitialized and so lays in bss. Therefore kernel
244  *  image size is not influenced.
245  *
246  *  QQQ: In the future, maybe, boot_pt1 can be used for soft reset and
247  *       CPU suspend/resume game.
248  */
249 extern pt1_entry_t boot_pt1[];
250
251 vm_paddr_t base_pt1;
252 pt1_entry_t *kern_pt1;
253 pt2_entry_t *kern_pt2tab;
254 pt2_entry_t *PT2MAP;
255
256 static uint32_t ttb_flags;
257 static vm_memattr_t pt_memattr;
258 ttb_entry_t pmap_kern_ttb;
259
260 struct pmap kernel_pmap_store;
261 LIST_HEAD(pmaplist, pmap);
262 static struct pmaplist allpmaps;
263 static struct mtx allpmaps_lock;
264
265 vm_offset_t virtual_avail;      /* VA of first avail page (after kernel bss) */
266 vm_offset_t virtual_end;        /* VA of last avail page (end of kernel AS) */
267
268 static vm_offset_t kernel_vm_end_new;
269 vm_offset_t kernel_vm_end = KERNBASE + NKPT2PG * NPT2_IN_PG * PTE1_SIZE;
270 vm_offset_t vm_max_kernel_address;
271 vm_paddr_t kernel_l1pa;
272
273 static struct rwlock __aligned(CACHE_LINE_SIZE) pvh_global_lock;
274
275 /*
276  *  Data for the pv entry allocation mechanism
277  */
278 static TAILQ_HEAD(pch, pv_chunk) pv_chunks = TAILQ_HEAD_INITIALIZER(pv_chunks);
279 static int pv_entry_count = 0, pv_entry_max = 0, pv_entry_high_water = 0;
280 static struct md_page *pv_table; /* XXX: Is it used only the list in md_page? */
281 static int shpgperproc = PMAP_SHPGPERPROC;
282
283 struct pv_chunk *pv_chunkbase;          /* KVA block for pv_chunks */
284 int pv_maxchunks;                       /* How many chunks we have KVA for */
285 vm_offset_t pv_vafree;                  /* freelist stored in the PTE */
286
287 vm_paddr_t first_managed_pa;
288 #define pa_to_pvh(pa)   (&pv_table[pte1_index(pa - first_managed_pa)])
289
290 /*
291  *  All those kernel PT submaps that BSD is so fond of
292  */
293 caddr_t _tmppt = 0;
294
295 struct msgbuf *msgbufp = NULL; /* XXX move it to machdep.c */
296
297 /*
298  *  Crashdump maps.
299  */
300 static caddr_t crashdumpmap;
301
302 static pt2_entry_t *PMAP1 = NULL, *PMAP2;
303 static pt2_entry_t *PADDR1 = NULL, *PADDR2;
304 #ifdef DDB
305 static pt2_entry_t *PMAP3;
306 static pt2_entry_t *PADDR3;
307 static int PMAP3cpu __unused; /* for SMP only */
308 #endif
309 #ifdef SMP
310 static int PMAP1cpu;
311 static int PMAP1changedcpu;
312 SYSCTL_INT(_debug, OID_AUTO, PMAP1changedcpu, CTLFLAG_RD,
313     &PMAP1changedcpu, 0,
314     "Number of times pmap_pte2_quick changed CPU with same PMAP1");
315 #endif
316 static int PMAP1changed;
317 SYSCTL_INT(_debug, OID_AUTO, PMAP1changed, CTLFLAG_RD,
318     &PMAP1changed, 0,
319     "Number of times pmap_pte2_quick changed PMAP1");
320 static int PMAP1unchanged;
321 SYSCTL_INT(_debug, OID_AUTO, PMAP1unchanged, CTLFLAG_RD,
322     &PMAP1unchanged, 0,
323     "Number of times pmap_pte2_quick didn't change PMAP1");
324 static struct mtx PMAP2mutex;
325
326 static __inline void pt2_wirecount_init(vm_page_t m);
327 static boolean_t pmap_demote_pte1(pmap_t pmap, pt1_entry_t *pte1p,
328     vm_offset_t va);
329 void cache_icache_sync_fresh(vm_offset_t va, vm_paddr_t pa, vm_size_t size);
330
331 /*
332  *  Function to set the debug level of the pmap code.
333  */
334 #ifdef PMAP_DEBUG
335 void
336 pmap_debug(int level)
337 {
338
339         pmap_debug_level = level;
340         dprintf("pmap_debug: level=%d\n", pmap_debug_level);
341 }
342 #endif /* PMAP_DEBUG */
343
344 /*
345  *  This table must corespond with memory attribute configuration in vm.h.
346  *  First entry is used for normal system mapping.
347  *
348  *  Device memory is always marked as shared.
349  *  Normal memory is shared only in SMP .
350  *  Not outer shareable bits are not used yet.
351  *  Class 6 cannot be used on ARM11.
352  */
353 #define TEXDEF_TYPE_SHIFT       0
354 #define TEXDEF_TYPE_MASK        0x3
355 #define TEXDEF_INNER_SHIFT      2
356 #define TEXDEF_INNER_MASK       0x3
357 #define TEXDEF_OUTER_SHIFT      4
358 #define TEXDEF_OUTER_MASK       0x3
359 #define TEXDEF_NOS_SHIFT        6
360 #define TEXDEF_NOS_MASK         0x1
361
362 #define TEX(t, i, o, s)                         \
363                 ((t) << TEXDEF_TYPE_SHIFT) |    \
364                 ((i) << TEXDEF_INNER_SHIFT) |   \
365                 ((o) << TEXDEF_OUTER_SHIFT |    \
366                 ((s) << TEXDEF_NOS_SHIFT))
367
368 static uint32_t tex_class[8] = {
369 /*          type      inner cache outer cache */
370         TEX(PRRR_MEM, NMRR_WB_WA, NMRR_WB_WA, 0),  /* 0 - ATTR_WB_WA    */
371         TEX(PRRR_MEM, NMRR_NC,    NMRR_NC,    0),  /* 1 - ATTR_NOCACHE  */
372         TEX(PRRR_DEV, NMRR_NC,    NMRR_NC,    0),  /* 2 - ATTR_DEVICE   */
373         TEX(PRRR_SO,  NMRR_NC,    NMRR_NC,    0),  /* 3 - ATTR_SO       */
374         TEX(PRRR_MEM, NMRR_WT,    NMRR_WT,    0),  /* 4 - ATTR_WT       */
375         TEX(PRRR_MEM, NMRR_NC,    NMRR_NC,    0),  /* 5 - NOT USED YET  */
376         TEX(PRRR_MEM, NMRR_NC,    NMRR_NC,    0),  /* 6 - NOT USED YET  */
377         TEX(PRRR_MEM, NMRR_NC,    NMRR_NC,    0),  /* 7 - NOT USED YET  */
378 };
379 #undef TEX
380
381 static uint32_t pte2_attr_tab[8] = {
382         PTE2_ATTR_WB_WA,        /* 0 - VM_MEMATTR_WB_WA */
383         PTE2_ATTR_NOCACHE,      /* 1 - VM_MEMATTR_NOCACHE */
384         PTE2_ATTR_DEVICE,       /* 2 - VM_MEMATTR_DEVICE */
385         PTE2_ATTR_SO,           /* 3 - VM_MEMATTR_SO */
386         PTE2_ATTR_WT,           /* 4 - VM_MEMATTR_WRITE_THROUGH */
387         0,                      /* 5 - NOT USED YET */
388         0,                      /* 6 - NOT USED YET */
389         0                       /* 7 - NOT USED YET */
390 };
391 CTASSERT(VM_MEMATTR_WB_WA == 0);
392 CTASSERT(VM_MEMATTR_NOCACHE == 1);
393 CTASSERT(VM_MEMATTR_DEVICE == 2);
394 CTASSERT(VM_MEMATTR_SO == 3);
395 CTASSERT(VM_MEMATTR_WRITE_THROUGH == 4);
396
397 static inline uint32_t
398 vm_memattr_to_pte2(vm_memattr_t ma)
399 {
400
401         KASSERT((u_int)ma < 5, ("%s: bad vm_memattr_t %d", __func__, ma));
402         return (pte2_attr_tab[(u_int)ma]);
403 }
404
405 static inline uint32_t
406 vm_page_pte2_attr(vm_page_t m)
407 {
408
409         return (vm_memattr_to_pte2(m->md.pat_mode));
410 }
411
412 /*
413  * Convert TEX definition entry to TTB flags.
414  */
415 static uint32_t
416 encode_ttb_flags(int idx)
417 {
418         uint32_t inner, outer, nos, reg;
419
420         inner = (tex_class[idx] >> TEXDEF_INNER_SHIFT) &
421                 TEXDEF_INNER_MASK;
422         outer = (tex_class[idx] >> TEXDEF_OUTER_SHIFT) &
423                 TEXDEF_OUTER_MASK;
424         nos = (tex_class[idx] >> TEXDEF_NOS_SHIFT) &
425                 TEXDEF_NOS_MASK;
426
427         reg = nos << 5;
428         reg |= outer << 3;
429         if (cpuinfo.coherent_walk)
430                 reg |= (inner & 0x1) << 6;
431         reg |= (inner & 0x2) >> 1;
432 #ifdef SMP
433         ARM_SMP_UP(
434                 reg |= 1 << 1,
435         );
436 #endif
437         return reg;
438 }
439
440 /*
441  *  Set TEX remapping registers in current CPU.
442  */
443 void
444 pmap_set_tex(void)
445 {
446         uint32_t prrr, nmrr;
447         uint32_t type, inner, outer, nos;
448         int i;
449
450 #ifdef PMAP_PTE_NOCACHE
451         /* XXX fixme */
452         if (cpuinfo.coherent_walk) {
453                 pt_memattr = VM_MEMATTR_WB_WA;
454                 ttb_flags = encode_ttb_flags(0);
455         }
456         else {
457                 pt_memattr = VM_MEMATTR_NOCACHE;
458                 ttb_flags = encode_ttb_flags(1);
459         }
460 #else
461         pt_memattr = VM_MEMATTR_WB_WA;
462         ttb_flags = encode_ttb_flags(0);
463 #endif
464
465         prrr = 0;
466         nmrr = 0;
467
468         /* Build remapping register from TEX classes. */
469         for (i = 0; i < 8; i++) {
470                 type = (tex_class[i] >> TEXDEF_TYPE_SHIFT) &
471                         TEXDEF_TYPE_MASK;
472                 inner = (tex_class[i] >> TEXDEF_INNER_SHIFT) &
473                         TEXDEF_INNER_MASK;
474                 outer = (tex_class[i] >> TEXDEF_OUTER_SHIFT) &
475                         TEXDEF_OUTER_MASK;
476                 nos = (tex_class[i] >> TEXDEF_NOS_SHIFT) &
477                         TEXDEF_NOS_MASK;
478
479                 prrr |= type  << (i * 2);
480                 prrr |= nos   << (i + 24);
481                 nmrr |= inner << (i * 2);
482                 nmrr |= outer << (i * 2 + 16);
483         }
484         /* Add shareable bits for device memory. */
485         prrr |= PRRR_DS0 | PRRR_DS1;
486
487         /* Add shareable bits for normal memory in SMP case. */
488 #ifdef SMP
489         ARM_SMP_UP(
490                 prrr |= PRRR_NS1,
491         );
492 #endif
493         cp15_prrr_set(prrr);
494         cp15_nmrr_set(nmrr);
495
496         /* Caches are disabled, so full TLB flush should be enough. */
497         tlb_flush_all_local();
498 }
499
500 /*
501  * Remap one vm_meattr class to another one. This can be useful as
502  * workaround for SOC errata, e.g. if devices must be accessed using
503  * SO memory class.
504  *
505  * !!! Please note that this function is absolutely last resort thing.
506  * It should not be used under normal circumstances. !!!
507  *
508  * Usage rules:
509  * - it shall be called after pmap_bootstrap_prepare() and before
510  *   cpu_mp_start() (thus only on boot CPU). In practice, it's expected
511  *   to be called from platform_attach() or platform_late_init().
512  *
513  * - if remapping doesn't change caching mode, or until uncached class
514  *   is remapped to any kind of cached one, then no other restriction exists.
515  *
516  * - if pmap_remap_vm_attr() changes caching mode, but both (original and
517  *   remapped) remain cached, then caller is resposible for calling
518  *   of dcache_wbinv_poc_all().
519  *
520  * - remapping of any kind of cached class to uncached is not permitted.
521  */
522 void
523 pmap_remap_vm_attr(vm_memattr_t old_attr, vm_memattr_t new_attr)
524 {
525         int old_idx, new_idx;
526
527         /* Map VM memattrs to indexes to tex_class table. */
528         old_idx = pte2_attr_tab[(int)old_attr];
529         new_idx = pte2_attr_tab[(int)new_attr];
530
531         /* Replace TEX attribute and apply it. */
532         tex_class[old_idx] = tex_class[new_idx];
533         pmap_set_tex();
534 }
535
536 /*
537  * KERNBASE must be multiple of NPT2_IN_PG * PTE1_SIZE. In other words,
538  * KERNBASE is mapped by first L2 page table in L2 page table page. It
539  * meets same constrain due to PT2MAP being placed just under KERNBASE.
540  */
541 CTASSERT((KERNBASE & (NPT2_IN_PG * PTE1_SIZE - 1)) == 0);
542 CTASSERT((KERNBASE - VM_MAXUSER_ADDRESS) >= PT2MAP_SIZE);
543
544 /*
545  *  In crazy dreams, PAGE_SIZE could be a multiple of PTE2_SIZE in general.
546  *  For now, anyhow, the following check must be fulfilled.
547  */
548 CTASSERT(PAGE_SIZE == PTE2_SIZE);
549 /*
550  *  We don't want to mess up MI code with all MMU and PMAP definitions,
551  *  so some things, which depend on other ones, are defined independently.
552  *  Now, it is time to check that we don't screw up something.
553  */
554 CTASSERT(PDRSHIFT == PTE1_SHIFT);
555 /*
556  *  Check L1 and L2 page table entries definitions consistency.
557  */
558 CTASSERT(NB_IN_PT1 == (sizeof(pt1_entry_t) * NPTE1_IN_PT1));
559 CTASSERT(NB_IN_PT2 == (sizeof(pt2_entry_t) * NPTE2_IN_PT2));
560 /*
561  *  Check L2 page tables page consistency.
562  */
563 CTASSERT(PAGE_SIZE == (NPT2_IN_PG * NB_IN_PT2));
564 CTASSERT((1 << PT2PG_SHIFT) == NPT2_IN_PG);
565 /*
566  *  Check PT2TAB consistency.
567  *  PT2TAB_ENTRIES is defined as a division of NPTE1_IN_PT1 by NPT2_IN_PG.
568  *  This should be done without remainder.
569  */
570 CTASSERT(NPTE1_IN_PT1 == (PT2TAB_ENTRIES * NPT2_IN_PG));
571
572 /*
573  *      A PT2MAP magic.
574  *
575  *  All level 2 page tables (PT2s) are mapped continuously and accordingly
576  *  into PT2MAP address space. As PT2 size is less than PAGE_SIZE, this can
577  *  be done only if PAGE_SIZE is a multiple of PT2 size. All PT2s in one page
578  *  must be used together, but not necessary at once. The first PT2 in a page
579  *  must map things on correctly aligned address and the others must follow
580  *  in right order.
581  */
582 #define NB_IN_PT2TAB    (PT2TAB_ENTRIES * sizeof(pt2_entry_t))
583 #define NPT2_IN_PT2TAB  (NB_IN_PT2TAB / NB_IN_PT2)
584 #define NPG_IN_PT2TAB   (NB_IN_PT2TAB / PAGE_SIZE)
585
586 /*
587  *  Check PT2TAB consistency.
588  *  NPT2_IN_PT2TAB is defined as a division of NB_IN_PT2TAB by NB_IN_PT2.
589  *  NPG_IN_PT2TAB is defined as a division of NB_IN_PT2TAB by PAGE_SIZE.
590  *  The both should be done without remainder.
591  */
592 CTASSERT(NB_IN_PT2TAB == (NPT2_IN_PT2TAB * NB_IN_PT2));
593 CTASSERT(NB_IN_PT2TAB == (NPG_IN_PT2TAB * PAGE_SIZE));
594 /*
595  *  The implementation was made general, however, with the assumption
596  *  bellow in mind. In case of another value of NPG_IN_PT2TAB,
597  *  the code should be once more rechecked.
598  */
599 CTASSERT(NPG_IN_PT2TAB == 1);
600
601 /*
602  *  Get offset of PT2 in a page
603  *  associated with given PT1 index.
604  */
605 static __inline u_int
606 page_pt2off(u_int pt1_idx)
607 {
608
609         return ((pt1_idx & PT2PG_MASK) * NB_IN_PT2);
610 }
611
612 /*
613  *  Get physical address of PT2
614  *  associated with given PT2s page and PT1 index.
615  */
616 static __inline vm_paddr_t
617 page_pt2pa(vm_paddr_t pgpa, u_int pt1_idx)
618 {
619
620         return (pgpa + page_pt2off(pt1_idx));
621 }
622
623 /*
624  *  Get first entry of PT2
625  *  associated with given PT2s page and PT1 index.
626  */
627 static __inline pt2_entry_t *
628 page_pt2(vm_offset_t pgva, u_int pt1_idx)
629 {
630
631         return ((pt2_entry_t *)(pgva + page_pt2off(pt1_idx)));
632 }
633
634 /*
635  *  Get virtual address of PT2s page (mapped in PT2MAP)
636  *  which holds PT2 which holds entry which maps given virtual address.
637  */
638 static __inline vm_offset_t
639 pt2map_pt2pg(vm_offset_t va)
640 {
641
642         va &= ~(NPT2_IN_PG * PTE1_SIZE - 1);
643         return ((vm_offset_t)pt2map_entry(va));
644 }
645
646 /*****************************************************************************
647  *
648  *     THREE pmap initialization milestones exist:
649  *
650  *  locore.S
651  *    -> fundamental init (including MMU) in ASM
652  *
653  *  initarm()
654  *    -> fundamental init continues in C
655  *    -> first available physical address is known
656  *
657  *    pmap_bootstrap_prepare() -> FIRST PMAP MILESTONE (first epoch begins)
658  *      -> basic (safe) interface for physical address allocation is made
659  *      -> basic (safe) interface for virtual mapping is made
660  *      -> limited not SMP coherent work is possible
661  *
662  *    -> more fundamental init continues in C
663  *    -> locks and some more things are available
664  *    -> all fundamental allocations and mappings are done
665  *
666  *    pmap_bootstrap() -> SECOND PMAP MILESTONE (second epoch begins)
667  *      -> phys_avail[] and virtual_avail is set
668  *      -> control is passed to vm subsystem
669  *      -> physical and virtual address allocation are off limit
670  *      -> low level mapping functions, some SMP coherent,
671  *         are available, which cannot be used before vm subsystem
672  *         is being inited
673  *
674  *  mi_startup()
675  *    -> vm subsystem is being inited
676  *
677  *      pmap_init() -> THIRD PMAP MILESTONE (third epoch begins)
678  *        -> pmap is fully inited
679  *
680  *****************************************************************************/
681
682 /*****************************************************************************
683  *
684  *      PMAP first stage initialization and utility functions
685  *      for pre-bootstrap epoch.
686  *
687  *  After pmap_bootstrap_prepare() is called, the following functions
688  *  can be used:
689  *
690  *  (1) strictly only for this stage functions for physical page allocations,
691  *      virtual space allocations, and mappings:
692  *
693  *  vm_paddr_t pmap_preboot_get_pages(u_int num);
694  *  void pmap_preboot_map_pages(vm_paddr_t pa, vm_offset_t va, u_int num);
695  *  vm_offset_t pmap_preboot_reserve_pages(u_int num);
696  *  vm_offset_t pmap_preboot_get_vpages(u_int num);
697  *  void pmap_preboot_map_attr(vm_paddr_t pa, vm_offset_t va, vm_size_t size,
698  *      vm_prot_t prot, vm_memattr_t attr);
699  *
700  *  (2) for all stages:
701  *
702  *  vm_paddr_t pmap_kextract(vm_offset_t va);
703  *
704  *  NOTE: This is not SMP coherent stage.
705  *
706  *****************************************************************************/
707
708 #define KERNEL_P2V(pa) \
709     ((vm_offset_t)((pa) - arm_physmem_kernaddr + KERNVIRTADDR))
710 #define KERNEL_V2P(va) \
711     ((vm_paddr_t)((va) - KERNVIRTADDR + arm_physmem_kernaddr))
712
713 static vm_paddr_t last_paddr;
714
715 /*
716  *  Pre-bootstrap epoch page allocator.
717  */
718 vm_paddr_t
719 pmap_preboot_get_pages(u_int num)
720 {
721         vm_paddr_t ret;
722
723         ret = last_paddr;
724         last_paddr += num * PAGE_SIZE;
725
726         return (ret);
727 }
728
729 /*
730  *      The fundamental initialization of PMAP stuff.
731  *
732  *  Some things already happened in locore.S and some things could happen
733  *  before pmap_bootstrap_prepare() is called, so let's recall what is done:
734  *  1. Caches are disabled.
735  *  2. We are running on virtual addresses already with 'boot_pt1'
736  *     as L1 page table.
737  *  3. So far, all virtual addresses can be converted to physical ones and
738  *     vice versa by the following macros:
739  *       KERNEL_P2V(pa) .... physical to virtual ones,
740  *       KERNEL_V2P(va) .... virtual to physical ones.
741  *
742  *  What is done herein:
743  *  1. The 'boot_pt1' is replaced by real kernel L1 page table 'kern_pt1'.
744  *  2. PT2MAP magic is brought to live.
745  *  3. Basic preboot functions for page allocations and mappings can be used.
746  *  4. Everything is prepared for L1 cache enabling.
747  *
748  *  Variations:
749  *  1. To use second TTB register, so kernel and users page tables will be
750  *     separated. This way process forking - pmap_pinit() - could be faster,
751  *     it saves physical pages and KVA per a process, and it's simple change.
752  *     However, it will lead, due to hardware matter, to the following:
753  *     (a) 2G space for kernel and 2G space for users.
754  *     (b) 1G space for kernel in low addresses and 3G for users above it.
755  *     A question is: Is the case (b) really an option? Note that case (b)
756  *     does save neither physical memory and KVA.
757  */
758 void
759 pmap_bootstrap_prepare(vm_paddr_t last)
760 {
761         vm_paddr_t pt2pg_pa, pt2tab_pa, pa, size;
762         vm_offset_t pt2pg_va;
763         pt1_entry_t *pte1p;
764         pt2_entry_t *pte2p;
765         u_int i;
766         uint32_t l1_attr;
767
768         /*
769          * Now, we are going to make real kernel mapping. Note that we are
770          * already running on some mapping made in locore.S and we expect
771          * that it's large enough to ensure nofault access to physical memory
772          * allocated herein before switch.
773          *
774          * As kernel image and everything needed before are and will be mapped
775          * by section mappings, we align last physical address to PTE1_SIZE.
776          */
777         last_paddr = pte1_roundup(last);
778
779         /*
780          * Allocate and zero page(s) for kernel L1 page table.
781          *
782          * Note that it's first allocation on space which was PTE1_SIZE
783          * aligned and as such base_pt1 is aligned to NB_IN_PT1 too.
784          */
785         base_pt1 = pmap_preboot_get_pages(NPG_IN_PT1);
786         kern_pt1 = (pt1_entry_t *)KERNEL_P2V(base_pt1);
787         bzero((void*)kern_pt1, NB_IN_PT1);
788         pte1_sync_range(kern_pt1, NB_IN_PT1);
789
790         /* Allocate and zero page(s) for kernel PT2TAB. */
791         pt2tab_pa = pmap_preboot_get_pages(NPG_IN_PT2TAB);
792         kern_pt2tab = (pt2_entry_t *)KERNEL_P2V(pt2tab_pa);
793         bzero(kern_pt2tab, NB_IN_PT2TAB);
794         pte2_sync_range(kern_pt2tab, NB_IN_PT2TAB);
795
796         /* Allocate and zero page(s) for kernel L2 page tables. */
797         pt2pg_pa = pmap_preboot_get_pages(NKPT2PG);
798         pt2pg_va = KERNEL_P2V(pt2pg_pa);
799         size = NKPT2PG * PAGE_SIZE;
800         bzero((void*)pt2pg_va, size);
801         pte2_sync_range((pt2_entry_t *)pt2pg_va, size);
802
803         /*
804          * Add a physical memory segment (vm_phys_seg) corresponding to the
805          * preallocated pages for kernel L2 page tables so that vm_page
806          * structures representing these pages will be created. The vm_page
807          * structures are required for promotion of the corresponding kernel
808          * virtual addresses to section mappings.
809          */
810         vm_phys_add_seg(pt2tab_pa, pmap_preboot_get_pages(0));
811
812         /*
813          * Insert allocated L2 page table pages to PT2TAB and make
814          * link to all PT2s in L1 page table. See how kernel_vm_end
815          * is initialized.
816          *
817          * We play simple and safe. So every KVA will have underlaying
818          * L2 page table, even kernel image mapped by sections.
819          */
820         pte2p = kern_pt2tab_entry(KERNBASE);
821         for (pa = pt2pg_pa; pa < pt2pg_pa + size; pa += PTE2_SIZE)
822                 pt2tab_store(pte2p++, PTE2_KPT(pa));
823
824         pte1p = kern_pte1(KERNBASE);
825         for (pa = pt2pg_pa; pa < pt2pg_pa + size; pa += NB_IN_PT2)
826                 pte1_store(pte1p++, PTE1_LINK(pa));
827
828         /* Make section mappings for kernel. */
829         l1_attr = ATTR_TO_L1(PTE2_ATTR_DEFAULT);
830         pte1p = kern_pte1(KERNBASE);
831         for (pa = KERNEL_V2P(KERNBASE); pa < last; pa += PTE1_SIZE)
832                 pte1_store(pte1p++, PTE1_KERN(pa, PTE1_AP_KRW, l1_attr));
833
834         /*
835          * Get free and aligned space for PT2MAP and make L1 page table links
836          * to L2 page tables held in PT2TAB.
837          *
838          * Note that pages holding PT2s are stored in PT2TAB as pt2_entry_t
839          * descriptors and PT2TAB page(s) itself is(are) used as PT2s. Thus
840          * each entry in PT2TAB maps all PT2s in a page. This implies that
841          * virtual address of PT2MAP must be aligned to NPT2_IN_PG * PTE1_SIZE.
842          */
843         PT2MAP = (pt2_entry_t *)(KERNBASE - PT2MAP_SIZE);
844         pte1p = kern_pte1((vm_offset_t)PT2MAP);
845         for (pa = pt2tab_pa, i = 0; i < NPT2_IN_PT2TAB; i++, pa += NB_IN_PT2) {
846                 pte1_store(pte1p++, PTE1_LINK(pa));
847         }
848
849         /*
850          * Store PT2TAB in PT2TAB itself, i.e. self reference mapping.
851          * Each pmap will hold own PT2TAB, so the mapping should be not global.
852          */
853         pte2p = kern_pt2tab_entry((vm_offset_t)PT2MAP);
854         for (pa = pt2tab_pa, i = 0; i < NPG_IN_PT2TAB; i++, pa += PTE2_SIZE) {
855                 pt2tab_store(pte2p++, PTE2_KPT_NG(pa));
856         }
857
858         /*
859          * Choose correct L2 page table and make mappings for allocations
860          * made herein which replaces temporary locore.S mappings after a while.
861          * Note that PT2MAP cannot be used until we switch to kern_pt1.
862          *
863          * Note, that these allocations started aligned on 1M section and
864          * kernel PT1 was allocated first. Making of mappings must follow
865          * order of physical allocations as we've used KERNEL_P2V() macro
866          * for virtual addresses resolution.
867          */
868         pte2p = kern_pt2tab_entry((vm_offset_t)kern_pt1);
869         pt2pg_va = KERNEL_P2V(pte2_pa(pte2_load(pte2p)));
870
871         pte2p = page_pt2(pt2pg_va, pte1_index((vm_offset_t)kern_pt1));
872
873         /* Make mapping for kernel L1 page table. */
874         for (pa = base_pt1, i = 0; i < NPG_IN_PT1; i++, pa += PTE2_SIZE)
875                 pte2_store(pte2p++, PTE2_KPT(pa));
876
877         /* Make mapping for kernel PT2TAB. */
878         for (pa = pt2tab_pa, i = 0; i < NPG_IN_PT2TAB; i++, pa += PTE2_SIZE)
879                 pte2_store(pte2p++, PTE2_KPT(pa));
880
881         /* Finally, switch from 'boot_pt1' to 'kern_pt1'. */
882         pmap_kern_ttb = base_pt1 | ttb_flags;
883         cpuinfo_reinit_mmu(pmap_kern_ttb);
884         /*
885          * Initialize the first available KVA. As kernel image is mapped by
886          * sections, we are leaving some gap behind.
887          */
888         virtual_avail = (vm_offset_t)kern_pt2tab + NPG_IN_PT2TAB * PAGE_SIZE;
889 }
890
891 /*
892  *  Setup L2 page table page for given KVA.
893  *  Used in pre-bootstrap epoch.
894  *
895  *  Note that we have allocated NKPT2PG pages for L2 page tables in advance
896  *  and used them for mapping KVA starting from KERNBASE. However, this is not
897  *  enough. Vectors and devices need L2 page tables too. Note that they are
898  *  even above VM_MAX_KERNEL_ADDRESS.
899  */
900 static __inline vm_paddr_t
901 pmap_preboot_pt2pg_setup(vm_offset_t va)
902 {
903         pt2_entry_t *pte2p, pte2;
904         vm_paddr_t pt2pg_pa;
905
906         /* Get associated entry in PT2TAB. */
907         pte2p = kern_pt2tab_entry(va);
908
909         /* Just return, if PT2s page exists already. */
910         pte2 = pt2tab_load(pte2p);
911         if (pte2_is_valid(pte2))
912                 return (pte2_pa(pte2));
913
914         KASSERT(va >= VM_MAX_KERNEL_ADDRESS,
915             ("%s: NKPT2PG too small", __func__));
916
917         /*
918          * Allocate page for PT2s and insert it to PT2TAB.
919          * In other words, map it into PT2MAP space.
920          */
921         pt2pg_pa = pmap_preboot_get_pages(1);
922         pt2tab_store(pte2p, PTE2_KPT(pt2pg_pa));
923
924         /* Zero all PT2s in allocated page. */
925         bzero((void*)pt2map_pt2pg(va), PAGE_SIZE);
926         pte2_sync_range((pt2_entry_t *)pt2map_pt2pg(va), PAGE_SIZE);
927
928         return (pt2pg_pa);
929 }
930
931 /*
932  *  Setup L2 page table for given KVA.
933  *  Used in pre-bootstrap epoch.
934  */
935 static void
936 pmap_preboot_pt2_setup(vm_offset_t va)
937 {
938         pt1_entry_t *pte1p;
939         vm_paddr_t pt2pg_pa, pt2_pa;
940
941         /* Setup PT2's page. */
942         pt2pg_pa = pmap_preboot_pt2pg_setup(va);
943         pt2_pa = page_pt2pa(pt2pg_pa, pte1_index(va));
944
945         /* Insert PT2 to PT1. */
946         pte1p = kern_pte1(va);
947         pte1_store(pte1p, PTE1_LINK(pt2_pa));
948 }
949
950 /*
951  *  Get L2 page entry associated with given KVA.
952  *  Used in pre-bootstrap epoch.
953  */
954 static __inline pt2_entry_t*
955 pmap_preboot_vtopte2(vm_offset_t va)
956 {
957         pt1_entry_t *pte1p;
958
959         /* Setup PT2 if needed. */
960         pte1p = kern_pte1(va);
961         if (!pte1_is_valid(pte1_load(pte1p))) /* XXX - sections ?! */
962                 pmap_preboot_pt2_setup(va);
963
964         return (pt2map_entry(va));
965 }
966
967 /*
968  *  Pre-bootstrap epoch page(s) mapping(s).
969  */
970 void
971 pmap_preboot_map_pages(vm_paddr_t pa, vm_offset_t va, u_int num)
972 {
973         u_int i;
974         pt2_entry_t *pte2p;
975
976         /* Map all the pages. */
977         for (i = 0; i < num; i++) {
978                 pte2p = pmap_preboot_vtopte2(va);
979                 pte2_store(pte2p, PTE2_KRW(pa));
980                 va += PAGE_SIZE;
981                 pa += PAGE_SIZE;
982         }
983 }
984
985 /*
986  *  Pre-bootstrap epoch virtual space alocator.
987  */
988 vm_offset_t
989 pmap_preboot_reserve_pages(u_int num)
990 {
991         u_int i;
992         vm_offset_t start, va;
993         pt2_entry_t *pte2p;
994
995         /* Allocate virtual space. */
996         start = va = virtual_avail;
997         virtual_avail += num * PAGE_SIZE;
998
999         /* Zero the mapping. */
1000         for (i = 0; i < num; i++) {
1001                 pte2p = pmap_preboot_vtopte2(va);
1002                 pte2_store(pte2p, 0);
1003                 va += PAGE_SIZE;
1004         }
1005
1006         return (start);
1007 }
1008
1009 /*
1010  *  Pre-bootstrap epoch page(s) allocation and mapping(s).
1011  */
1012 vm_offset_t
1013 pmap_preboot_get_vpages(u_int num)
1014 {
1015         vm_paddr_t  pa;
1016         vm_offset_t va;
1017
1018         /* Allocate physical page(s). */
1019         pa = pmap_preboot_get_pages(num);
1020
1021         /* Allocate virtual space. */
1022         va = virtual_avail;
1023         virtual_avail += num * PAGE_SIZE;
1024
1025         /* Map and zero all. */
1026         pmap_preboot_map_pages(pa, va, num);
1027         bzero((void *)va, num * PAGE_SIZE);
1028
1029         return (va);
1030 }
1031
1032 /*
1033  *  Pre-bootstrap epoch page mapping(s) with attributes.
1034  */
1035 void
1036 pmap_preboot_map_attr(vm_paddr_t pa, vm_offset_t va, vm_size_t size,
1037     vm_prot_t prot, vm_memattr_t attr)
1038 {
1039         u_int num;
1040         u_int l1_attr, l1_prot, l2_prot, l2_attr;
1041         pt1_entry_t *pte1p;
1042         pt2_entry_t *pte2p;
1043
1044         l2_prot = prot & VM_PROT_WRITE ? PTE2_AP_KRW : PTE2_AP_KR;
1045         l2_prot |= (prot & VM_PROT_EXECUTE) ? PTE2_X : PTE2_NX;
1046         l2_attr = vm_memattr_to_pte2(attr);
1047         l1_prot = ATTR_TO_L1(l2_prot);
1048         l1_attr = ATTR_TO_L1(l2_attr);
1049
1050         /* Map all the pages. */
1051         num = round_page(size);
1052         while (num > 0) {
1053                 if ((((va | pa) & PTE1_OFFSET) == 0) && (num >= PTE1_SIZE)) {
1054                         pte1p = kern_pte1(va);
1055                         pte1_store(pte1p, PTE1_KERN(pa, l1_prot, l1_attr));
1056                         va += PTE1_SIZE;
1057                         pa += PTE1_SIZE;
1058                         num -= PTE1_SIZE;
1059                 } else {
1060                         pte2p = pmap_preboot_vtopte2(va);
1061                         pte2_store(pte2p, PTE2_KERN(pa, l2_prot, l2_attr));
1062                         va += PAGE_SIZE;
1063                         pa += PAGE_SIZE;
1064                         num -= PAGE_SIZE;
1065                 }
1066         }
1067 }
1068
1069 /*
1070  *  Extract from the kernel page table the physical address
1071  *  that is mapped by the given virtual address "va".
1072  */
1073 vm_paddr_t
1074 pmap_kextract(vm_offset_t va)
1075 {
1076         vm_paddr_t pa;
1077         pt1_entry_t pte1;
1078         pt2_entry_t pte2;
1079
1080         pte1 = pte1_load(kern_pte1(va));
1081         if (pte1_is_section(pte1)) {
1082                 pa = pte1_pa(pte1) | (va & PTE1_OFFSET);
1083         } else if (pte1_is_link(pte1)) {
1084                 /*
1085                  * We should beware of concurrent promotion that changes
1086                  * pte1 at this point. However, it's not a problem as PT2
1087                  * page is preserved by promotion in PT2TAB. So even if
1088                  * it happens, using of PT2MAP is still safe.
1089                  *
1090                  * QQQ: However, concurrent removing is a problem which
1091                  *      ends in abort on PT2MAP space. Locking must be used
1092                  *      to deal with this.
1093                  */
1094                 pte2 = pte2_load(pt2map_entry(va));
1095                 pa = pte2_pa(pte2) | (va & PTE2_OFFSET);
1096         }
1097         else {
1098                 panic("%s: va %#x pte1 %#x", __func__, va, pte1);
1099         }
1100         return (pa);
1101 }
1102
1103 /*
1104  *  Extract from the kernel page table the physical address
1105  *  that is mapped by the given virtual address "va". Also
1106  *  return L2 page table entry which maps the address.
1107  *
1108  *  This is only intended to be used for panic dumps.
1109  */
1110 vm_paddr_t
1111 pmap_dump_kextract(vm_offset_t va, pt2_entry_t *pte2p)
1112 {
1113         vm_paddr_t pa;
1114         pt1_entry_t pte1;
1115         pt2_entry_t pte2;
1116
1117         pte1 = pte1_load(kern_pte1(va));
1118         if (pte1_is_section(pte1)) {
1119                 pa = pte1_pa(pte1) | (va & PTE1_OFFSET);
1120                 pte2 = pa | ATTR_TO_L2(pte1) | PTE2_V;
1121         } else if (pte1_is_link(pte1)) {
1122                 pte2 = pte2_load(pt2map_entry(va));
1123                 pa = pte2_pa(pte2);
1124         } else {
1125                 pte2 = 0;
1126                 pa = 0;
1127         }
1128         if (pte2p != NULL)
1129                 *pte2p = pte2;
1130         return (pa);
1131 }
1132
1133 /*****************************************************************************
1134  *
1135  *      PMAP second stage initialization and utility functions
1136  *      for bootstrap epoch.
1137  *
1138  *  After pmap_bootstrap() is called, the following functions for
1139  *  mappings can be used:
1140  *
1141  *  void pmap_kenter(vm_offset_t va, vm_paddr_t pa);
1142  *  void pmap_kremove(vm_offset_t va);
1143  *  vm_offset_t pmap_map(vm_offset_t *virt, vm_paddr_t start, vm_paddr_t end,
1144  *      int prot);
1145  *
1146  *  NOTE: This is not SMP coherent stage. And physical page allocation is not
1147  *        allowed during this stage.
1148  *
1149  *****************************************************************************/
1150
1151 /*
1152  *  Initialize kernel PMAP locks and lists, kernel_pmap itself, and
1153  *  reserve various virtual spaces for temporary mappings.
1154  */
1155 void
1156 pmap_bootstrap(vm_offset_t firstaddr)
1157 {
1158         pt2_entry_t *unused __unused;
1159         struct pcpu *pc;
1160
1161         /*
1162          * Initialize the kernel pmap (which is statically allocated).
1163          */
1164         PMAP_LOCK_INIT(kernel_pmap);
1165         kernel_l1pa = (vm_paddr_t)kern_pt1;  /* for libkvm */
1166         kernel_pmap->pm_pt1 = kern_pt1;
1167         kernel_pmap->pm_pt2tab = kern_pt2tab;
1168         CPU_FILL(&kernel_pmap->pm_active);  /* don't allow deactivation */
1169         TAILQ_INIT(&kernel_pmap->pm_pvchunk);
1170
1171         /*
1172          * Initialize the global pv list lock.
1173          */
1174         rw_init(&pvh_global_lock, "pmap pv global");
1175
1176         LIST_INIT(&allpmaps);
1177
1178         /*
1179          * Request a spin mutex so that changes to allpmaps cannot be
1180          * preempted by smp_rendezvous_cpus().
1181          */
1182         mtx_init(&allpmaps_lock, "allpmaps", NULL, MTX_SPIN);
1183         mtx_lock_spin(&allpmaps_lock);
1184         LIST_INSERT_HEAD(&allpmaps, kernel_pmap, pm_list);
1185         mtx_unlock_spin(&allpmaps_lock);
1186
1187         /*
1188          * Reserve some special page table entries/VA space for temporary
1189          * mapping of pages.
1190          */
1191 #define SYSMAP(c, p, v, n)  do {                \
1192         v = (c)pmap_preboot_reserve_pages(n);   \
1193         p = pt2map_entry((vm_offset_t)v);       \
1194         } while (0)
1195
1196         /*
1197          * Local CMAP1/CMAP2 are used for zeroing and copying pages.
1198          * Local CMAP2 is also used for data cache cleaning.
1199          */
1200         pc = get_pcpu();
1201         mtx_init(&pc->pc_cmap_lock, "SYSMAPS", NULL, MTX_DEF);
1202         SYSMAP(caddr_t, pc->pc_cmap1_pte2p, pc->pc_cmap1_addr, 1);
1203         SYSMAP(caddr_t, pc->pc_cmap2_pte2p, pc->pc_cmap2_addr, 1);
1204         SYSMAP(vm_offset_t, pc->pc_qmap_pte2p, pc->pc_qmap_addr, 1);
1205
1206         /*
1207          * Crashdump maps.
1208          */
1209         SYSMAP(caddr_t, unused, crashdumpmap, MAXDUMPPGS);
1210
1211         /*
1212          * _tmppt is used for reading arbitrary physical pages via /dev/mem.
1213          */
1214         SYSMAP(caddr_t, unused, _tmppt, 1);
1215
1216         /*
1217          * PADDR1 and PADDR2 are used by pmap_pte2_quick() and pmap_pte2(),
1218          * respectively. PADDR3 is used by pmap_pte2_ddb().
1219          */
1220         SYSMAP(pt2_entry_t *, PMAP1, PADDR1, 1);
1221         SYSMAP(pt2_entry_t *, PMAP2, PADDR2, 1);
1222 #ifdef DDB
1223         SYSMAP(pt2_entry_t *, PMAP3, PADDR3, 1);
1224 #endif
1225         mtx_init(&PMAP2mutex, "PMAP2", NULL, MTX_DEF);
1226
1227         /*
1228          * Note that in very short time in initarm(), we are going to
1229          * initialize phys_avail[] array and no further page allocation
1230          * can happen after that until vm subsystem will be initialized.
1231          */
1232         kernel_vm_end_new = kernel_vm_end;
1233         virtual_end = vm_max_kernel_address;
1234 }
1235
1236 static void
1237 pmap_init_reserved_pages(void)
1238 {
1239         struct pcpu *pc;
1240         vm_offset_t pages;
1241         int i;
1242
1243         CPU_FOREACH(i) {
1244                 pc = pcpu_find(i);
1245                 /*
1246                  * Skip if the mapping has already been initialized,
1247                  * i.e. this is the BSP.
1248                  */
1249                 if (pc->pc_cmap1_addr != 0)
1250                         continue;
1251                 mtx_init(&pc->pc_cmap_lock, "SYSMAPS", NULL, MTX_DEF);
1252                 pages = kva_alloc(PAGE_SIZE * 3);
1253                 if (pages == 0)
1254                         panic("%s: unable to allocate KVA", __func__);
1255                 pc->pc_cmap1_pte2p = pt2map_entry(pages);
1256                 pc->pc_cmap2_pte2p = pt2map_entry(pages + PAGE_SIZE);
1257                 pc->pc_qmap_pte2p = pt2map_entry(pages + (PAGE_SIZE * 2));
1258                 pc->pc_cmap1_addr = (caddr_t)pages;
1259                 pc->pc_cmap2_addr = (caddr_t)(pages + PAGE_SIZE);
1260                 pc->pc_qmap_addr = pages + (PAGE_SIZE * 2);
1261         }
1262 }
1263 SYSINIT(rpages_init, SI_SUB_CPU, SI_ORDER_ANY, pmap_init_reserved_pages, NULL);
1264
1265 /*
1266  *  The function can already be use in second initialization stage.
1267  *  As such, the function DOES NOT call pmap_growkernel() where PT2
1268  *  allocation can happen. So if used, be sure that PT2 for given
1269  *  virtual address is allocated already!
1270  *
1271  *  Add a wired page to the kva.
1272  *  Note: not SMP coherent.
1273  */
1274 static __inline void
1275 pmap_kenter_prot_attr(vm_offset_t va, vm_paddr_t pa, uint32_t prot,
1276     uint32_t attr)
1277 {
1278         pt1_entry_t *pte1p;
1279         pt2_entry_t *pte2p;
1280
1281         pte1p = kern_pte1(va);
1282         if (!pte1_is_valid(pte1_load(pte1p))) { /* XXX - sections ?! */
1283                 /*
1284                  * This is a very low level function, so PT2 and particularly
1285                  * PT2PG associated with given virtual address must be already
1286                  * allocated. It's a pain mainly during pmap initialization
1287                  * stage. However, called after pmap initialization with
1288                  * virtual address not under kernel_vm_end will lead to
1289                  * the same misery.
1290                  */
1291                 if (!pte2_is_valid(pte2_load(kern_pt2tab_entry(va))))
1292                         panic("%s: kernel PT2 not allocated!", __func__);
1293         }
1294
1295         pte2p = pt2map_entry(va);
1296         pte2_store(pte2p, PTE2_KERN(pa, prot, attr));
1297 }
1298
1299 PMAP_INLINE void
1300 pmap_kenter(vm_offset_t va, vm_paddr_t pa)
1301 {
1302
1303         pmap_kenter_prot_attr(va, pa, PTE2_AP_KRW, PTE2_ATTR_DEFAULT);
1304 }
1305
1306 /*
1307  *  Remove a page from the kernel pagetables.
1308  *  Note: not SMP coherent.
1309  */
1310 PMAP_INLINE void
1311 pmap_kremove(vm_offset_t va)
1312 {
1313         pt2_entry_t *pte2p;
1314
1315         pte2p = pt2map_entry(va);
1316         pte2_clear(pte2p);
1317 }
1318
1319 /*
1320  *  Share new kernel PT2PG with all pmaps.
1321  *  The caller is responsible for maintaining TLB consistency.
1322  */
1323 static void
1324 pmap_kenter_pt2tab(vm_offset_t va, pt2_entry_t npte2)
1325 {
1326         pmap_t pmap;
1327         pt2_entry_t *pte2p;
1328
1329         mtx_lock_spin(&allpmaps_lock);
1330         LIST_FOREACH(pmap, &allpmaps, pm_list) {
1331                 pte2p = pmap_pt2tab_entry(pmap, va);
1332                 pt2tab_store(pte2p, npte2);
1333         }
1334         mtx_unlock_spin(&allpmaps_lock);
1335 }
1336
1337 /*
1338  *  Share new kernel PTE1 with all pmaps.
1339  *  The caller is responsible for maintaining TLB consistency.
1340  */
1341 static void
1342 pmap_kenter_pte1(vm_offset_t va, pt1_entry_t npte1)
1343 {
1344         pmap_t pmap;
1345         pt1_entry_t *pte1p;
1346
1347         mtx_lock_spin(&allpmaps_lock);
1348         LIST_FOREACH(pmap, &allpmaps, pm_list) {
1349                 pte1p = pmap_pte1(pmap, va);
1350                 pte1_store(pte1p, npte1);
1351         }
1352         mtx_unlock_spin(&allpmaps_lock);
1353 }
1354
1355 /*
1356  *  Used to map a range of physical addresses into kernel
1357  *  virtual address space.
1358  *
1359  *  The value passed in '*virt' is a suggested virtual address for
1360  *  the mapping. Architectures which can support a direct-mapped
1361  *  physical to virtual region can return the appropriate address
1362  *  within that region, leaving '*virt' unchanged. Other
1363  *  architectures should map the pages starting at '*virt' and
1364  *  update '*virt' with the first usable address after the mapped
1365  *  region.
1366  *
1367  *  NOTE: Read the comments above pmap_kenter_prot_attr() as
1368  *        the function is used herein!
1369  */
1370 vm_offset_t
1371 pmap_map(vm_offset_t *virt, vm_paddr_t start, vm_paddr_t end, int prot)
1372 {
1373         vm_offset_t va, sva;
1374         vm_paddr_t pte1_offset;
1375         pt1_entry_t npte1;
1376         uint32_t l1prot, l2prot;
1377         uint32_t l1attr, l2attr;
1378
1379         PDEBUG(1, printf("%s: virt = %#x, start = %#x, end = %#x (size = %#x),"
1380             " prot = %d\n", __func__, *virt, start, end, end - start,  prot));
1381
1382         l2prot = (prot & VM_PROT_WRITE) ? PTE2_AP_KRW : PTE2_AP_KR;
1383         l2prot |= (prot & VM_PROT_EXECUTE) ? PTE2_X : PTE2_NX;
1384         l1prot = ATTR_TO_L1(l2prot);
1385
1386         l2attr = PTE2_ATTR_DEFAULT;
1387         l1attr = ATTR_TO_L1(l2attr);
1388
1389         va = *virt;
1390         /*
1391          * Does the physical address range's size and alignment permit at
1392          * least one section mapping to be created?
1393          */
1394         pte1_offset = start & PTE1_OFFSET;
1395         if ((end - start) - ((PTE1_SIZE - pte1_offset) & PTE1_OFFSET) >=
1396             PTE1_SIZE) {
1397                 /*
1398                  * Increase the starting virtual address so that its alignment
1399                  * does not preclude the use of section mappings.
1400                  */
1401                 if ((va & PTE1_OFFSET) < pte1_offset)
1402                         va = pte1_trunc(va) + pte1_offset;
1403                 else if ((va & PTE1_OFFSET) > pte1_offset)
1404                         va = pte1_roundup(va) + pte1_offset;
1405         }
1406         sva = va;
1407         while (start < end) {
1408                 if ((start & PTE1_OFFSET) == 0 && end - start >= PTE1_SIZE) {
1409                         KASSERT((va & PTE1_OFFSET) == 0,
1410                             ("%s: misaligned va %#x", __func__, va));
1411                         npte1 = PTE1_KERN(start, l1prot, l1attr);
1412                         pmap_kenter_pte1(va, npte1);
1413                         va += PTE1_SIZE;
1414                         start += PTE1_SIZE;
1415                 } else {
1416                         pmap_kenter_prot_attr(va, start, l2prot, l2attr);
1417                         va += PAGE_SIZE;
1418                         start += PAGE_SIZE;
1419                 }
1420         }
1421         tlb_flush_range(sva, va - sva);
1422         *virt = va;
1423         return (sva);
1424 }
1425
1426 /*
1427  *  Make a temporary mapping for a physical address.
1428  *  This is only intended to be used for panic dumps.
1429  */
1430 void *
1431 pmap_kenter_temporary(vm_paddr_t pa, int i)
1432 {
1433         vm_offset_t va;
1434
1435         /* QQQ: 'i' should be less or equal to MAXDUMPPGS. */
1436
1437         va = (vm_offset_t)crashdumpmap + (i * PAGE_SIZE);
1438         pmap_kenter(va, pa);
1439         tlb_flush_local(va);
1440         return ((void *)crashdumpmap);
1441 }
1442
1443
1444 /*************************************
1445  *
1446  *  TLB & cache maintenance routines.
1447  *
1448  *************************************/
1449
1450 /*
1451  *  We inline these within pmap.c for speed.
1452  */
1453 PMAP_INLINE void
1454 pmap_tlb_flush(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
1455 {
1456
1457         if (pmap == kernel_pmap || !CPU_EMPTY(&pmap->pm_active))
1458                 tlb_flush(va);
1459 }
1460
1461 PMAP_INLINE void
1462 pmap_tlb_flush_range(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_size_t size)
1463 {
1464
1465         if (pmap == kernel_pmap || !CPU_EMPTY(&pmap->pm_active))
1466                 tlb_flush_range(sva, size);
1467 }
1468
1469 /*
1470  *  Abuse the pte2 nodes for unmapped kva to thread a kva freelist through.
1471  *  Requirements:
1472  *   - Must deal with pages in order to ensure that none of the PTE2_* bits
1473  *     are ever set, PTE2_V in particular.
1474  *   - Assumes we can write to pte2s without pte2_store() atomic ops.
1475  *   - Assumes nothing will ever test these addresses for 0 to indicate
1476  *     no mapping instead of correctly checking PTE2_V.
1477  *   - Assumes a vm_offset_t will fit in a pte2 (true for arm).
1478  *  Because PTE2_V is never set, there can be no mappings to invalidate.
1479  */
1480 static vm_offset_t
1481 pmap_pte2list_alloc(vm_offset_t *head)
1482 {
1483         pt2_entry_t *pte2p;
1484         vm_offset_t va;
1485
1486         va = *head;
1487         if (va == 0)
1488                 panic("pmap_ptelist_alloc: exhausted ptelist KVA");
1489         pte2p = pt2map_entry(va);
1490         *head = *pte2p;
1491         if (*head & PTE2_V)
1492                 panic("%s: va with PTE2_V set!", __func__);
1493         *pte2p = 0;
1494         return (va);
1495 }
1496
1497 static void
1498 pmap_pte2list_free(vm_offset_t *head, vm_offset_t va)
1499 {
1500         pt2_entry_t *pte2p;
1501
1502         if (va & PTE2_V)
1503                 panic("%s: freeing va with PTE2_V set!", __func__);
1504         pte2p = pt2map_entry(va);
1505         *pte2p = *head;         /* virtual! PTE2_V is 0 though */
1506         *head = va;
1507 }
1508
1509 static void
1510 pmap_pte2list_init(vm_offset_t *head, void *base, int npages)
1511 {
1512         int i;
1513         vm_offset_t va;
1514
1515         *head = 0;
1516         for (i = npages - 1; i >= 0; i--) {
1517                 va = (vm_offset_t)base + i * PAGE_SIZE;
1518                 pmap_pte2list_free(head, va);
1519         }
1520 }
1521
1522 /*****************************************************************************
1523  *
1524  *      PMAP third and final stage initialization.
1525  *
1526  *  After pmap_init() is called, PMAP subsystem is fully initialized.
1527  *
1528  *****************************************************************************/
1529
1530 SYSCTL_NODE(_vm, OID_AUTO, pmap, CTLFLAG_RD, 0, "VM/pmap parameters");
1531
1532 SYSCTL_INT(_vm_pmap, OID_AUTO, pv_entry_max, CTLFLAG_RD, &pv_entry_max, 0,
1533     "Max number of PV entries");
1534 SYSCTL_INT(_vm_pmap, OID_AUTO, shpgperproc, CTLFLAG_RD, &shpgperproc, 0,
1535     "Page share factor per proc");
1536
1537 static u_long nkpt2pg = NKPT2PG;
1538 SYSCTL_ULONG(_vm_pmap, OID_AUTO, nkpt2pg, CTLFLAG_RD,
1539     &nkpt2pg, 0, "Pre-allocated pages for kernel PT2s");
1540
1541 static int sp_enabled = 1;
1542 SYSCTL_INT(_vm_pmap, OID_AUTO, sp_enabled, CTLFLAG_RDTUN | CTLFLAG_NOFETCH,
1543     &sp_enabled, 0, "Are large page mappings enabled?");
1544
1545 static SYSCTL_NODE(_vm_pmap, OID_AUTO, pte1, CTLFLAG_RD, 0,
1546     "1MB page mapping counters");
1547
1548 static u_long pmap_pte1_demotions;
1549 SYSCTL_ULONG(_vm_pmap_pte1, OID_AUTO, demotions, CTLFLAG_RD,
1550     &pmap_pte1_demotions, 0, "1MB page demotions");
1551
1552 static u_long pmap_pte1_mappings;
1553 SYSCTL_ULONG(_vm_pmap_pte1, OID_AUTO, mappings, CTLFLAG_RD,
1554     &pmap_pte1_mappings, 0, "1MB page mappings");
1555
1556 static u_long pmap_pte1_p_failures;
1557 SYSCTL_ULONG(_vm_pmap_pte1, OID_AUTO, p_failures, CTLFLAG_RD,
1558     &pmap_pte1_p_failures, 0, "1MB page promotion failures");
1559
1560 static u_long pmap_pte1_promotions;
1561 SYSCTL_ULONG(_vm_pmap_pte1, OID_AUTO, promotions, CTLFLAG_RD,
1562     &pmap_pte1_promotions, 0, "1MB page promotions");
1563
1564 static u_long pmap_pte1_kern_demotions;
1565 SYSCTL_ULONG(_vm_pmap_pte1, OID_AUTO, kern_demotions, CTLFLAG_RD,
1566     &pmap_pte1_kern_demotions, 0, "1MB page kernel demotions");
1567
1568 static u_long pmap_pte1_kern_promotions;
1569 SYSCTL_ULONG(_vm_pmap_pte1, OID_AUTO, kern_promotions, CTLFLAG_RD,
1570     &pmap_pte1_kern_promotions, 0, "1MB page kernel promotions");
1571
1572 static __inline ttb_entry_t
1573 pmap_ttb_get(pmap_t pmap)
1574 {
1575
1576         return (vtophys(pmap->pm_pt1) | ttb_flags);
1577 }
1578
1579 /*
1580  *  Initialize a vm_page's machine-dependent fields.
1581  *
1582  *  Variations:
1583  *  1. Pages for L2 page tables are always not managed. So, pv_list and
1584  *     pt2_wirecount can share same physical space. However, proper
1585  *     initialization on a page alloc for page tables and reinitialization
1586  *     on the page free must be ensured.
1587  */
1588 void
1589 pmap_page_init(vm_page_t m)
1590 {
1591
1592         TAILQ_INIT(&m->md.pv_list);
1593         pt2_wirecount_init(m);
1594         m->md.pat_mode = VM_MEMATTR_DEFAULT;
1595 }
1596
1597 /*
1598  *  Virtualization for faster way how to zero whole page.
1599  */
1600 static __inline void
1601 pagezero(void *page)
1602 {
1603
1604         bzero(page, PAGE_SIZE);
1605 }
1606
1607 /*
1608  *  Zero L2 page table page.
1609  *  Use same KVA as in pmap_zero_page().
1610  */
1611 static __inline vm_paddr_t
1612 pmap_pt2pg_zero(vm_page_t m)
1613 {
1614         pt2_entry_t *cmap2_pte2p;
1615         vm_paddr_t pa;
1616         struct pcpu *pc;
1617
1618         pa = VM_PAGE_TO_PHYS(m);
1619
1620         /*
1621          * XXX: For now, we map whole page even if it's already zero,
1622          *      to sync it even if the sync is only DSB.
1623          */
1624         sched_pin();
1625         pc = get_pcpu();
1626         cmap2_pte2p = pc->pc_cmap2_pte2p;
1627         mtx_lock(&pc->pc_cmap_lock);
1628         if (pte2_load(cmap2_pte2p) != 0)
1629                 panic("%s: CMAP2 busy", __func__);
1630         pte2_store(cmap2_pte2p, PTE2_KERN_NG(pa, PTE2_AP_KRW,
1631             vm_page_pte2_attr(m)));
1632         /*  Even VM_ALLOC_ZERO request is only advisory. */
1633         if ((m->flags & PG_ZERO) == 0)
1634                 pagezero(pc->pc_cmap2_addr);
1635         pte2_sync_range((pt2_entry_t *)pc->pc_cmap2_addr, PAGE_SIZE);
1636         pte2_clear(cmap2_pte2p);
1637         tlb_flush((vm_offset_t)pc->pc_cmap2_addr);
1638
1639         /*
1640          * Unpin the thread before releasing the lock.  Otherwise the thread
1641          * could be rescheduled while still bound to the current CPU, only
1642          * to unpin itself immediately upon resuming execution.
1643          */
1644         sched_unpin();
1645         mtx_unlock(&pc->pc_cmap_lock);
1646
1647         return (pa);
1648 }
1649
1650 /*
1651  *  Init just allocated page as L2 page table(s) holder
1652  *  and return its physical address.
1653  */
1654 static __inline vm_paddr_t
1655 pmap_pt2pg_init(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m)
1656 {
1657         vm_paddr_t pa;
1658         pt2_entry_t *pte2p;
1659
1660         /* Check page attributes. */
1661         if (m->md.pat_mode != pt_memattr)
1662                 pmap_page_set_memattr(m, pt_memattr);
1663
1664         /* Zero page and init wire counts. */
1665         pa = pmap_pt2pg_zero(m);
1666         pt2_wirecount_init(m);
1667
1668         /*
1669          * Map page to PT2MAP address space for given pmap.
1670          * Note that PT2MAP space is shared with all pmaps.
1671          */
1672         if (pmap == kernel_pmap)
1673                 pmap_kenter_pt2tab(va, PTE2_KPT(pa));
1674         else {
1675                 pte2p = pmap_pt2tab_entry(pmap, va);
1676                 pt2tab_store(pte2p, PTE2_KPT_NG(pa));
1677         }
1678
1679         return (pa);
1680 }
1681
1682 /*
1683  *  Initialize the pmap module.
1684  *  Called by vm_init, to initialize any structures that the pmap
1685  *  system needs to map virtual memory.
1686  */
1687 void
1688 pmap_init(void)
1689 {
1690         vm_size_t s;
1691         pt2_entry_t *pte2p, pte2;
1692         u_int i, pte1_idx, pv_npg;
1693
1694         PDEBUG(1, printf("%s: phys_start = %#x\n", __func__, PHYSADDR));
1695
1696         /*
1697          * Initialize the vm page array entries for kernel pmap's
1698          * L2 page table pages allocated in advance.
1699          */
1700         pte1_idx = pte1_index(KERNBASE - PT2MAP_SIZE);
1701         pte2p = kern_pt2tab_entry(KERNBASE - PT2MAP_SIZE);
1702         for (i = 0; i < nkpt2pg + NPG_IN_PT2TAB; i++, pte2p++) {
1703                 vm_paddr_t pa;
1704                 vm_page_t m;
1705
1706                 pte2 = pte2_load(pte2p);
1707                 KASSERT(pte2_is_valid(pte2), ("%s: no valid entry", __func__));
1708
1709                 pa = pte2_pa(pte2);
1710                 m = PHYS_TO_VM_PAGE(pa);
1711                 KASSERT(m >= vm_page_array &&
1712                     m < &vm_page_array[vm_page_array_size],
1713                     ("%s: L2 page table page is out of range", __func__));
1714
1715                 m->pindex = pte1_idx;
1716                 m->phys_addr = pa;
1717                 pte1_idx += NPT2_IN_PG;
1718         }
1719
1720         /*
1721          * Initialize the address space (zone) for the pv entries.  Set a
1722          * high water mark so that the system can recover from excessive
1723          * numbers of pv entries.
1724          */
1725         TUNABLE_INT_FETCH("vm.pmap.shpgperproc", &shpgperproc);
1726         pv_entry_max = shpgperproc * maxproc + vm_cnt.v_page_count;
1727         TUNABLE_INT_FETCH("vm.pmap.pv_entries", &pv_entry_max);
1728         pv_entry_max = roundup(pv_entry_max, _NPCPV);
1729         pv_entry_high_water = 9 * (pv_entry_max / 10);
1730
1731         /*
1732          * Are large page mappings enabled?
1733          */
1734         TUNABLE_INT_FETCH("vm.pmap.sp_enabled", &sp_enabled);
1735         if (sp_enabled) {
1736                 KASSERT(MAXPAGESIZES > 1 && pagesizes[1] == 0,
1737                     ("%s: can't assign to pagesizes[1]", __func__));
1738                 pagesizes[1] = PTE1_SIZE;
1739         }
1740
1741         /*
1742          * Calculate the size of the pv head table for sections.
1743          * Handle the possibility that "vm_phys_segs[...].end" is zero.
1744          * Note that the table is only for sections which could be promoted.
1745          */
1746         first_managed_pa = pte1_trunc(vm_phys_segs[0].start);
1747         pv_npg = (pte1_trunc(vm_phys_segs[vm_phys_nsegs - 1].end - PAGE_SIZE)
1748             - first_managed_pa) / PTE1_SIZE + 1;
1749
1750         /*
1751          * Allocate memory for the pv head table for sections.
1752          */
1753         s = (vm_size_t)(pv_npg * sizeof(struct md_page));
1754         s = round_page(s);
1755         pv_table = (struct md_page *)kmem_malloc(kernel_arena, s,
1756             M_WAITOK | M_ZERO);
1757         for (i = 0; i < pv_npg; i++)
1758                 TAILQ_INIT(&pv_table[i].pv_list);
1759
1760         pv_maxchunks = MAX(pv_entry_max / _NPCPV, maxproc);
1761         pv_chunkbase = (struct pv_chunk *)kva_alloc(PAGE_SIZE * pv_maxchunks);
1762         if (pv_chunkbase == NULL)
1763                 panic("%s: not enough kvm for pv chunks", __func__);
1764         pmap_pte2list_init(&pv_vafree, pv_chunkbase, pv_maxchunks);
1765 }
1766
1767 /*
1768  *  Add a list of wired pages to the kva
1769  *  this routine is only used for temporary
1770  *  kernel mappings that do not need to have
1771  *  page modification or references recorded.
1772  *  Note that old mappings are simply written
1773  *  over.  The page *must* be wired.
1774  *  Note: SMP coherent.  Uses a ranged shootdown IPI.
1775  */
1776 void
1777 pmap_qenter(vm_offset_t sva, vm_page_t *ma, int count)
1778 {
1779         u_int anychanged;
1780         pt2_entry_t *epte2p, *pte2p, pte2;
1781         vm_page_t m;
1782         vm_paddr_t pa;
1783
1784         anychanged = 0;
1785         pte2p = pt2map_entry(sva);
1786         epte2p = pte2p + count;
1787         while (pte2p < epte2p) {
1788                 m = *ma++;
1789                 pa = VM_PAGE_TO_PHYS(m);
1790                 pte2 = pte2_load(pte2p);
1791                 if ((pte2_pa(pte2) != pa) ||
1792                     (pte2_attr(pte2) != vm_page_pte2_attr(m))) {
1793                         anychanged++;
1794                         pte2_store(pte2p, PTE2_KERN(pa, PTE2_AP_KRW,
1795                             vm_page_pte2_attr(m)));
1796                 }
1797                 pte2p++;
1798         }
1799         if (__predict_false(anychanged))
1800                 tlb_flush_range(sva, count * PAGE_SIZE);
1801 }
1802
1803 /*
1804  *  This routine tears out page mappings from the
1805  *  kernel -- it is meant only for temporary mappings.
1806  *  Note: SMP coherent.  Uses a ranged shootdown IPI.
1807  */
1808 void
1809 pmap_qremove(vm_offset_t sva, int count)
1810 {
1811         vm_offset_t va;
1812
1813         va = sva;
1814         while (count-- > 0) {
1815                 pmap_kremove(va);
1816                 va += PAGE_SIZE;
1817         }
1818         tlb_flush_range(sva, va - sva);
1819 }
1820
1821 /*
1822  *  Are we current address space or kernel?
1823  */
1824 static __inline int
1825 pmap_is_current(pmap_t pmap)
1826 {
1827
1828         return (pmap == kernel_pmap ||
1829                 (pmap == vmspace_pmap(curthread->td_proc->p_vmspace)));
1830 }
1831
1832 /*
1833  *  If the given pmap is not the current or kernel pmap, the returned
1834  *  pte2 must be released by passing it to pmap_pte2_release().
1835  */
1836 static pt2_entry_t *
1837 pmap_pte2(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
1838 {
1839         pt1_entry_t pte1;
1840         vm_paddr_t pt2pg_pa;
1841
1842         pte1 = pte1_load(pmap_pte1(pmap, va));
1843         if (pte1_is_section(pte1))
1844                 panic("%s: attempt to map PTE1", __func__);
1845         if (pte1_is_link(pte1)) {
1846                 /* Are we current address space or kernel? */
1847                 if (pmap_is_current(pmap))
1848                         return (pt2map_entry(va));
1849                 /* Note that L2 page table size is not equal to PAGE_SIZE. */
1850                 pt2pg_pa = trunc_page(pte1_link_pa(pte1));
1851                 mtx_lock(&PMAP2mutex);
1852                 if (pte2_pa(pte2_load(PMAP2)) != pt2pg_pa) {
1853                         pte2_store(PMAP2, PTE2_KPT(pt2pg_pa));
1854                         tlb_flush((vm_offset_t)PADDR2);
1855                 }
1856                 return (PADDR2 + (arm32_btop(va) & (NPTE2_IN_PG - 1)));
1857         }
1858         return (NULL);
1859 }
1860
1861 /*
1862  *  Releases a pte2 that was obtained from pmap_pte2().
1863  *  Be prepared for the pte2p being NULL.
1864  */
1865 static __inline void
1866 pmap_pte2_release(pt2_entry_t *pte2p)
1867 {
1868
1869         if ((pt2_entry_t *)(trunc_page((vm_offset_t)pte2p)) == PADDR2) {
1870                 mtx_unlock(&PMAP2mutex);
1871         }
1872 }
1873
1874 /*
1875  *  Super fast pmap_pte2 routine best used when scanning
1876  *  the pv lists.  This eliminates many coarse-grained
1877  *  invltlb calls.  Note that many of the pv list
1878  *  scans are across different pmaps.  It is very wasteful
1879  *  to do an entire tlb flush for checking a single mapping.
1880  *
1881  *  If the given pmap is not the current pmap, pvh_global_lock
1882  *  must be held and curthread pinned to a CPU.
1883  */
1884 static pt2_entry_t *
1885 pmap_pte2_quick(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
1886 {
1887         pt1_entry_t pte1;
1888         vm_paddr_t pt2pg_pa;
1889
1890         pte1 = pte1_load(pmap_pte1(pmap, va));
1891         if (pte1_is_section(pte1))
1892                 panic("%s: attempt to map PTE1", __func__);
1893         if (pte1_is_link(pte1)) {
1894                 /* Are we current address space or kernel? */
1895                 if (pmap_is_current(pmap))
1896                         return (pt2map_entry(va));
1897                 rw_assert(&pvh_global_lock, RA_WLOCKED);
1898                 KASSERT(curthread->td_pinned > 0,
1899                     ("%s: curthread not pinned", __func__));
1900                 /* Note that L2 page table size is not equal to PAGE_SIZE. */
1901                 pt2pg_pa = trunc_page(pte1_link_pa(pte1));
1902                 if (pte2_pa(pte2_load(PMAP1)) != pt2pg_pa) {
1903                         pte2_store(PMAP1, PTE2_KPT(pt2pg_pa));
1904 #ifdef SMP
1905                         PMAP1cpu = PCPU_GET(cpuid);
1906 #endif
1907                         tlb_flush_local((vm_offset_t)PADDR1);
1908                         PMAP1changed++;
1909                 } else
1910 #ifdef SMP
1911                 if (PMAP1cpu != PCPU_GET(cpuid)) {
1912                         PMAP1cpu = PCPU_GET(cpuid);
1913                         tlb_flush_local((vm_offset_t)PADDR1);
1914                         PMAP1changedcpu++;
1915                 } else
1916 #endif
1917                         PMAP1unchanged++;
1918                 return (PADDR1 + (arm32_btop(va) & (NPTE2_IN_PG - 1)));
1919         }
1920         return (NULL);
1921 }
1922
1923 /*
1924  *  Routine: pmap_extract
1925  *  Function:
1926  *      Extract the physical page address associated
1927  *      with the given map/virtual_address pair.
1928  */
1929 vm_paddr_t
1930 pmap_extract(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
1931 {
1932         vm_paddr_t pa;
1933         pt1_entry_t pte1;
1934         pt2_entry_t *pte2p;
1935
1936         PMAP_LOCK(pmap);
1937         pte1 = pte1_load(pmap_pte1(pmap, va));
1938         if (pte1_is_section(pte1))
1939                 pa = pte1_pa(pte1) | (va & PTE1_OFFSET);
1940         else if (pte1_is_link(pte1)) {
1941                 pte2p = pmap_pte2(pmap, va);
1942                 pa = pte2_pa(pte2_load(pte2p)) | (va & PTE2_OFFSET);
1943                 pmap_pte2_release(pte2p);
1944         } else
1945                 pa = 0;
1946         PMAP_UNLOCK(pmap);
1947         return (pa);
1948 }
1949
1950 /*
1951  *  Routine: pmap_extract_and_hold
1952  *  Function:
1953  *      Atomically extract and hold the physical page
1954  *      with the given pmap and virtual address pair
1955  *      if that mapping permits the given protection.
1956  */
1957 vm_page_t
1958 pmap_extract_and_hold(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_prot_t prot)
1959 {
1960         vm_paddr_t pa, lockpa;
1961         pt1_entry_t pte1;
1962         pt2_entry_t pte2, *pte2p;
1963         vm_page_t m;
1964
1965         lockpa = 0;
1966         m = NULL;
1967         PMAP_LOCK(pmap);
1968 retry:
1969         pte1 = pte1_load(pmap_pte1(pmap, va));
1970         if (pte1_is_section(pte1)) {
1971                 if (!(pte1 & PTE1_RO) || !(prot & VM_PROT_WRITE)) {
1972                         pa = pte1_pa(pte1) | (va & PTE1_OFFSET);
1973                         if (vm_page_pa_tryrelock(pmap, pa, &lockpa))
1974                                 goto retry;
1975                         m = PHYS_TO_VM_PAGE(pa);
1976                         vm_page_hold(m);
1977                 }
1978         } else if (pte1_is_link(pte1)) {
1979                 pte2p = pmap_pte2(pmap, va);
1980                 pte2 = pte2_load(pte2p);
1981                 pmap_pte2_release(pte2p);
1982                 if (pte2_is_valid(pte2) &&
1983                     (!(pte2 & PTE2_RO) || !(prot & VM_PROT_WRITE))) {
1984                         pa = pte2_pa(pte2);
1985                         if (vm_page_pa_tryrelock(pmap, pa, &lockpa))
1986                                 goto retry;
1987                         m = PHYS_TO_VM_PAGE(pa);
1988                         vm_page_hold(m);
1989                 }
1990         }
1991         PA_UNLOCK_COND(lockpa);
1992         PMAP_UNLOCK(pmap);
1993         return (m);
1994 }
1995
1996 /*
1997  *  Grow the number of kernel L2 page table entries, if needed.
1998  */
1999 void
2000 pmap_growkernel(vm_offset_t addr)
2001 {
2002         vm_page_t m;
2003         vm_paddr_t pt2pg_pa, pt2_pa;
2004         pt1_entry_t pte1;
2005         pt2_entry_t pte2;
2006
2007         PDEBUG(1, printf("%s: addr = %#x\n", __func__, addr));
2008         /*
2009          * All the time kernel_vm_end is first KVA for which underlying
2010          * L2 page table is either not allocated or linked from L1 page table
2011          * (not considering sections). Except for two possible cases:
2012          *
2013          *   (1) in the very beginning as long as pmap_growkernel() was
2014          *       not called, it could be first unused KVA (which is not
2015          *       rounded up to PTE1_SIZE),
2016          *
2017          *   (2) when all KVA space is mapped and kernel_map->max_offset
2018          *       address is not rounded up to PTE1_SIZE. (For example,
2019          *       it could be 0xFFFFFFFF.)
2020          */
2021         kernel_vm_end = pte1_roundup(kernel_vm_end);
2022         mtx_assert(&kernel_map->system_mtx, MA_OWNED);
2023         addr = roundup2(addr, PTE1_SIZE);
2024         if (addr - 1 >= kernel_map->max_offset)
2025                 addr = kernel_map->max_offset;
2026         while (kernel_vm_end < addr) {
2027                 pte1 = pte1_load(kern_pte1(kernel_vm_end));
2028                 if (pte1_is_valid(pte1)) {
2029                         kernel_vm_end += PTE1_SIZE;
2030                         if (kernel_vm_end - 1 >= kernel_map->max_offset) {
2031                                 kernel_vm_end = kernel_map->max_offset;
2032                                 break;
2033                         }
2034                         continue;
2035                 }
2036
2037                 /*
2038                  * kernel_vm_end_new is used in pmap_pinit() when kernel
2039                  * mappings are entered to new pmap all at once to avoid race
2040                  * between pmap_kenter_pte1() and kernel_vm_end increase.
2041                  * The same aplies to pmap_kenter_pt2tab().
2042                  */
2043                 kernel_vm_end_new = kernel_vm_end + PTE1_SIZE;
2044
2045                 pte2 = pt2tab_load(kern_pt2tab_entry(kernel_vm_end));
2046                 if (!pte2_is_valid(pte2)) {
2047                         /*
2048                          * Install new PT2s page into kernel PT2TAB.
2049                          */
2050                         m = vm_page_alloc(NULL,
2051                             pte1_index(kernel_vm_end) & ~PT2PG_MASK,
2052                             VM_ALLOC_INTERRUPT | VM_ALLOC_NOOBJ |
2053                             VM_ALLOC_WIRED | VM_ALLOC_ZERO);
2054                         if (m == NULL)
2055                                 panic("%s: no memory to grow kernel", __func__);
2056                         /*
2057                          * QQQ: To link all new L2 page tables from L1 page
2058                          *      table now and so pmap_kenter_pte1() them
2059                          *      at once together with pmap_kenter_pt2tab()
2060                          *      could be nice speed up. However,
2061                          *      pmap_growkernel() does not happen so often...
2062                          * QQQ: The other TTBR is another option.
2063                          */
2064                         pt2pg_pa = pmap_pt2pg_init(kernel_pmap, kernel_vm_end,
2065                             m);
2066                 } else
2067                         pt2pg_pa = pte2_pa(pte2);
2068
2069                 pt2_pa = page_pt2pa(pt2pg_pa, pte1_index(kernel_vm_end));
2070                 pmap_kenter_pte1(kernel_vm_end, PTE1_LINK(pt2_pa));
2071
2072                 kernel_vm_end = kernel_vm_end_new;
2073                 if (kernel_vm_end - 1 >= kernel_map->max_offset) {
2074                         kernel_vm_end = kernel_map->max_offset;
2075                         break;
2076                 }
2077         }
2078 }
2079
2080 static int
2081 kvm_size(SYSCTL_HANDLER_ARGS)
2082 {
2083         unsigned long ksize = vm_max_kernel_address - KERNBASE;
2084
2085         return (sysctl_handle_long(oidp, &ksize, 0, req));
2086 }
2087 SYSCTL_PROC(_vm, OID_AUTO, kvm_size, CTLTYPE_LONG|CTLFLAG_RD,
2088     0, 0, kvm_size, "IU", "Size of KVM");
2089
2090 static int
2091 kvm_free(SYSCTL_HANDLER_ARGS)
2092 {
2093         unsigned long kfree = vm_max_kernel_address - kernel_vm_end;
2094
2095         return (sysctl_handle_long(oidp, &kfree, 0, req));
2096 }
2097 SYSCTL_PROC(_vm, OID_AUTO, kvm_free, CTLTYPE_LONG|CTLFLAG_RD,
2098     0, 0, kvm_free, "IU", "Amount of KVM free");
2099
2100 /***********************************************
2101  *
2102  *  Pmap allocation/deallocation routines.
2103  *
2104  ***********************************************/
2105
2106 /*
2107  *  Initialize the pmap for the swapper process.
2108  */
2109 void
2110 pmap_pinit0(pmap_t pmap)
2111 {
2112         PDEBUG(1, printf("%s: pmap = %p\n", __func__, pmap));
2113
2114         PMAP_LOCK_INIT(pmap);
2115
2116         /*
2117          * Kernel page table directory and pmap stuff around is already
2118          * initialized, we are using it right now and here. So, finish
2119          * only PMAP structures initialization for process0 ...
2120          *
2121          * Since the L1 page table and PT2TAB is shared with the kernel pmap,
2122          * which is already included in the list "allpmaps", this pmap does
2123          * not need to be inserted into that list.
2124          */
2125         pmap->pm_pt1 = kern_pt1;
2126         pmap->pm_pt2tab = kern_pt2tab;
2127         CPU_ZERO(&pmap->pm_active);
2128         PCPU_SET(curpmap, pmap);
2129         TAILQ_INIT(&pmap->pm_pvchunk);
2130         bzero(&pmap->pm_stats, sizeof pmap->pm_stats);
2131         CPU_SET(0, &pmap->pm_active);
2132 }
2133
2134 static __inline void
2135 pte1_copy_nosync(pt1_entry_t *spte1p, pt1_entry_t *dpte1p, vm_offset_t sva,
2136     vm_offset_t eva)
2137 {
2138         u_int idx, count;
2139
2140         idx = pte1_index(sva);
2141         count = (pte1_index(eva) - idx + 1) * sizeof(pt1_entry_t);
2142         bcopy(spte1p + idx, dpte1p + idx, count);
2143 }
2144
2145 static __inline void
2146 pt2tab_copy_nosync(pt2_entry_t *spte2p, pt2_entry_t *dpte2p, vm_offset_t sva,
2147     vm_offset_t eva)
2148 {
2149         u_int idx, count;
2150
2151         idx = pt2tab_index(sva);
2152         count = (pt2tab_index(eva) - idx + 1) * sizeof(pt2_entry_t);
2153         bcopy(spte2p + idx, dpte2p + idx, count);
2154 }
2155
2156 /*
2157  *  Initialize a preallocated and zeroed pmap structure,
2158  *  such as one in a vmspace structure.
2159  */
2160 int
2161 pmap_pinit(pmap_t pmap)
2162 {
2163         pt1_entry_t *pte1p;
2164         pt2_entry_t *pte2p;
2165         vm_paddr_t pa, pt2tab_pa;
2166         u_int i;
2167
2168         PDEBUG(6, printf("%s: pmap = %p, pm_pt1 = %p\n", __func__, pmap,
2169             pmap->pm_pt1));
2170
2171         /*
2172          * No need to allocate L2 page table space yet but we do need
2173          * a valid L1 page table and PT2TAB table.
2174          *
2175          * Install shared kernel mappings to these tables. It's a little
2176          * tricky as some parts of KVA are reserved for vectors, devices,
2177          * and whatever else. These parts are supposed to be above
2178          * vm_max_kernel_address. Thus two regions should be installed:
2179          *
2180          *   (1) <KERNBASE, kernel_vm_end),
2181          *   (2) <vm_max_kernel_address, 0xFFFFFFFF>.
2182          *
2183          * QQQ: The second region should be stable enough to be installed
2184          *      only once in time when the tables are allocated.
2185          * QQQ: Maybe copy of both regions at once could be faster ...
2186          * QQQ: Maybe the other TTBR is an option.
2187          *
2188          * Finally, install own PT2TAB table to these tables.
2189          */
2190
2191         if (pmap->pm_pt1 == NULL) {
2192                 pmap->pm_pt1 = (pt1_entry_t *)kmem_alloc_contig(kernel_arena,
2193                     NB_IN_PT1, M_NOWAIT | M_ZERO, 0, -1UL, NB_IN_PT1, 0,
2194                     pt_memattr);
2195                 if (pmap->pm_pt1 == NULL)
2196                         return (0);
2197         }
2198         if (pmap->pm_pt2tab == NULL) {
2199                 /*
2200                  * QQQ: (1) PT2TAB must be contiguous. If PT2TAB is one page
2201                  *      only, what should be the only size for 32 bit systems,
2202                  *      then we could allocate it with vm_page_alloc() and all
2203                  *      the stuff needed as other L2 page table pages.
2204                  *      (2) Note that a process PT2TAB is special L2 page table
2205                  *      page. Its mapping in kernel_arena is permanent and can
2206                  *      be used no matter which process is current. Its mapping
2207                  *      in PT2MAP can be used only for current process.
2208                  */
2209                 pmap->pm_pt2tab = (pt2_entry_t *)kmem_alloc_attr(kernel_arena,
2210                     NB_IN_PT2TAB, M_NOWAIT | M_ZERO, 0, -1UL, pt_memattr);
2211                 if (pmap->pm_pt2tab == NULL) {
2212                         /*
2213                          * QQQ: As struct pmap is allocated from UMA with
2214                          *      UMA_ZONE_NOFREE flag, it's important to leave
2215                          *      no allocation in pmap if initialization failed.
2216                          */
2217                         kmem_free(kernel_arena, (vm_offset_t)pmap->pm_pt1,
2218                             NB_IN_PT1);
2219                         pmap->pm_pt1 = NULL;
2220                         return (0);
2221                 }
2222                 /*
2223                  * QQQ: Each L2 page table page vm_page_t has pindex set to
2224                  *      pte1 index of virtual address mapped by this page.
2225                  *      It's not valid for non kernel PT2TABs themselves.
2226                  *      The pindex of these pages can not be altered because
2227                  *      of the way how they are allocated now. However, it
2228                  *      should not be a problem.
2229                  */
2230         }
2231
2232         mtx_lock_spin(&allpmaps_lock);
2233         /*
2234          * To avoid race with pmap_kenter_pte1() and pmap_kenter_pt2tab(),
2235          * kernel_vm_end_new is used here instead of kernel_vm_end.
2236          */
2237         pte1_copy_nosync(kern_pt1, pmap->pm_pt1, KERNBASE,
2238             kernel_vm_end_new - 1);
2239         pte1_copy_nosync(kern_pt1, pmap->pm_pt1, vm_max_kernel_address,
2240             0xFFFFFFFF);
2241         pt2tab_copy_nosync(kern_pt2tab, pmap->pm_pt2tab, KERNBASE,
2242             kernel_vm_end_new - 1);
2243         pt2tab_copy_nosync(kern_pt2tab, pmap->pm_pt2tab, vm_max_kernel_address,
2244             0xFFFFFFFF);
2245         LIST_INSERT_HEAD(&allpmaps, pmap, pm_list);
2246         mtx_unlock_spin(&allpmaps_lock);
2247
2248         /*
2249          * Store PT2MAP PT2 pages (a.k.a. PT2TAB) in PT2TAB itself.
2250          * I.e. self reference mapping.  The PT2TAB is private, however mapped
2251          * into shared PT2MAP space, so the mapping should be not global.
2252          */
2253         pt2tab_pa = vtophys(pmap->pm_pt2tab);
2254         pte2p = pmap_pt2tab_entry(pmap, (vm_offset_t)PT2MAP);
2255         for (pa = pt2tab_pa, i = 0; i < NPG_IN_PT2TAB; i++, pa += PTE2_SIZE) {
2256                 pt2tab_store(pte2p++, PTE2_KPT_NG(pa));
2257         }
2258
2259         /* Insert PT2MAP PT2s into pmap PT1. */
2260         pte1p = pmap_pte1(pmap, (vm_offset_t)PT2MAP);
2261         for (pa = pt2tab_pa, i = 0; i < NPT2_IN_PT2TAB; i++, pa += NB_IN_PT2) {
2262                 pte1_store(pte1p++, PTE1_LINK(pa));
2263         }
2264
2265         /*
2266          * Now synchronize new mapping which was made above.
2267          */
2268         pte1_sync_range(pmap->pm_pt1, NB_IN_PT1);
2269         pte2_sync_range(pmap->pm_pt2tab, NB_IN_PT2TAB);
2270
2271         CPU_ZERO(&pmap->pm_active);
2272         TAILQ_INIT(&pmap->pm_pvchunk);
2273         bzero(&pmap->pm_stats, sizeof pmap->pm_stats);
2274
2275         return (1);
2276 }
2277
2278 #ifdef INVARIANTS
2279 static boolean_t
2280 pt2tab_user_is_empty(pt2_entry_t *tab)
2281 {
2282         u_int i, end;
2283
2284         end = pt2tab_index(VM_MAXUSER_ADDRESS);
2285         for (i = 0; i < end; i++)
2286                 if (tab[i] != 0) return (FALSE);
2287         return (TRUE);
2288 }
2289 #endif
2290 /*
2291  *  Release any resources held by the given physical map.
2292  *  Called when a pmap initialized by pmap_pinit is being released.
2293  *  Should only be called if the map contains no valid mappings.
2294  */
2295 void
2296 pmap_release(pmap_t pmap)
2297 {
2298 #ifdef INVARIANTS
2299         vm_offset_t start, end;
2300 #endif
2301         KASSERT(pmap->pm_stats.resident_count == 0,
2302             ("%s: pmap resident count %ld != 0", __func__,
2303             pmap->pm_stats.resident_count));
2304         KASSERT(pt2tab_user_is_empty(pmap->pm_pt2tab),
2305             ("%s: has allocated user PT2(s)", __func__));
2306         KASSERT(CPU_EMPTY(&pmap->pm_active),
2307             ("%s: pmap %p is active on some CPU(s)", __func__, pmap));
2308
2309         mtx_lock_spin(&allpmaps_lock);
2310         LIST_REMOVE(pmap, pm_list);
2311         mtx_unlock_spin(&allpmaps_lock);
2312
2313 #ifdef INVARIANTS
2314         start = pte1_index(KERNBASE) * sizeof(pt1_entry_t);
2315         end = (pte1_index(0xFFFFFFFF) + 1) * sizeof(pt1_entry_t);
2316         bzero((char *)pmap->pm_pt1 + start, end - start);
2317
2318         start = pt2tab_index(KERNBASE) * sizeof(pt2_entry_t);
2319         end = (pt2tab_index(0xFFFFFFFF) + 1) * sizeof(pt2_entry_t);
2320         bzero((char *)pmap->pm_pt2tab + start, end - start);
2321 #endif
2322         /*
2323          * We are leaving PT1 and PT2TAB allocated on released pmap,
2324          * so hopefully UMA vmspace_zone will always be inited with
2325          * UMA_ZONE_NOFREE flag.
2326          */
2327 }
2328
2329 /*********************************************************
2330  *
2331  *  L2 table pages and their pages management routines.
2332  *
2333  *********************************************************/
2334
2335 /*
2336  *  Virtual interface for L2 page table wire counting.
2337  *
2338  *  Each L2 page table in a page has own counter which counts a number of
2339  *  valid mappings in a table. Global page counter counts mappings in all
2340  *  tables in a page plus a single itself mapping in PT2TAB.
2341  *
2342  *  During a promotion we leave the associated L2 page table counter
2343  *  untouched, so the table (strictly speaking a page which holds it)
2344  *  is never freed if promoted.
2345  *
2346  *  If a page m->wire_count == 1 then no valid mappings exist in any L2 page
2347  *  table in the page and the page itself is only mapped in PT2TAB.
2348  */
2349
2350 static __inline void
2351 pt2_wirecount_init(vm_page_t m)
2352 {
2353         u_int i;
2354
2355         /*
2356          * Note: A page m is allocated with VM_ALLOC_WIRED flag and
2357          *       m->wire_count should be already set correctly.
2358          *       So, there is no need to set it again herein.
2359          */
2360         for (i = 0; i < NPT2_IN_PG; i++)
2361                 m->md.pt2_wirecount[i] = 0;
2362 }
2363
2364 static __inline void
2365 pt2_wirecount_inc(vm_page_t m, uint32_t pte1_idx)
2366 {
2367
2368         /*
2369          * Note: A just modificated pte2 (i.e. already allocated)
2370          *       is acquiring one extra reference which must be
2371          *       explicitly cleared. It influences the KASSERTs herein.
2372          *       All L2 page tables in a page always belong to the same
2373          *       pmap, so we allow only one extra reference for the page.
2374          */
2375         KASSERT(m->md.pt2_wirecount[pte1_idx & PT2PG_MASK] < (NPTE2_IN_PT2 + 1),
2376             ("%s: PT2 is overflowing ...", __func__));
2377         KASSERT(m->wire_count <= (NPTE2_IN_PG + 1),
2378             ("%s: PT2PG is overflowing ...", __func__));
2379
2380         m->wire_count++;
2381         m->md.pt2_wirecount[pte1_idx & PT2PG_MASK]++;
2382 }
2383
2384 static __inline void
2385 pt2_wirecount_dec(vm_page_t m, uint32_t pte1_idx)
2386 {
2387
2388         KASSERT(m->md.pt2_wirecount[pte1_idx & PT2PG_MASK] != 0,
2389             ("%s: PT2 is underflowing ...", __func__));
2390         KASSERT(m->wire_count > 1,
2391             ("%s: PT2PG is underflowing ...", __func__));
2392
2393         m->wire_count--;
2394         m->md.pt2_wirecount[pte1_idx & PT2PG_MASK]--;
2395 }
2396
2397 static __inline void
2398 pt2_wirecount_set(vm_page_t m, uint32_t pte1_idx, uint16_t count)
2399 {
2400
2401         KASSERT(count <= NPTE2_IN_PT2,
2402             ("%s: invalid count %u", __func__, count));
2403         KASSERT(m->wire_count >  m->md.pt2_wirecount[pte1_idx & PT2PG_MASK],
2404             ("%s: PT2PG corrupting (%u, %u) ...", __func__, m->wire_count,
2405             m->md.pt2_wirecount[pte1_idx & PT2PG_MASK]));
2406
2407         m->wire_count -= m->md.pt2_wirecount[pte1_idx & PT2PG_MASK];
2408         m->wire_count += count;
2409         m->md.pt2_wirecount[pte1_idx & PT2PG_MASK] = count;
2410
2411         KASSERT(m->wire_count <= (NPTE2_IN_PG + 1),
2412             ("%s: PT2PG is overflowed (%u) ...", __func__, m->wire_count));
2413 }
2414
2415 static __inline uint32_t
2416 pt2_wirecount_get(vm_page_t m, uint32_t pte1_idx)
2417 {
2418
2419         return (m->md.pt2_wirecount[pte1_idx & PT2PG_MASK]);
2420 }
2421
2422 static __inline boolean_t
2423 pt2_is_empty(vm_page_t m, vm_offset_t va)
2424 {
2425
2426         return (m->md.pt2_wirecount[pte1_index(va) & PT2PG_MASK] == 0);
2427 }
2428
2429 static __inline boolean_t
2430 pt2_is_full(vm_page_t m, vm_offset_t va)
2431 {
2432
2433         return (m->md.pt2_wirecount[pte1_index(va) & PT2PG_MASK] ==
2434             NPTE2_IN_PT2);
2435 }
2436
2437 static __inline boolean_t
2438 pt2pg_is_empty(vm_page_t m)
2439 {
2440
2441         return (m->wire_count == 1);
2442 }
2443
2444 /*
2445  *  This routine is called if the L2 page table
2446  *  is not mapped correctly.
2447  */
2448 static vm_page_t
2449 _pmap_allocpte2(pmap_t pmap, vm_offset_t va, u_int flags)
2450 {
2451         uint32_t pte1_idx;
2452         pt1_entry_t *pte1p;
2453         pt2_entry_t pte2;
2454         vm_page_t  m;
2455         vm_paddr_t pt2pg_pa, pt2_pa;
2456
2457         pte1_idx = pte1_index(va);
2458         pte1p = pmap->pm_pt1 + pte1_idx;
2459
2460         KASSERT(pte1_load(pte1p) == 0,
2461             ("%s: pm_pt1[%#x] is not zero: %#x", __func__, pte1_idx,
2462             pte1_load(pte1p)));
2463
2464         pte2 = pt2tab_load(pmap_pt2tab_entry(pmap, va));
2465         if (!pte2_is_valid(pte2)) {
2466                 /*
2467                  * Install new PT2s page into pmap PT2TAB.
2468                  */
2469                 m = vm_page_alloc(NULL, pte1_idx & ~PT2PG_MASK,
2470                     VM_ALLOC_NOOBJ | VM_ALLOC_WIRED | VM_ALLOC_ZERO);
2471                 if (m == NULL) {
2472                         if ((flags & PMAP_ENTER_NOSLEEP) == 0) {
2473                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
2474                                 rw_wunlock(&pvh_global_lock);
2475                                 VM_WAIT;
2476                                 rw_wlock(&pvh_global_lock);
2477                                 PMAP_LOCK(pmap);
2478                         }
2479
2480                         /*
2481                          * Indicate the need to retry.  While waiting,
2482                          * the L2 page table page may have been allocated.
2483                          */
2484                         return (NULL);
2485                 }
2486                 pmap->pm_stats.resident_count++;
2487                 pt2pg_pa = pmap_pt2pg_init(pmap, va, m);
2488         } else {
2489                 pt2pg_pa = pte2_pa(pte2);
2490                 m = PHYS_TO_VM_PAGE(pt2pg_pa);
2491         }
2492
2493         pt2_wirecount_inc(m, pte1_idx);
2494         pt2_pa = page_pt2pa(pt2pg_pa, pte1_idx);
2495         pte1_store(pte1p, PTE1_LINK(pt2_pa));
2496
2497         return (m);
2498 }
2499
2500 static vm_page_t
2501 pmap_allocpte2(pmap_t pmap, vm_offset_t va, u_int flags)
2502 {
2503         u_int pte1_idx;
2504         pt1_entry_t *pte1p, pte1;
2505         vm_page_t m;
2506
2507         pte1_idx = pte1_index(va);
2508 retry:
2509         pte1p = pmap->pm_pt1 + pte1_idx;
2510         pte1 = pte1_load(pte1p);
2511
2512         /*
2513          * This supports switching from a 1MB page to a
2514          * normal 4K page.
2515          */
2516         if (pte1_is_section(pte1)) {
2517                 (void)pmap_demote_pte1(pmap, pte1p, va);
2518                 /*
2519                  * Reload pte1 after demotion.
2520                  *
2521                  * Note: Demotion can even fail as either PT2 is not find for
2522                  *       the virtual address or PT2PG can not be allocated.
2523                  */
2524                 pte1 = pte1_load(pte1p);
2525         }
2526
2527         /*
2528          * If the L2 page table page is mapped, we just increment the
2529          * hold count, and activate it.
2530          */
2531         if (pte1_is_link(pte1)) {
2532                 m = PHYS_TO_VM_PAGE(pte1_link_pa(pte1));
2533                 pt2_wirecount_inc(m, pte1_idx);
2534         } else  {
2535                 /*
2536                  * Here if the PT2 isn't mapped, or if it has
2537                  * been deallocated.
2538                  */
2539                 m = _pmap_allocpte2(pmap, va, flags);
2540                 if (m == NULL && (flags & PMAP_ENTER_NOSLEEP) == 0)
2541                         goto retry;
2542         }
2543
2544         return (m);
2545 }
2546
2547 static __inline void
2548 pmap_free_zero_pages(struct spglist *free)
2549 {
2550         vm_page_t m;
2551
2552         while ((m = SLIST_FIRST(free)) != NULL) {
2553                 SLIST_REMOVE_HEAD(free, plinks.s.ss);
2554                 /* Preserve the page's PG_ZERO setting. */
2555                 vm_page_free_toq(m);
2556         }
2557 }
2558
2559 /*
2560  *  Schedule the specified unused L2 page table page to be freed. Specifically,
2561  *  add the page to the specified list of pages that will be released to the
2562  *  physical memory manager after the TLB has been updated.
2563  */
2564 static __inline void
2565 pmap_add_delayed_free_list(vm_page_t m, struct spglist *free)
2566 {
2567
2568         /*
2569          * Put page on a list so that it is released after
2570          * *ALL* TLB shootdown is done
2571          */
2572 #ifdef PMAP_DEBUG
2573         pmap_zero_page_check(m);
2574 #endif
2575         m->flags |= PG_ZERO;
2576         SLIST_INSERT_HEAD(free, m, plinks.s.ss);
2577 }
2578
2579 /*
2580  *  Unwire L2 page tables page.
2581  */
2582 static void
2583 pmap_unwire_pt2pg(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m)
2584 {
2585         pt1_entry_t *pte1p, opte1 __unused;
2586         pt2_entry_t *pte2p;
2587         uint32_t i;
2588
2589         KASSERT(pt2pg_is_empty(m),
2590             ("%s: pmap %p PT2PG %p wired", __func__, pmap, m));
2591
2592         /*
2593          * Unmap all L2 page tables in the page from L1 page table.
2594          *
2595          * QQQ: Individual L2 page tables (except the last one) can be unmapped
2596          * earlier. However, we are doing that this way.
2597          */
2598         KASSERT(m->pindex == (pte1_index(va) & ~PT2PG_MASK),
2599             ("%s: pmap %p va %#x PT2PG %p bad index", __func__, pmap, va, m));
2600         pte1p = pmap->pm_pt1 + m->pindex;
2601         for (i = 0; i < NPT2_IN_PG; i++, pte1p++) {
2602                 KASSERT(m->md.pt2_wirecount[i] == 0,
2603                     ("%s: pmap %p PT2 %u (PG %p) wired", __func__, pmap, i, m));
2604                 opte1 = pte1_load(pte1p);
2605                 if (pte1_is_link(opte1)) {
2606                         pte1_clear(pte1p);
2607                         /*
2608                          * Flush intermediate TLB cache.
2609                          */
2610                         pmap_tlb_flush(pmap, (m->pindex + i) << PTE1_SHIFT);
2611                 }
2612 #ifdef INVARIANTS
2613                 else
2614                         KASSERT((opte1 == 0) || pte1_is_section(opte1),
2615                             ("%s: pmap %p va %#x bad pte1 %x at %u", __func__,
2616                             pmap, va, opte1, i));
2617 #endif
2618         }
2619
2620         /*
2621          * Unmap the page from PT2TAB.
2622          */
2623         pte2p = pmap_pt2tab_entry(pmap, va);
2624         (void)pt2tab_load_clear(pte2p);
2625         pmap_tlb_flush(pmap, pt2map_pt2pg(va));
2626
2627         m->wire_count = 0;
2628         pmap->pm_stats.resident_count--;
2629
2630         /*
2631          * This is a release store so that the ordinary store unmapping
2632          * the L2 page table page is globally performed before TLB shoot-
2633          * down is begun.
2634          */
2635         atomic_subtract_rel_int(&vm_cnt.v_wire_count, 1);
2636 }
2637
2638 /*
2639  *  Decrements a L2 page table page's wire count, which is used to record the
2640  *  number of valid page table entries within the page.  If the wire count
2641  *  drops to zero, then the page table page is unmapped.  Returns TRUE if the
2642  *  page table page was unmapped and FALSE otherwise.
2643  */
2644 static __inline boolean_t
2645 pmap_unwire_pt2(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m, struct spglist *free)
2646 {
2647         pt2_wirecount_dec(m, pte1_index(va));
2648         if (pt2pg_is_empty(m)) {
2649                 /*
2650                  * QQQ: Wire count is zero, so whole page should be zero and
2651                  *      we can set PG_ZERO flag to it.
2652                  *      Note that when promotion is enabled, it takes some
2653                  *      more efforts. See pmap_unwire_pt2_all() below.
2654                  */
2655                 pmap_unwire_pt2pg(pmap, va, m);
2656                 pmap_add_delayed_free_list(m, free);
2657                 return (TRUE);
2658         } else
2659                 return (FALSE);
2660 }
2661
2662 /*
2663  *  Drop a L2 page table page's wire count at once, which is used to record
2664  *  the number of valid L2 page table entries within the page. If the wire
2665  *  count drops to zero, then the L2 page table page is unmapped.
2666  */
2667 static __inline void
2668 pmap_unwire_pt2_all(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m,
2669     struct spglist *free)
2670 {
2671         u_int pte1_idx = pte1_index(va);
2672
2673         KASSERT(m->pindex == (pte1_idx & ~PT2PG_MASK),
2674                 ("%s: PT2 page's pindex is wrong", __func__));
2675         KASSERT(m->wire_count > pt2_wirecount_get(m, pte1_idx),
2676             ("%s: bad pt2 wire count %u > %u", __func__, m->wire_count,
2677             pt2_wirecount_get(m, pte1_idx)));
2678
2679         /*
2680          * It's possible that the L2 page table was never used.
2681          * It happened in case that a section was created without promotion.
2682          */
2683         if (pt2_is_full(m, va)) {
2684                 pt2_wirecount_set(m, pte1_idx, 0);
2685
2686                 /*
2687                  * QQQ: We clear L2 page table now, so when L2 page table page
2688                  *      is going to be freed, we can set it PG_ZERO flag ...
2689                  *      This function is called only on section mappings, so
2690                  *      hopefully it's not to big overload.
2691                  *
2692                  * XXX: If pmap is current, existing PT2MAP mapping could be
2693                  *      used for zeroing.
2694                  */
2695                 pmap_zero_page_area(m, page_pt2off(pte1_idx), NB_IN_PT2);
2696         }
2697 #ifdef INVARIANTS
2698         else
2699                 KASSERT(pt2_is_empty(m, va), ("%s: PT2 is not empty (%u)",
2700                     __func__, pt2_wirecount_get(m, pte1_idx)));
2701 #endif
2702         if (pt2pg_is_empty(m)) {
2703                 pmap_unwire_pt2pg(pmap, va, m);
2704                 pmap_add_delayed_free_list(m, free);
2705         }
2706 }
2707
2708 /*
2709  *  After removing a L2 page table entry, this routine is used to
2710  *  conditionally free the page, and manage the hold/wire counts.
2711  */
2712 static boolean_t
2713 pmap_unuse_pt2(pmap_t pmap, vm_offset_t va, struct spglist *free)
2714 {
2715         pt1_entry_t pte1;
2716         vm_page_t mpte;
2717
2718         if (va >= VM_MAXUSER_ADDRESS)
2719                 return (FALSE);
2720         pte1 = pte1_load(pmap_pte1(pmap, va));
2721         mpte = PHYS_TO_VM_PAGE(pte1_link_pa(pte1));
2722         return (pmap_unwire_pt2(pmap, va, mpte, free));
2723 }
2724
2725 /*************************************
2726  *
2727  *  Page management routines.
2728  *
2729  *************************************/
2730
2731 CTASSERT(sizeof(struct pv_chunk) == PAGE_SIZE);
2732 CTASSERT(_NPCM == 11);
2733 CTASSERT(_NPCPV == 336);
2734
2735 static __inline struct pv_chunk *
2736 pv_to_chunk(pv_entry_t pv)
2737 {
2738
2739         return ((struct pv_chunk *)((uintptr_t)pv & ~(uintptr_t)PAGE_MASK));
2740 }
2741
2742 #define PV_PMAP(pv) (pv_to_chunk(pv)->pc_pmap)
2743
2744 #define PC_FREE0_9      0xfffffffful    /* Free values for index 0 through 9 */
2745 #define PC_FREE10       0x0000fffful    /* Free values for index 10 */
2746
2747 static const uint32_t pc_freemask[_NPCM] = {
2748         PC_FREE0_9, PC_FREE0_9, PC_FREE0_9,
2749         PC_FREE0_9, PC_FREE0_9, PC_FREE0_9,
2750         PC_FREE0_9, PC_FREE0_9, PC_FREE0_9,
2751         PC_FREE0_9, PC_FREE10
2752 };
2753
2754 SYSCTL_INT(_vm_pmap, OID_AUTO, pv_entry_count, CTLFLAG_RD, &pv_entry_count, 0,
2755         "Current number of pv entries");
2756
2757 #ifdef PV_STATS
2758 static int pc_chunk_count, pc_chunk_allocs, pc_chunk_frees, pc_chunk_tryfail;
2759
2760 SYSCTL_INT(_vm_pmap, OID_AUTO, pc_chunk_count, CTLFLAG_RD, &pc_chunk_count, 0,
2761     "Current number of pv entry chunks");
2762 SYSCTL_INT(_vm_pmap, OID_AUTO, pc_chunk_allocs, CTLFLAG_RD, &pc_chunk_allocs, 0,
2763     "Current number of pv entry chunks allocated");
2764 SYSCTL_INT(_vm_pmap, OID_AUTO, pc_chunk_frees, CTLFLAG_RD, &pc_chunk_frees, 0,
2765     "Current number of pv entry chunks frees");
2766 SYSCTL_INT(_vm_pmap, OID_AUTO, pc_chunk_tryfail, CTLFLAG_RD, &pc_chunk_tryfail,
2767     0, "Number of times tried to get a chunk page but failed.");
2768
2769 static long pv_entry_frees, pv_entry_allocs;
2770 static int pv_entry_spare;
2771
2772 SYSCTL_LONG(_vm_pmap, OID_AUTO, pv_entry_frees, CTLFLAG_RD, &pv_entry_frees, 0,
2773     "Current number of pv entry frees");
2774 SYSCTL_LONG(_vm_pmap, OID_AUTO, pv_entry_allocs, CTLFLAG_RD, &pv_entry_allocs,
2775     0, "Current number of pv entry allocs");
2776 SYSCTL_INT(_vm_pmap, OID_AUTO, pv_entry_spare, CTLFLAG_RD, &pv_entry_spare, 0,
2777     "Current number of spare pv entries");
2778 #endif
2779
2780 /*
2781  *  Is given page managed?
2782  */
2783 static __inline bool
2784 is_managed(vm_paddr_t pa)
2785 {
2786         vm_page_t m;
2787
2788         m = PHYS_TO_VM_PAGE(pa);
2789         if (m == NULL)
2790                 return (false);
2791         return ((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0);
2792 }
2793
2794 static __inline bool
2795 pte1_is_managed(pt1_entry_t pte1)
2796 {
2797
2798         return (is_managed(pte1_pa(pte1)));
2799 }
2800
2801 static __inline bool
2802 pte2_is_managed(pt2_entry_t pte2)
2803 {
2804
2805         return (is_managed(pte2_pa(pte2)));
2806 }
2807
2808 /*
2809  *  We are in a serious low memory condition.  Resort to
2810  *  drastic measures to free some pages so we can allocate
2811  *  another pv entry chunk.
2812  */
2813 static vm_page_t
2814 pmap_pv_reclaim(pmap_t locked_pmap)
2815 {
2816         struct pch newtail;
2817         struct pv_chunk *pc;
2818         struct md_page *pvh;
2819         pt1_entry_t *pte1p;
2820         pmap_t pmap;
2821         pt2_entry_t *pte2p, tpte2;
2822         pv_entry_t pv;
2823         vm_offset_t va;
2824         vm_page_t m, m_pc;
2825         struct spglist free;
2826         uint32_t inuse;
2827         int bit, field, freed;
2828
2829         PMAP_LOCK_ASSERT(locked_pmap, MA_OWNED);
2830         pmap = NULL;
2831         m_pc = NULL;
2832         SLIST_INIT(&free);
2833         TAILQ_INIT(&newtail);
2834         while ((pc = TAILQ_FIRST(&pv_chunks)) != NULL && (pv_vafree == 0 ||
2835             SLIST_EMPTY(&free))) {
2836                 TAILQ_REMOVE(&pv_chunks, pc, pc_lru);
2837                 if (pmap != pc->pc_pmap) {
2838                         if (pmap != NULL) {
2839                                 if (pmap != locked_pmap)
2840                                         PMAP_UNLOCK(pmap);
2841                         }
2842                         pmap = pc->pc_pmap;
2843                         /* Avoid deadlock and lock recursion. */
2844                         if (pmap > locked_pmap)
2845                                 PMAP_LOCK(pmap);
2846                         else if (pmap != locked_pmap && !PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
2847                                 pmap = NULL;
2848                                 TAILQ_INSERT_TAIL(&newtail, pc, pc_lru);
2849                                 continue;
2850                         }
2851                 }
2852
2853                 /*
2854                  * Destroy every non-wired, 4 KB page mapping in the chunk.
2855                  */
2856                 freed = 0;
2857                 for (field = 0; field < _NPCM; field++) {
2858                         for (inuse = ~pc->pc_map[field] & pc_freemask[field];
2859                             inuse != 0; inuse &= ~(1UL << bit)) {
2860                                 bit = ffs(inuse) - 1;
2861                                 pv = &pc->pc_pventry[field * 32 + bit];
2862                                 va = pv->pv_va;
2863                                 pte1p = pmap_pte1(pmap, va);
2864                                 if (pte1_is_section(pte1_load(pte1p)))
2865                                         continue;
2866                                 pte2p = pmap_pte2(pmap, va);
2867                                 tpte2 = pte2_load(pte2p);
2868                                 if ((tpte2 & PTE2_W) == 0)
2869                                         tpte2 = pte2_load_clear(pte2p);
2870                                 pmap_pte2_release(pte2p);
2871                                 if ((tpte2 & PTE2_W) != 0)
2872                                         continue;
2873                                 KASSERT(tpte2 != 0,
2874                                     ("pmap_pv_reclaim: pmap %p va %#x zero pte",
2875                                     pmap, va));
2876                                 pmap_tlb_flush(pmap, va);
2877                                 m = PHYS_TO_VM_PAGE(pte2_pa(tpte2));
2878                                 if (pte2_is_dirty(tpte2))
2879                                         vm_page_dirty(m);
2880                                 if ((tpte2 & PTE2_A) != 0)
2881                                         vm_page_aflag_set(m, PGA_REFERENCED);
2882                                 TAILQ_REMOVE(&m->md.pv_list, pv, pv_next);
2883                                 if (TAILQ_EMPTY(&m->md.pv_list) &&
2884                                     (m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0) {
2885                                         pvh = pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
2886                                         if (TAILQ_EMPTY(&pvh->pv_list)) {
2887                                                 vm_page_aflag_clear(m,
2888                                                     PGA_WRITEABLE);
2889                                         }
2890                                 }
2891                                 pc->pc_map[field] |= 1UL << bit;
2892                                 pmap_unuse_pt2(pmap, va, &free);
2893                                 freed++;
2894                         }
2895                 }
2896                 if (freed == 0) {
2897                         TAILQ_INSERT_TAIL(&newtail, pc, pc_lru);
2898                         continue;
2899                 }
2900                 /* Every freed mapping is for a 4 KB page. */
2901                 pmap->pm_stats.resident_count -= freed;
2902                 PV_STAT(pv_entry_frees += freed);
2903                 PV_STAT(pv_entry_spare += freed);
2904                 pv_entry_count -= freed;
2905                 TAILQ_REMOVE(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
2906                 for (field = 0; field < _NPCM; field++)
2907                         if (pc->pc_map[field] != pc_freemask[field]) {
2908                                 TAILQ_INSERT_HEAD(&pmap->pm_pvchunk, pc,
2909                                     pc_list);
2910                                 TAILQ_INSERT_TAIL(&newtail, pc, pc_lru);
2911
2912                                 /*
2913                                  * One freed pv entry in locked_pmap is
2914                                  * sufficient.
2915                                  */
2916                                 if (pmap == locked_pmap)
2917                                         goto out;
2918                                 break;
2919                         }
2920                 if (field == _NPCM) {
2921                         PV_STAT(pv_entry_spare -= _NPCPV);
2922                         PV_STAT(pc_chunk_count--);
2923                         PV_STAT(pc_chunk_frees++);
2924                         /* Entire chunk is free; return it. */
2925                         m_pc = PHYS_TO_VM_PAGE(pmap_kextract((vm_offset_t)pc));
2926                         pmap_qremove((vm_offset_t)pc, 1);
2927                         pmap_pte2list_free(&pv_vafree, (vm_offset_t)pc);
2928                         break;
2929                 }
2930         }
2931 out:
2932         TAILQ_CONCAT(&pv_chunks, &newtail, pc_lru);
2933         if (pmap != NULL) {
2934                 if (pmap != locked_pmap)
2935                         PMAP_UNLOCK(pmap);
2936         }
2937         if (m_pc == NULL && pv_vafree != 0 && SLIST_EMPTY(&free)) {
2938                 m_pc = SLIST_FIRST(&free);
2939                 SLIST_REMOVE_HEAD(&free, plinks.s.ss);
2940                 /* Recycle a freed page table page. */
2941                 m_pc->wire_count = 1;
2942                 atomic_add_int(&vm_cnt.v_wire_count, 1);
2943         }
2944         pmap_free_zero_pages(&free);
2945         return (m_pc);
2946 }
2947
2948 static void
2949 free_pv_chunk(struct pv_chunk *pc)
2950 {
2951         vm_page_t m;
2952
2953         TAILQ_REMOVE(&pv_chunks, pc, pc_lru);
2954         PV_STAT(pv_entry_spare -= _NPCPV);
2955         PV_STAT(pc_chunk_count--);
2956         PV_STAT(pc_chunk_frees++);
2957         /* entire chunk is free, return it */
2958         m = PHYS_TO_VM_PAGE(pmap_kextract((vm_offset_t)pc));
2959         pmap_qremove((vm_offset_t)pc, 1);
2960         vm_page_unwire(m, PQ_NONE);
2961         vm_page_free(m);
2962         pmap_pte2list_free(&pv_vafree, (vm_offset_t)pc);
2963 }
2964
2965 /*
2966  *  Free the pv_entry back to the free list.
2967  */
2968 static void
2969 free_pv_entry(pmap_t pmap, pv_entry_t pv)
2970 {
2971         struct pv_chunk *pc;
2972         int idx, field, bit;
2973
2974         rw_assert(&pvh_global_lock, RA_WLOCKED);
2975         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
2976         PV_STAT(pv_entry_frees++);
2977         PV_STAT(pv_entry_spare++);
2978         pv_entry_count--;
2979         pc = pv_to_chunk(pv);
2980         idx = pv - &pc->pc_pventry[0];
2981         field = idx / 32;
2982         bit = idx % 32;
2983         pc->pc_map[field] |= 1ul << bit;
2984         for (idx = 0; idx < _NPCM; idx++)
2985                 if (pc->pc_map[idx] != pc_freemask[idx]) {
2986                         /*
2987                          * 98% of the time, pc is already at the head of the
2988                          * list.  If it isn't already, move it to the head.
2989                          */
2990                         if (__predict_false(TAILQ_FIRST(&pmap->pm_pvchunk) !=
2991                             pc)) {
2992                                 TAILQ_REMOVE(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
2993                                 TAILQ_INSERT_HEAD(&pmap->pm_pvchunk, pc,
2994                                     pc_list);
2995                         }
2996                         return;
2997                 }
2998         TAILQ_REMOVE(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
2999         free_pv_chunk(pc);
3000 }
3001
3002 /*
3003  *  Get a new pv_entry, allocating a block from the system
3004  *  when needed.
3005  */
3006 static pv_entry_t
3007 get_pv_entry(pmap_t pmap, boolean_t try)
3008 {
3009         static const struct timeval printinterval = { 60, 0 };
3010         static struct timeval lastprint;
3011         int bit, field;
3012         pv_entry_t pv;
3013         struct pv_chunk *pc;
3014         vm_page_t m;
3015
3016         rw_assert(&pvh_global_lock, RA_WLOCKED);
3017         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
3018         PV_STAT(pv_entry_allocs++);
3019         pv_entry_count++;
3020         if (pv_entry_count > pv_entry_high_water)
3021                 if (ratecheck(&lastprint, &printinterval))
3022                         printf("Approaching the limit on PV entries, consider "
3023                             "increasing either the vm.pmap.shpgperproc or the "
3024                             "vm.pmap.pv_entry_max tunable.\n");
3025 retry:
3026         pc = TAILQ_FIRST(&pmap->pm_pvchunk);
3027         if (pc != NULL) {
3028                 for (field = 0; field < _NPCM; field++) {
3029                         if (pc->pc_map[field]) {
3030                                 bit = ffs(pc->pc_map[field]) - 1;
3031                                 break;
3032                         }
3033                 }
3034                 if (field < _NPCM) {
3035                         pv = &pc->pc_pventry[field * 32 + bit];
3036                         pc->pc_map[field] &= ~(1ul << bit);
3037                         /* If this was the last item, move it to tail */
3038                         for (field = 0; field < _NPCM; field++)
3039                                 if (pc->pc_map[field] != 0) {
3040                                         PV_STAT(pv_entry_spare--);
3041                                         return (pv);    /* not full, return */
3042                                 }
3043                         TAILQ_REMOVE(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
3044                         TAILQ_INSERT_TAIL(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
3045                         PV_STAT(pv_entry_spare--);
3046                         return (pv);
3047                 }
3048         }
3049         /*
3050          * Access to the pte2list "pv_vafree" is synchronized by the pvh
3051          * global lock.  If "pv_vafree" is currently non-empty, it will
3052          * remain non-empty until pmap_pte2list_alloc() completes.
3053          */
3054         if (pv_vafree == 0 || (m = vm_page_alloc(NULL, 0, VM_ALLOC_NORMAL |
3055             VM_ALLOC_NOOBJ | VM_ALLOC_WIRED)) == NULL) {
3056                 if (try) {
3057                         pv_entry_count--;
3058                         PV_STAT(pc_chunk_tryfail++);
3059                         return (NULL);
3060                 }
3061                 m = pmap_pv_reclaim(pmap);
3062                 if (m == NULL)
3063                         goto retry;
3064         }
3065         PV_STAT(pc_chunk_count++);
3066         PV_STAT(pc_chunk_allocs++);
3067         pc = (struct pv_chunk *)pmap_pte2list_alloc(&pv_vafree);
3068         pmap_qenter((vm_offset_t)pc, &m, 1);
3069         pc->pc_pmap = pmap;
3070         pc->pc_map[0] = pc_freemask[0] & ~1ul;  /* preallocated bit 0 */
3071         for (field = 1; field < _NPCM; field++)
3072                 pc->pc_map[field] = pc_freemask[field];
3073         TAILQ_INSERT_TAIL(&pv_chunks, pc, pc_lru);
3074         pv = &pc->pc_pventry[0];
3075         TAILQ_INSERT_HEAD(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
3076         PV_STAT(pv_entry_spare += _NPCPV - 1);
3077         return (pv);
3078 }
3079
3080 /*
3081  *  Create a pv entry for page at pa for
3082  *  (pmap, va).
3083  */
3084 static void
3085 pmap_insert_entry(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m)
3086 {
3087         pv_entry_t pv;
3088
3089         rw_assert(&pvh_global_lock, RA_WLOCKED);
3090         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
3091         pv = get_pv_entry(pmap, FALSE);
3092         pv->pv_va = va;
3093         TAILQ_INSERT_TAIL(&m->md.pv_list, pv, pv_next);
3094 }
3095
3096 static __inline pv_entry_t
3097 pmap_pvh_remove(struct md_page *pvh, pmap_t pmap, vm_offset_t va)
3098 {
3099         pv_entry_t pv;
3100
3101         rw_assert(&pvh_global_lock, RA_WLOCKED);
3102         TAILQ_FOREACH(pv, &pvh->pv_list, pv_next) {
3103                 if (pmap == PV_PMAP(pv) && va == pv->pv_va) {
3104                         TAILQ_REMOVE(&pvh->pv_list, pv, pv_next);
3105                         break;
3106                 }
3107         }
3108         return (pv);
3109 }
3110
3111 static void
3112 pmap_pvh_free(struct md_page *pvh, pmap_t pmap, vm_offset_t va)
3113 {
3114         pv_entry_t pv;
3115
3116         pv = pmap_pvh_remove(pvh, pmap, va);
3117         KASSERT(pv != NULL, ("pmap_pvh_free: pv not found"));
3118         free_pv_entry(pmap, pv);
3119 }
3120
3121 static void
3122 pmap_remove_entry(pmap_t pmap, vm_page_t m, vm_offset_t va)
3123 {
3124         struct md_page *pvh;
3125
3126         rw_assert(&pvh_global_lock, RA_WLOCKED);
3127         pmap_pvh_free(&m->md, pmap, va);
3128         if (TAILQ_EMPTY(&m->md.pv_list) && (m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0) {
3129                 pvh = pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
3130                 if (TAILQ_EMPTY(&pvh->pv_list))
3131                         vm_page_aflag_clear(m, PGA_WRITEABLE);
3132         }
3133 }
3134
3135 static void
3136 pmap_pv_demote_pte1(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_paddr_t pa)
3137 {
3138         struct md_page *pvh;
3139         pv_entry_t pv;
3140         vm_offset_t va_last;
3141         vm_page_t m;
3142
3143         rw_assert(&pvh_global_lock, RA_WLOCKED);
3144         KASSERT((pa & PTE1_OFFSET) == 0,
3145             ("pmap_pv_demote_pte1: pa is not 1mpage aligned"));
3146
3147         /*
3148          * Transfer the 1mpage's pv entry for this mapping to the first
3149          * page's pv list.
3150          */
3151         pvh = pa_to_pvh(pa);
3152         va = pte1_trunc(va);
3153         pv = pmap_pvh_remove(pvh, pmap, va);
3154         KASSERT(pv != NULL, ("pmap_pv_demote_pte1: pv not found"));
3155         m = PHYS_TO_VM_PAGE(pa);
3156         TAILQ_INSERT_TAIL(&m->md.pv_list, pv, pv_next);
3157         /* Instantiate the remaining NPTE2_IN_PT2 - 1 pv entries. */
3158         va_last = va + PTE1_SIZE - PAGE_SIZE;
3159         do {
3160                 m++;
3161                 KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
3162                     ("pmap_pv_demote_pte1: page %p is not managed", m));
3163                 va += PAGE_SIZE;
3164                 pmap_insert_entry(pmap, va, m);
3165         } while (va < va_last);
3166 }
3167
3168 static void
3169 pmap_pv_promote_pte1(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_paddr_t pa)
3170 {
3171         struct md_page *pvh;
3172         pv_entry_t pv;
3173         vm_offset_t va_last;
3174         vm_page_t m;
3175
3176         rw_assert(&pvh_global_lock, RA_WLOCKED);
3177         KASSERT((pa & PTE1_OFFSET) == 0,
3178             ("pmap_pv_promote_pte1: pa is not 1mpage aligned"));
3179
3180         /*
3181          * Transfer the first page's pv entry for this mapping to the
3182          * 1mpage's pv list.  Aside from avoiding the cost of a call
3183          * to get_pv_entry(), a transfer avoids the possibility that
3184          * get_pv_entry() calls pmap_pv_reclaim() and that pmap_pv_reclaim()
3185          * removes one of the mappings that is being promoted.
3186          */
3187         m = PHYS_TO_VM_PAGE(pa);
3188         va = pte1_trunc(va);
3189         pv = pmap_pvh_remove(&m->md, pmap, va);
3190         KASSERT(pv != NULL, ("pmap_pv_promote_pte1: pv not found"));
3191         pvh = pa_to_pvh(pa);
3192         TAILQ_INSERT_TAIL(&pvh->pv_list, pv, pv_next);
3193         /* Free the remaining NPTE2_IN_PT2 - 1 pv entries. */
3194         va_last = va + PTE1_SIZE - PAGE_SIZE;
3195         do {
3196                 m++;
3197                 va += PAGE_SIZE;
3198                 pmap_pvh_free(&m->md, pmap, va);
3199         } while (va < va_last);
3200 }
3201
3202 /*
3203  *  Conditionally create a pv entry.
3204  */
3205 static boolean_t
3206 pmap_try_insert_pv_entry(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m)
3207 {
3208         pv_entry_t pv;
3209
3210         rw_assert(&pvh_global_lock, RA_WLOCKED);
3211         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
3212         if (pv_entry_count < pv_entry_high_water &&
3213             (pv = get_pv_entry(pmap, TRUE)) != NULL) {
3214                 pv->pv_va = va;
3215                 TAILQ_INSERT_TAIL(&m->md.pv_list, pv, pv_next);
3216                 return (TRUE);
3217         } else
3218                 return (FALSE);
3219 }
3220
3221 /*
3222  *  Create the pv entries for each of the pages within a section.
3223  */
3224 static boolean_t
3225 pmap_pv_insert_pte1(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_paddr_t pa)
3226 {
3227         struct md_page *pvh;
3228         pv_entry_t pv;
3229
3230         rw_assert(&pvh_global_lock, RA_WLOCKED);
3231         if (pv_entry_count < pv_entry_high_water &&
3232             (pv = get_pv_entry(pmap, TRUE)) != NULL) {
3233                 pv->pv_va = va;
3234                 pvh = pa_to_pvh(pa);
3235                 TAILQ_INSERT_TAIL(&pvh->pv_list, pv, pv_next);
3236                 return (TRUE);
3237         } else
3238                 return (FALSE);
3239 }
3240
3241 static inline void
3242 pmap_tlb_flush_pte1(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pt1_entry_t npte1)
3243 {
3244
3245         /* Kill all the small mappings or the big one only. */
3246         if (pte1_is_section(npte1))
3247                 pmap_tlb_flush_range(pmap, pte1_trunc(va), PTE1_SIZE);
3248         else
3249                 pmap_tlb_flush(pmap, pte1_trunc(va));
3250 }
3251
3252 /*
3253  *  Update kernel pte1 on all pmaps.
3254  *
3255  *  The following function is called only on one cpu with disabled interrupts.
3256  *  In SMP case, smp_rendezvous_cpus() is used to stop other cpus. This way
3257  *  nobody can invoke explicit hardware table walk during the update of pte1.
3258  *  Unsolicited hardware table walk can still happen, invoked by speculative
3259  *  data or instruction prefetch or even by speculative hardware table walk.
3260  *
3261  *  The break-before-make approach should be implemented here. However, it's
3262  *  not so easy to do that for kernel mappings as it would be unhappy to unmap
3263  *  itself unexpectedly but voluntarily.
3264  */
3265 static void
3266 pmap_update_pte1_kernel(vm_offset_t va, pt1_entry_t npte1)
3267 {
3268         pmap_t pmap;
3269         pt1_entry_t *pte1p;
3270
3271         /*
3272          * Get current pmap. Interrupts should be disabled here
3273          * so PCPU_GET() is done atomically.
3274          */
3275         pmap = PCPU_GET(curpmap);
3276         if (pmap == NULL)
3277                 pmap = kernel_pmap;
3278
3279         /*
3280          * (1) Change pte1 on current pmap.
3281          * (2) Flush all obsolete TLB entries on current CPU.
3282          * (3) Change pte1 on all pmaps.
3283          * (4) Flush all obsolete TLB entries on all CPUs in SMP case.
3284          */
3285
3286         pte1p = pmap_pte1(pmap, va);
3287         pte1_store(pte1p, npte1);
3288
3289         /* Kill all the small mappings or the big one only. */
3290         if (pte1_is_section(npte1)) {
3291                 pmap_pte1_kern_promotions++;
3292                 tlb_flush_range_local(pte1_trunc(va), PTE1_SIZE);
3293         } else {
3294                 pmap_pte1_kern_demotions++;
3295                 tlb_flush_local(pte1_trunc(va));
3296         }
3297
3298         /*
3299          * In SMP case, this function is called when all cpus are at smp
3300          * rendezvous, so there is no need to use 'allpmaps_lock' lock here.
3301          * In UP case, the function is called with this lock locked.
3302          */
3303         LIST_FOREACH(pmap, &allpmaps, pm_list) {
3304                 pte1p = pmap_pte1(pmap, va);
3305                 pte1_store(pte1p, npte1);
3306         }
3307
3308 #ifdef SMP
3309         /* Kill all the small mappings or the big one only. */
3310         if (pte1_is_section(npte1))
3311                 tlb_flush_range(pte1_trunc(va), PTE1_SIZE);
3312         else
3313                 tlb_flush(pte1_trunc(va));
3314 #endif
3315 }
3316
3317 #ifdef SMP
3318 struct pte1_action {
3319         vm_offset_t va;
3320         pt1_entry_t npte1;
3321         u_int update;           /* CPU that updates the PTE1 */
3322 };
3323
3324 static void
3325 pmap_update_pte1_action(void *arg)
3326 {
3327         struct pte1_action *act = arg;
3328
3329         if (act->update == PCPU_GET(cpuid))
3330                 pmap_update_pte1_kernel(act->va, act->npte1);
3331 }
3332
3333 /*
3334  *  Change pte1 on current pmap.
3335  *  Note that kernel pte1 must be changed on all pmaps.
3336  *
3337  *  According to the architecture reference manual published by ARM,
3338  *  the behaviour is UNPREDICTABLE when two or more TLB entries map the same VA.
3339  *  According to this manual, UNPREDICTABLE behaviours must never happen in
3340  *  a viable system. In contrast, on x86 processors, it is not specified which
3341  *  TLB entry mapping the virtual address will be used, but the MMU doesn't
3342  *  generate a bogus translation the way it does on Cortex-A8 rev 2 (Beaglebone
3343  *  Black).
3344  *
3345  *  It's a problem when either promotion or demotion is being done. The pte1
3346  *  update and appropriate TLB flush must be done atomically in general.
3347  */
3348 static void
3349 pmap_change_pte1(pmap_t pmap, pt1_entry_t *pte1p, vm_offset_t va,
3350     pt1_entry_t npte1)
3351 {
3352
3353         if (pmap == kernel_pmap) {
3354                 struct pte1_action act;
3355
3356                 sched_pin();
3357                 act.va = va;
3358                 act.npte1 = npte1;
3359                 act.update = PCPU_GET(cpuid);
3360                 smp_rendezvous_cpus(all_cpus, smp_no_rendezvous_barrier,
3361                     pmap_update_pte1_action, NULL, &act);
3362                 sched_unpin();
3363         } else {
3364                 register_t cspr;
3365
3366                 /*
3367                  * Use break-before-make approach for changing userland
3368                  * mappings. It can cause L1 translation aborts on other
3369                  * cores in SMP case. So, special treatment is implemented
3370                  * in pmap_fault(). To reduce the likelihood that another core
3371                  * will be affected by the broken mapping, disable interrupts
3372                  * until the mapping change is completed.
3373                  */
3374                 cspr = disable_interrupts(PSR_I | PSR_F);
3375                 pte1_clear(pte1p);
3376                 pmap_tlb_flush_pte1(pmap, va, npte1);
3377                 pte1_store(pte1p, npte1);
3378                 restore_interrupts(cspr);
3379         }
3380 }
3381 #else
3382 static void
3383 pmap_change_pte1(pmap_t pmap, pt1_entry_t *pte1p, vm_offset_t va,
3384     pt1_entry_t npte1)
3385 {
3386
3387         if (pmap == kernel_pmap) {
3388                 mtx_lock_spin(&allpmaps_lock);
3389                 pmap_update_pte1_kernel(va, npte1);
3390                 mtx_unlock_spin(&allpmaps_lock);
3391         } else {
3392                 register_t cspr;
3393
3394                 /*
3395                  * Use break-before-make approach for changing userland
3396                  * mappings. It's absolutely safe in UP case when interrupts
3397                  * are disabled.
3398                  */
3399                 cspr = disable_interrupts(PSR_I | PSR_F);
3400                 pte1_clear(pte1p);
3401                 pmap_tlb_flush_pte1(pmap, va, npte1);
3402                 pte1_store(pte1p, npte1);
3403                 restore_interrupts(cspr);
3404         }
3405 }
3406 #endif
3407
3408 /*
3409  *  Tries to promote the NPTE2_IN_PT2, contiguous 4KB page mappings that are
3410  *  within a single page table page (PT2) to a single 1MB page mapping.
3411  *  For promotion to occur, two conditions must be met: (1) the 4KB page
3412  *  mappings must map aligned, contiguous physical memory and (2) the 4KB page
3413  *  mappings must have identical characteristics.
3414  *
3415  *  Managed (PG_MANAGED) mappings within the kernel address space are not
3416  *  promoted.  The reason is that kernel PTE1s are replicated in each pmap but
3417  *  pmap_remove_write(), pmap_clear_modify(), and pmap_clear_reference() only
3418  *  read the PTE1 from the kernel pmap.
3419  */
3420 static void
3421 pmap_promote_pte1(pmap_t pmap, pt1_entry_t *pte1p, vm_offset_t va)
3422 {
3423         pt1_entry_t npte1;
3424         pt2_entry_t *fpte2p, fpte2, fpte2_fav;
3425         pt2_entry_t *pte2p, pte2;
3426         vm_offset_t pteva __unused;
3427         vm_page_t m __unused;
3428
3429         PDEBUG(6, printf("%s(%p): try for va %#x pte1 %#x at %p\n", __func__,
3430             pmap, va, pte1_load(pte1p), pte1p));
3431
3432         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
3433
3434         /*
3435          * Examine the first PTE2 in the specified PT2. Abort if this PTE2 is
3436          * either invalid, unused, or does not map the first 4KB physical page
3437          * within a 1MB page.
3438          */
3439         fpte2p = pmap_pte2_quick(pmap, pte1_trunc(va));
3440         fpte2 = pte2_load(fpte2p);
3441         if ((fpte2 & ((PTE2_FRAME & PTE1_OFFSET) | PTE2_A | PTE2_V)) !=
3442             (PTE2_A | PTE2_V)) {
3443                 pmap_pte1_p_failures++;
3444                 CTR3(KTR_PMAP, "%s: failure(1) for va %#x in pmap %p",
3445                     __func__, va, pmap);
3446                 return;
3447         }
3448         if (pte2_is_managed(fpte2) && pmap == kernel_pmap) {
3449                 pmap_pte1_p_failures++;
3450                 CTR3(KTR_PMAP, "%s: failure(2) for va %#x in pmap %p",
3451                     __func__, va, pmap);
3452                 return;
3453         }
3454         if ((fpte2 & (PTE2_NM | PTE2_RO)) == PTE2_NM) {
3455                 /*
3456                  * When page is not modified, PTE2_RO can be set without
3457                  * a TLB invalidation.
3458                  */
3459                 fpte2 |= PTE2_RO;
3460                 pte2_store(fpte2p, fpte2);
3461         }
3462
3463         /*
3464          * Examine each of the other PTE2s in the specified PT2. Abort if this
3465          * PTE2 maps an unexpected 4KB physical page or does not have identical
3466          * characteristics to the first PTE2.
3467          */
3468         fpte2_fav = (fpte2 & (PTE2_FRAME | PTE2_A | PTE2_V));
3469         fpte2_fav += PTE1_SIZE - PTE2_SIZE; /* examine from the end */
3470         for (pte2p = fpte2p + NPTE2_IN_PT2 - 1; pte2p > fpte2p; pte2p--) {
3471                 pte2 = pte2_load(pte2p);
3472                 if ((pte2 & (PTE2_FRAME | PTE2_A | PTE2_V)) != fpte2_fav) {
3473                         pmap_pte1_p_failures++;
3474                         CTR3(KTR_PMAP, "%s: failure(3) for va %#x in pmap %p",
3475                             __func__, va, pmap);
3476                         return;
3477                 }
3478                 if ((pte2 & (PTE2_NM | PTE2_RO)) == PTE2_NM) {
3479                         /*
3480                          * When page is not modified, PTE2_RO can be set
3481                          * without a TLB invalidation. See note above.
3482                          */
3483                         pte2 |= PTE2_RO;
3484                         pte2_store(pte2p, pte2);
3485                         pteva = pte1_trunc(va) | (pte2 & PTE1_OFFSET &
3486                             PTE2_FRAME);
3487                         CTR3(KTR_PMAP, "%s: protect for va %#x in pmap %p",
3488                             __func__, pteva, pmap);
3489                 }
3490                 if ((pte2 & PTE2_PROMOTE) != (fpte2 & PTE2_PROMOTE)) {
3491                         pmap_pte1_p_failures++;
3492                         CTR3(KTR_PMAP, "%s: failure(4) for va %#x in pmap %p",
3493                             __func__, va, pmap);
3494                         return;
3495                 }
3496
3497                 fpte2_fav -= PTE2_SIZE;
3498         }
3499         /*
3500          * The page table page in its current state will stay in PT2TAB
3501          * until the PTE1 mapping the section is demoted by pmap_demote_pte1()
3502          * or destroyed by pmap_remove_pte1().
3503          *
3504          * Note that L2 page table size is not equal to PAGE_SIZE.
3505          */
3506         m = PHYS_TO_VM_PAGE(trunc_page(pte1_link_pa(pte1_load(pte1p))));
3507         KASSERT(m >= vm_page_array && m < &vm_page_array[vm_page_array_size],
3508             ("%s: PT2 page is out of range", __func__));
3509         KASSERT(m->pindex == (pte1_index(va) & ~PT2PG_MASK),
3510             ("%s: PT2 page's pindex is wrong", __func__));
3511
3512         /*
3513          * Get pte1 from pte2 format.
3514          */
3515         npte1 = (fpte2 & PTE1_FRAME) | ATTR_TO_L1(fpte2) | PTE1_V;
3516
3517         /*
3518          * Promote the pv entries.
3519          */
3520         if (pte2_is_managed(fpte2))
3521                 pmap_pv_promote_pte1(pmap, va, pte1_pa(npte1));
3522
3523         /*
3524          * Promote the mappings.
3525          */
3526         pmap_change_pte1(pmap, pte1p, va, npte1);
3527
3528         pmap_pte1_promotions++;
3529         CTR3(KTR_PMAP, "%s: success for va %#x in pmap %p",
3530             __func__, va, pmap);
3531
3532         PDEBUG(6, printf("%s(%p): success for va %#x pte1 %#x(%#x) at %p\n",
3533             __func__, pmap, va, npte1, pte1_load(pte1p), pte1p));
3534 }
3535
3536 /*
3537  *  Zero L2 page table page.
3538  */
3539 static __inline void
3540 pmap_clear_pt2(pt2_entry_t *fpte2p)
3541 {
3542         pt2_entry_t *pte2p;
3543
3544         for (pte2p = fpte2p; pte2p < fpte2p + NPTE2_IN_PT2; pte2p++)
3545                 pte2_clear(pte2p);
3546
3547 }
3548
3549 /*
3550  *  Removes a 1MB page mapping from the kernel pmap.
3551  */
3552 static void
3553 pmap_remove_kernel_pte1(pmap_t pmap, pt1_entry_t *pte1p, vm_offset_t va)
3554 {
3555         vm_page_t m;
3556         uint32_t pte1_idx;
3557         pt2_entry_t *fpte2p;
3558         vm_paddr_t pt2_pa;
3559
3560         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
3561         m = pmap_pt2_page(pmap, va);
3562         if (m == NULL)
3563                 /*
3564                  * QQQ: Is this function called only on promoted pte1?
3565                  *      We certainly do section mappings directly
3566                  *      (without promotion) in kernel !!!
3567                  */
3568                 panic("%s: missing pt2 page", __func__);
3569
3570         pte1_idx = pte1_index(va);
3571
3572         /*
3573          * Initialize the L2 page table.
3574          */
3575         fpte2p = page_pt2(pt2map_pt2pg(va), pte1_idx);
3576         pmap_clear_pt2(fpte2p);
3577
3578         /*
3579          * Remove the mapping.
3580          */
3581         pt2_pa = page_pt2pa(VM_PAGE_TO_PHYS(m), pte1_idx);
3582         pmap_kenter_pte1(va, PTE1_LINK(pt2_pa));
3583
3584         /*
3585          * QQQ: We do not need to invalidate PT2MAP mapping
3586          * as we did not change it. I.e. the L2 page table page
3587          * was and still is mapped the same way.
3588          */
3589 }
3590
3591 /*
3592  *  Do the things to unmap a section in a process
3593  */
3594 static void
3595 pmap_remove_pte1(pmap_t pmap, pt1_entry_t *pte1p, vm_offset_t sva,
3596     struct spglist *free)
3597 {
3598         pt1_entry_t opte1;
3599         struct md_page *pvh;
3600         vm_offset_t eva, va;
3601         vm_page_t m;
3602
3603         PDEBUG(6, printf("%s(%p): va %#x pte1 %#x at %p\n", __func__, pmap, sva,
3604             pte1_load(pte1p), pte1p));
3605
3606         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
3607         KASSERT((sva & PTE1_OFFSET) == 0,
3608             ("%s: sva is not 1mpage aligned", __func__));
3609
3610         /*
3611          * Clear and invalidate the mapping. It should occupy one and only TLB
3612          * entry. So, pmap_tlb_flush() called with aligned address should be
3613          * sufficient.
3614          */
3615         opte1 = pte1_load_clear(pte1p);
3616         pmap_tlb_flush(pmap, sva);
3617
3618         if (pte1_is_wired(opte1))
3619                 pmap->pm_stats.wired_count -= PTE1_SIZE / PAGE_SIZE;
3620         pmap->pm_stats.resident_count -= PTE1_SIZE / PAGE_SIZE;
3621         if (pte1_is_managed(opte1)) {
3622                 pvh = pa_to_pvh(pte1_pa(opte1));
3623                 pmap_pvh_free(pvh, pmap, sva);
3624                 eva = sva + PTE1_SIZE;
3625                 for (va = sva, m = PHYS_TO_VM_PAGE(pte1_pa(opte1));
3626                     va < eva; va += PAGE_SIZE, m++) {
3627                         if (pte1_is_dirty(opte1))
3628                                 vm_page_dirty(m);
3629                         if (opte1 & PTE1_A)
3630                                 vm_page_aflag_set(m, PGA_REFERENCED);
3631                         if (TAILQ_EMPTY(&m->md.pv_list) &&
3632                             TAILQ_EMPTY(&pvh->pv_list))
3633                                 vm_page_aflag_clear(m, PGA_WRITEABLE);
3634                 }
3635         }
3636         if (pmap == kernel_pmap) {
3637                 /*
3638                  * L2 page table(s) can't be removed from kernel map as
3639                  * kernel counts on it (stuff around pmap_growkernel()).
3640                  */
3641                  pmap_remove_kernel_pte1(pmap, pte1p, sva);
3642         } else {
3643                 /*
3644                  * Get associated L2 page table page.
3645                  * It's possible that the page was never allocated.
3646                  */
3647                 m = pmap_pt2_page(pmap, sva);
3648                 if (m != NULL)
3649                         pmap_unwire_pt2_all(pmap, sva, m, free);
3650         }
3651 }
3652
3653 /*
3654  *  Fills L2 page table page with mappings to consecutive physical pages.
3655  */
3656 static __inline void
3657 pmap_fill_pt2(pt2_entry_t *fpte2p, pt2_entry_t npte2)
3658 {
3659         pt2_entry_t *pte2p;
3660
3661         for (pte2p = fpte2p; pte2p < fpte2p + NPTE2_IN_PT2; pte2p++) {
3662                 pte2_store(pte2p, npte2);
3663                 npte2 += PTE2_SIZE;
3664         }
3665 }
3666
3667 /*
3668  *  Tries to demote a 1MB page mapping. If demotion fails, the
3669  *  1MB page mapping is invalidated.
3670  */
3671 static boolean_t
3672 pmap_demote_pte1(pmap_t pmap, pt1_entry_t *pte1p, vm_offset_t va)
3673 {
3674         pt1_entry_t opte1, npte1;
3675         pt2_entry_t *fpte2p, npte2;
3676         vm_paddr_t pt2pg_pa, pt2_pa;
3677         vm_page_t m;
3678         struct spglist free;
3679         uint32_t pte1_idx, isnew = 0;
3680
3681         PDEBUG(6, printf("%s(%p): try for va %#x pte1 %#x at %p\n", __func__,
3682             pmap, va, pte1_load(pte1p), pte1p));
3683
3684         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
3685
3686         opte1 = pte1_load(pte1p);
3687         KASSERT(pte1_is_section(opte1), ("%s: opte1 not a section", __func__));
3688
3689         if ((opte1 & PTE1_A) == 0 || (m = pmap_pt2_page(pmap, va)) == NULL) {
3690                 KASSERT(!pte1_is_wired(opte1),
3691                     ("%s: PT2 page for a wired mapping is missing", __func__));
3692
3693                 /*
3694                  * Invalidate the 1MB page mapping and return
3695                  * "failure" if the mapping was never accessed or the
3696                  * allocation of the new page table page fails.
3697                  */
3698                 if ((opte1 & PTE1_A) == 0 || (m = vm_page_alloc(NULL,
3699                     pte1_index(va) & ~PT2PG_MASK, VM_ALLOC_NOOBJ |
3700                     VM_ALLOC_NORMAL | VM_ALLOC_WIRED)) == NULL) {
3701                         SLIST_INIT(&free);
3702                         pmap_remove_pte1(pmap, pte1p, pte1_trunc(va), &free);
3703                         pmap_free_zero_pages(&free);
3704                         CTR3(KTR_PMAP, "%s: failure for va %#x in pmap %p",
3705                             __func__, va, pmap);
3706                         return (FALSE);
3707                 }
3708                 if (va < VM_MAXUSER_ADDRESS)
3709                         pmap->pm_stats.resident_count++;
3710
3711                 isnew = 1;
3712
3713                 /*
3714                  * We init all L2 page tables in the page even if
3715                  * we are going to change everything for one L2 page
3716                  * table in a while.
3717                  */
3718                 pt2pg_pa = pmap_pt2pg_init(pmap, va, m);
3719         } else {
3720                 if (va < VM_MAXUSER_ADDRESS) {
3721                         if (pt2_is_empty(m, va))
3722                                 isnew = 1; /* Demoting section w/o promotion. */
3723 #ifdef INVARIANTS
3724                         else
3725                                 KASSERT(pt2_is_full(m, va), ("%s: bad PT2 wire"
3726                                     " count %u", __func__,
3727                                     pt2_wirecount_get(m, pte1_index(va))));
3728 #endif
3729                 }
3730         }
3731
3732         pt2pg_pa = VM_PAGE_TO_PHYS(m);
3733         pte1_idx = pte1_index(va);
3734         /*
3735          * If the pmap is current, then the PT2MAP can provide access to
3736          * the page table page (promoted L2 page tables are not unmapped).
3737          * Otherwise, temporarily map the L2 page table page (m) into
3738          * the kernel's address space at either PADDR1 or PADDR2.
3739          *
3740          * Note that L2 page table size is not equal to PAGE_SIZE.
3741          */
3742         if (pmap_is_current(pmap))
3743                 fpte2p = page_pt2(pt2map_pt2pg(va), pte1_idx);
3744         else if (curthread->td_pinned > 0 && rw_wowned(&pvh_global_lock)) {
3745                 if (pte2_pa(pte2_load(PMAP1)) != pt2pg_pa) {
3746                         pte2_store(PMAP1, PTE2_KPT(pt2pg_pa));
3747 #ifdef SMP
3748                         PMAP1cpu = PCPU_GET(cpuid);
3749 #endif
3750                         tlb_flush_local((vm_offset_t)PADDR1);
3751                         PMAP1changed++;
3752                 } else
3753 #ifdef SMP
3754                 if (PMAP1cpu != PCPU_GET(cpuid)) {
3755                         PMAP1cpu = PCPU_GET(cpuid);
3756                         tlb_flush_local((vm_offset_t)PADDR1);
3757                         PMAP1changedcpu++;
3758                 } else
3759 #endif
3760                         PMAP1unchanged++;
3761                 fpte2p = page_pt2((vm_offset_t)PADDR1, pte1_idx);
3762         } else {
3763                 mtx_lock(&PMAP2mutex);
3764                 if (pte2_pa(pte2_load(PMAP2)) != pt2pg_pa) {
3765                         pte2_store(PMAP2, PTE2_KPT(pt2pg_pa));
3766                         tlb_flush((vm_offset_t)PADDR2);
3767                 }
3768                 fpte2p = page_pt2((vm_offset_t)PADDR2, pte1_idx);
3769         }
3770         pt2_pa = page_pt2pa(pt2pg_pa, pte1_idx);
3771         npte1 = PTE1_LINK(pt2_pa);
3772
3773         KASSERT((opte1 & PTE1_A) != 0,
3774             ("%s: opte1 is missing PTE1_A", __func__));
3775         KASSERT((opte1 & (PTE1_NM | PTE1_RO)) != PTE1_NM,
3776             ("%s: opte1 has PTE1_NM", __func__));
3777
3778         /*
3779          *  Get pte2 from pte1 format.
3780         */
3781         npte2 = pte1_pa(opte1) | ATTR_TO_L2(opte1) | PTE2_V;
3782
3783         /*
3784          * If the L2 page table page is new, initialize it. If the mapping
3785          * has changed attributes, update the page table entries.
3786          */
3787         if (isnew != 0) {
3788                 pt2_wirecount_set(m, pte1_idx, NPTE2_IN_PT2);
3789                 pmap_fill_pt2(fpte2p, npte2);
3790         } else if ((pte2_load(fpte2p) & PTE2_PROMOTE) !=
3791                     (npte2 & PTE2_PROMOTE))
3792                 pmap_fill_pt2(fpte2p, npte2);
3793
3794         KASSERT(pte2_pa(pte2_load(fpte2p)) == pte2_pa(npte2),
3795             ("%s: fpte2p and npte2 map different physical addresses",
3796             __func__));
3797
3798         if (fpte2p == PADDR2)
3799                 mtx_unlock(&PMAP2mutex);
3800
3801         /*
3802          * Demote the mapping. This pmap is locked. The old PTE1 has
3803          * PTE1_A set. If the old PTE1 has not PTE1_RO set, it also
3804          * has not PTE1_NM set. Thus, there is no danger of a race with
3805          * another processor changing the setting of PTE1_A and/or PTE1_NM
3806          * between the read above and the store below.
3807          */
3808         pmap_change_pte1(pmap, pte1p, va, npte1);
3809
3810         /*
3811          * Demote the pv entry. This depends on the earlier demotion
3812          * of the mapping. Specifically, the (re)creation of a per-
3813          * page pv entry might trigger the execution of pmap_pv_reclaim(),
3814          * which might reclaim a newly (re)created per-page pv entry
3815          * and destroy the associated mapping. In order to destroy
3816          * the mapping, the PTE1 must have already changed from mapping
3817          * the 1mpage to referencing the page table page.
3818          */
3819         if (pte1_is_managed(opte1))
3820                 pmap_pv_demote_pte1(pmap, va, pte1_pa(opte1));
3821
3822         pmap_pte1_demotions++;
3823         CTR3(KTR_PMAP, "%s: success for va %#x in pmap %p",
3824             __func__, va, pmap);
3825
3826         PDEBUG(6, printf("%s(%p): success for va %#x pte1 %#x(%#x) at %p\n",
3827             __func__, pmap, va, npte1, pte1_load(pte1p), pte1p));
3828         return (TRUE);
3829 }
3830
3831 /*
3832  *      Insert the given physical page (p) at
3833  *      the specified virtual address (v) in the
3834  *      target physical map with the protection requested.
3835  *
3836  *      If specified, the page will be wired down, meaning
3837  *      that the related pte can not be reclaimed.
3838  *
3839  *      NB:  This is the only routine which MAY NOT lazy-evaluate
3840  *      or lose information.  That is, this routine must actually
3841  *      insert this page into the given map NOW.
3842  */
3843 int
3844 pmap_enter(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m, vm_prot_t prot,
3845     u_int flags, int8_t psind)
3846 {
3847         pt1_entry_t *pte1p;
3848         pt2_entry_t *pte2p;
3849         pt2_entry_t npte2, opte2;
3850         pv_entry_t pv;
3851         vm_paddr_t opa, pa;
3852         vm_page_t mpte2, om;
3853         boolean_t wired;
3854
3855         va = trunc_page(va);
3856         mpte2 = NULL;
3857         wired = (flags & PMAP_ENTER_WIRED) != 0;
3858
3859         KASSERT(va <= vm_max_kernel_address, ("%s: toobig", __func__));
3860         KASSERT(va < UPT2V_MIN_ADDRESS || va >= UPT2V_MAX_ADDRESS,
3861             ("%s: invalid to pmap_enter page table pages (va: 0x%x)", __func__,
3862             va));
3863         if ((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0 && !vm_page_xbusied(m))
3864                 VM_OBJECT_ASSERT_LOCKED(m->object);
3865
3866         rw_wlock(&pvh_global_lock);
3867         PMAP_LOCK(pmap);
3868         sched_pin();
3869
3870         /*
3871          * In the case that a page table page is not
3872          * resident, we are creating it here.
3873          */
3874         if (va < VM_MAXUSER_ADDRESS) {
3875                 mpte2 = pmap_allocpte2(pmap, va, flags);
3876                 if (mpte2 == NULL) {
3877                         KASSERT((flags & PMAP_ENTER_NOSLEEP) != 0,
3878                             ("pmap_allocpte2 failed with sleep allowed"));
3879                         sched_unpin();
3880                         rw_wunlock(&pvh_global_lock);
3881                         PMAP_UNLOCK(pmap);
3882                         return (KERN_RESOURCE_SHORTAGE);
3883                 }
3884         }
3885         pte1p = pmap_pte1(pmap, va);
3886         if (pte1_is_section(pte1_load(pte1p)))
3887                 panic("%s: attempted on 1MB page", __func__);
3888         pte2p = pmap_pte2_quick(pmap, va);
3889         if (pte2p == NULL)
3890                 panic("%s: invalid L1 page table entry va=%#x", __func__, va);
3891
3892         om = NULL;
3893         pa = VM_PAGE_TO_PHYS(m);
3894         opte2 = pte2_load(pte2p);
3895         opa = pte2_pa(opte2);
3896         /*
3897          * Mapping has not changed, must be protection or wiring change.
3898          */
3899         if (pte2_is_valid(opte2) && (opa == pa)) {
3900                 /*
3901                  * Wiring change, just update stats. We don't worry about
3902                  * wiring PT2 pages as they remain resident as long as there
3903                  * are valid mappings in them. Hence, if a user page is wired,
3904                  * the PT2 page will be also.
3905                  */
3906                 if (wired && !pte2_is_wired(opte2))
3907                         pmap->pm_stats.wired_count++;
3908                 else if (!wired && pte2_is_wired(opte2))
3909                         pmap->pm_stats.wired_count--;
3910
3911                 /*
3912                  * Remove extra pte2 reference
3913                  */
3914                 if (mpte2)
3915                         pt2_wirecount_dec(mpte2, pte1_index(va));
3916                 if (pte2_is_managed(opte2))
3917                         om = m;
3918                 goto validate;
3919         }
3920
3921         /*
3922          * QQQ: We think that changing physical address on writeable mapping
3923          *      is not safe. Well, maybe on kernel address space with correct
3924          *      locking, it can make a sense. However, we have no idea why
3925          *      anyone should do that on user address space. Are we wrong?
3926          */
3927         KASSERT((opa == 0) || (opa == pa) ||
3928             !pte2_is_valid(opte2) || ((opte2 & PTE2_RO) != 0),
3929             ("%s: pmap %p va %#x(%#x) opa %#x pa %#x - gotcha %#x %#x!",
3930             __func__, pmap, va, opte2, opa, pa, flags, prot));
3931
3932         pv = NULL;
3933
3934         /*
3935          * Mapping has changed, invalidate old range and fall through to
3936          * handle validating new mapping.
3937          */
3938         if (opa) {
3939                 if (pte2_is_wired(opte2))
3940                         pmap->pm_stats.wired_count--;
3941                 if (pte2_is_managed(opte2)) {
3942                         om = PHYS_TO_VM_PAGE(opa);
3943                         pv = pmap_pvh_remove(&om->md, pmap, va);
3944                 }
3945                 /*
3946                  * Remove extra pte2 reference
3947                  */
3948                 if (mpte2 != NULL)
3949                         pt2_wirecount_dec(mpte2, va >> PTE1_SHIFT);
3950         } else
3951                 pmap->pm_stats.resident_count++;
3952
3953         /*
3954          * Enter on the PV list if part of our managed memory.
3955          */
3956         if ((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0) {
3957                 KASSERT(va < kmi.clean_sva || va >= kmi.clean_eva,
3958                     ("%s: managed mapping within the clean submap", __func__));
3959                 if (pv == NULL)
3960                         pv = get_pv_entry(pmap, FALSE);
3961                 pv->pv_va = va;
3962                 TAILQ_INSERT_TAIL(&m->md.pv_list, pv, pv_next);
3963         } else if (pv != NULL)
3964                 free_pv_entry(pmap, pv);
3965
3966         /*
3967          * Increment counters
3968          */
3969         if (wired)
3970                 pmap->pm_stats.wired_count++;
3971
3972 validate:
3973         /*
3974          * Now validate mapping with desired protection/wiring.
3975          */
3976         npte2 = PTE2(pa, PTE2_NM, vm_page_pte2_attr(m));
3977         if (prot & VM_PROT_WRITE) {
3978                 if (pte2_is_managed(npte2))
3979                         vm_page_aflag_set(m, PGA_WRITEABLE);
3980         }
3981         else
3982                 npte2 |= PTE2_RO;
3983         if ((prot & VM_PROT_EXECUTE) == 0)
3984                 npte2 |= PTE2_NX;
3985         if (wired)
3986                 npte2 |= PTE2_W;
3987         if (va < VM_MAXUSER_ADDRESS)
3988                 npte2 |= PTE2_U;
3989         if (pmap != kernel_pmap)
3990                 npte2 |= PTE2_NG;
3991
3992         /*
3993          * If the mapping or permission bits are different, we need
3994          * to update the pte2.
3995          *
3996          * QQQ: Think again and again what to do
3997          *      if the mapping is going to be changed!
3998          */
3999         if ((opte2 & ~(PTE2_NM | PTE2_A)) != (npte2 & ~(PTE2_NM | PTE2_A))) {
4000                 /*
4001                  * Sync icache if exec permission and attribute VM_MEMATTR_WB_WA
4002                  * is set. Do it now, before the mapping is stored and made
4003                  * valid for hardware table walk. If done later, there is a race
4004                  * for other threads of current process in lazy loading case.
4005                  * Don't do it for kernel memory which is mapped with exec
4006                  * permission even if the memory isn't going to hold executable
4007                  * code. The only time when icache sync is needed is after
4008                  * kernel module is loaded and the relocation info is processed.
4009                  * And it's done in elf_cpu_load_file().
4010                  *
4011                  * QQQ: (1) Does it exist any better way where
4012                  *          or how to sync icache?
4013                  *      (2) Now, we do it on a page basis.
4014                  */
4015                 if ((prot & VM_PROT_EXECUTE) && pmap != kernel_pmap &&
4016                     m->md.pat_mode == VM_MEMATTR_WB_WA &&
4017                     (opa != pa || (opte2 & PTE2_NX)))
4018                         cache_icache_sync_fresh(va, pa, PAGE_SIZE);
4019
4020                 npte2 |= PTE2_A;
4021                 if (flags & VM_PROT_WRITE)
4022                         npte2 &= ~PTE2_NM;
4023                 if (opte2 & PTE2_V) {
4024                         /* Change mapping with break-before-make approach. */
4025                         opte2 = pte2_load_clear(pte2p);
4026                         pmap_tlb_flush(pmap, va);
4027                         pte2_store(pte2p, npte2);
4028                         if (opte2 & PTE2_A) {
4029                                 if (pte2_is_managed(opte2))
4030                                         vm_page_aflag_set(om, PGA_REFERENCED);
4031                         }
4032                         if (pte2_is_dirty(opte2)) {
4033                                 if (pte2_is_managed(opte2))
4034                                         vm_page_dirty(om);
4035                         }
4036                         if (pte2_is_managed(opte2) &&
4037                             TAILQ_EMPTY(&om->md.pv_list) &&
4038                             ((om->flags & PG_FICTITIOUS) != 0 ||
4039                             TAILQ_EMPTY(&pa_to_pvh(opa)->pv_list)))
4040                                 vm_page_aflag_clear(om, PGA_WRITEABLE);
4041                 } else
4042                         pte2_store(pte2p, npte2);
4043         }
4044 #if 0
4045         else {
4046                 /*
4047                  * QQQ: In time when both access and not mofified bits are
4048                  *      emulated by software, this should not happen. Some
4049                  *      analysis is need, if this really happen. Missing
4050                  *      tlb flush somewhere could be the reason.
4051                  */
4052                 panic("%s: pmap %p va %#x opte2 %x npte2 %x !!", __func__, pmap,
4053                     va, opte2, npte2);
4054         }
4055 #endif
4056         /*
4057          * If both the L2 page table page and the reservation are fully
4058          * populated, then attempt promotion.
4059          */
4060         if ((mpte2 == NULL || pt2_is_full(mpte2, va)) &&
4061             sp_enabled && (m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0 &&
4062             vm_reserv_level_iffullpop(m) == 0)
4063                 pmap_promote_pte1(pmap, pte1p, va);
4064         sched_unpin();
4065         rw_wunlock(&pvh_global_lock);
4066         PMAP_UNLOCK(pmap);
4067         return (KERN_SUCCESS);
4068 }
4069
4070 /*
4071  *  Do the things to unmap a page in a process.
4072  */
4073 static int
4074 pmap_remove_pte2(pmap_t pmap, pt2_entry_t *pte2p, vm_offset_t va,
4075     struct spglist *free)
4076 {
4077         pt2_entry_t opte2;
4078         vm_page_t m;
4079
4080         rw_assert(&pvh_global_lock, RA_WLOCKED);
4081         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
4082
4083         /* Clear and invalidate the mapping. */
4084         opte2 = pte2_load_clear(pte2p);
4085         pmap_tlb_flush(pmap, va);
4086
4087         KASSERT(pte2_is_valid(opte2), ("%s: pmap %p va %#x not link pte2 %#x",
4088             __func__, pmap, va, opte2));
4089
4090         if (opte2 & PTE2_W)
4091                 pmap->pm_stats.wired_count -= 1;
4092         pmap->pm_stats.resident_count -= 1;
4093         if (pte2_is_managed(opte2)) {
4094                 m = PHYS_TO_VM_PAGE(pte2_pa(opte2));
4095                 if (pte2_is_dirty(opte2))
4096                         vm_page_dirty(m);
4097                 if (opte2 & PTE2_A)
4098                         vm_page_aflag_set(m, PGA_REFERENCED);
4099                 pmap_remove_entry(pmap, m, va);
4100         }
4101         return (pmap_unuse_pt2(pmap, va, free));
4102 }
4103
4104 /*
4105  *  Remove a single page from a process address space.
4106  */
4107 static void
4108 pmap_remove_page(pmap_t pmap, vm_offset_t va, struct spglist *free)
4109 {
4110         pt2_entry_t *pte2p;
4111
4112         rw_assert(&pvh_global_lock, RA_WLOCKED);
4113         KASSERT(curthread->td_pinned > 0,
4114             ("%s: curthread not pinned", __func__));
4115         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
4116         if ((pte2p = pmap_pte2_quick(pmap, va)) == NULL ||
4117             !pte2_is_valid(pte2_load(pte2p)))
4118                 return;
4119         pmap_remove_pte2(pmap, pte2p, va, free);
4120 }
4121
4122 /*
4123  *  Remove the given range of addresses from the specified map.
4124  *
4125  *  It is assumed that the start and end are properly
4126  *  rounded to the page size.
4127  */
4128 void
4129 pmap_remove(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
4130 {
4131         vm_offset_t nextva;
4132         pt1_entry_t *pte1p, pte1;
4133         pt2_entry_t *pte2p, pte2;
4134         struct spglist free;
4135
4136         /*
4137          * Perform an unsynchronized read. This is, however, safe.
4138          */
4139         if (pmap->pm_stats.resident_count == 0)
4140                 return;
4141
4142         SLIST_INIT(&free);
4143
4144         rw_wlock(&pvh_global_lock);
4145         sched_pin();
4146         PMAP_LOCK(pmap);
4147
4148         /*
4149          * Special handling of removing one page. A very common
4150          * operation and easy to short circuit some code.
4151          */
4152         if (sva + PAGE_SIZE == eva) {
4153                 pte1 = pte1_load(pmap_pte1(pmap, sva));
4154                 if (pte1_is_link(pte1)) {
4155                         pmap_remove_page(pmap, sva, &free);
4156                         goto out;
4157                 }
4158         }
4159
4160         for (; sva < eva; sva = nextva) {
4161                 /*
4162                  * Calculate address for next L2 page table.
4163                  */
4164                 nextva = pte1_trunc(sva + PTE1_SIZE);
4165                 if (nextva < sva)
4166                         nextva = eva;
4167                 if (pmap->pm_stats.resident_count == 0)
4168                         break;
4169
4170                 pte1p = pmap_pte1(pmap, sva);
4171                 pte1 = pte1_load(pte1p);
4172
4173                 /*
4174                  * Weed out invalid mappings. Note: we assume that the L1 page
4175                  * table is always allocated, and in kernel virtual.
4176                  */
4177                 if (pte1 == 0)
4178                         continue;
4179
4180                 if (pte1_is_section(pte1)) {
4181                         /*
4182                          * Are we removing the entire large page?  If not,
4183                          * demote the mapping and fall through.
4184                          */
4185                         if (sva + PTE1_SIZE == nextva && eva >= nextva) {
4186                                 pmap_remove_pte1(pmap, pte1p, sva, &free);
4187                                 continue;
4188                         } else if (!pmap_demote_pte1(pmap, pte1p, sva)) {
4189                                 /* The large page mapping was destroyed. */
4190                                 continue;
4191                         }
4192 #ifdef INVARIANTS
4193                         else {
4194                                 /* Update pte1 after demotion. */
4195                                 pte1 = pte1_load(pte1p);
4196                         }
4197 #endif
4198                 }
4199
4200                 KASSERT(pte1_is_link(pte1), ("%s: pmap %p va %#x pte1 %#x at %p"
4201                     " is not link", __func__, pmap, sva, pte1, pte1p));
4202
4203                 /*
4204                  * Limit our scan to either the end of the va represented
4205                  * by the current L2 page table page, or to the end of the
4206                  * range being removed.
4207                  */
4208                 if (nextva > eva)
4209                         nextva = eva;
4210
4211                 for (pte2p = pmap_pte2_quick(pmap, sva); sva != nextva;
4212                     pte2p++, sva += PAGE_SIZE) {
4213                         pte2 = pte2_load(pte2p);
4214                         if (!pte2_is_valid(pte2))
4215                                 continue;
4216                         if (pmap_remove_pte2(pmap, pte2p, sva, &free))
4217                                 break;
4218                 }
4219         }
4220 out:
4221         sched_unpin();
4222         rw_wunlock(&pvh_global_lock);
4223         PMAP_UNLOCK(pmap);
4224         pmap_free_zero_pages(&free);
4225 }
4226
4227 /*
4228  *      Routine:        pmap_remove_all
4229  *      Function:
4230  *              Removes this physical page from
4231  *              all physical maps in which it resides.
4232  *              Reflects back modify bits to the pager.
4233  *
4234  *      Notes:
4235  *              Original versions of this routine were very
4236  *              inefficient because they iteratively called
4237  *              pmap_remove (slow...)
4238  */
4239
4240 void
4241 pmap_remove_all(vm_page_t m)
4242 {
4243         struct md_page *pvh;
4244         pv_entry_t pv;
4245         pmap_t pmap;
4246         pt2_entry_t *pte2p, opte2;
4247         pt1_entry_t *pte1p;
4248         vm_offset_t va;
4249         struct spglist free;
4250
4251         KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
4252             ("%s: page %p is not managed", __func__, m));
4253         SLIST_INIT(&free);
4254         rw_wlock(&pvh_global_lock);
4255         sched_pin();
4256         if ((m->flags & PG_FICTITIOUS) != 0)
4257                 goto small_mappings;
4258         pvh = pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
4259         while ((pv = TAILQ_FIRST(&pvh->pv_list)) != NULL) {
4260                 va = pv->pv_va;
4261                 pmap = PV_PMAP(pv);
4262                 PMAP_LOCK(pmap);
4263                 pte1p = pmap_pte1(pmap, va);
4264                 (void)pmap_demote_pte1(pmap, pte1p, va);
4265                 PMAP_UNLOCK(pmap);
4266         }
4267 small_mappings:
4268         while ((pv = TAILQ_FIRST(&m->md.pv_list)) != NULL) {
4269                 pmap = PV_PMAP(pv);
4270                 PMAP_LOCK(pmap);
4271                 pmap->pm_stats.resident_count--;
4272                 pte1p = pmap_pte1(pmap, pv->pv_va);
4273                 KASSERT(!pte1_is_section(pte1_load(pte1p)), ("%s: found "
4274                     "a 1mpage in page %p's pv list", __func__, m));
4275                 pte2p = pmap_pte2_quick(pmap, pv->pv_va);
4276                 opte2 = pte2_load_clear(pte2p);
4277                 pmap_tlb_flush(pmap, pv->pv_va);
4278                 KASSERT(pte2_is_valid(opte2), ("%s: pmap %p va %x zero pte2",
4279                     __func__, pmap, pv->pv_va));
4280                 if (pte2_is_wired(opte2))
4281                         pmap->pm_stats.wired_count--;
4282                 if (opte2 & PTE2_A)
4283                         vm_page_aflag_set(m, PGA_REFERENCED);
4284
4285                 /*
4286                  * Update the vm_page_t clean and reference bits.
4287                  */
4288                 if (pte2_is_dirty(opte2))
4289                         vm_page_dirty(m);
4290                 pmap_unuse_pt2(pmap, pv->pv_va, &free);
4291                 TAILQ_REMOVE(&m->md.pv_list, pv, pv_next);
4292                 free_pv_entry(pmap, pv);
4293                 PMAP_UNLOCK(pmap);
4294         }
4295         vm_page_aflag_clear(m, PGA_WRITEABLE);
4296         sched_unpin();
4297         rw_wunlock(&pvh_global_lock);
4298         pmap_free_zero_pages(&free);
4299 }
4300
4301 /*
4302  *  Just subroutine for pmap_remove_pages() to reasonably satisfy
4303  *  good coding style, a.k.a. 80 character line width limit hell.
4304  */
4305 static __inline void
4306 pmap_remove_pte1_quick(pmap_t pmap, pt1_entry_t pte1, pv_entry_t pv,
4307     struct spglist *free)
4308 {
4309         vm_paddr_t pa;
4310         vm_page_t m, mt, mpt2pg;
4311         struct md_page *pvh;
4312
4313         pa = pte1_pa(pte1);
4314         m = PHYS_TO_VM_PAGE(pa);
4315
4316         KASSERT(m->phys_addr == pa, ("%s: vm_page_t %p addr mismatch %#x %#x",
4317             __func__, m, m->phys_addr, pa));
4318         KASSERT((m->flags & PG_FICTITIOUS) != 0 ||
4319             m < &vm_page_array[vm_page_array_size],
4320             ("%s: bad pte1 %#x", __func__, pte1));
4321
4322         if (pte1_is_dirty(pte1)) {
4323                 for (mt = m; mt < &m[PTE1_SIZE / PAGE_SIZE]; mt++)
4324                         vm_page_dirty(mt);
4325         }
4326
4327         pmap->pm_stats.resident_count -= PTE1_SIZE / PAGE_SIZE;
4328         pvh = pa_to_pvh(pa);
4329         TAILQ_REMOVE(&pvh->pv_list, pv, pv_next);
4330         if (TAILQ_EMPTY(&pvh->pv_list)) {
4331                 for (mt = m; mt < &m[PTE1_SIZE / PAGE_SIZE]; mt++)
4332                         if (TAILQ_EMPTY(&mt->md.pv_list))
4333                                 vm_page_aflag_clear(mt, PGA_WRITEABLE);
4334         }
4335         mpt2pg = pmap_pt2_page(pmap, pv->pv_va);
4336         if (mpt2pg != NULL)
4337                 pmap_unwire_pt2_all(pmap, pv->pv_va, mpt2pg, free);
4338 }
4339
4340 /*
4341  *  Just subroutine for pmap_remove_pages() to reasonably satisfy
4342  *  good coding style, a.k.a. 80 character line width limit hell.
4343  */
4344 static __inline void
4345 pmap_remove_pte2_quick(pmap_t pmap, pt2_entry_t pte2, pv_entry_t pv,
4346     struct spglist *free)
4347 {
4348         vm_paddr_t pa;
4349         vm_page_t m;
4350         struct md_page *pvh;
4351
4352         pa = pte2_pa(pte2);
4353         m = PHYS_TO_VM_PAGE(pa);
4354
4355         KASSERT(m->phys_addr == pa, ("%s: vm_page_t %p addr mismatch %#x %#x",
4356             __func__, m, m->phys_addr, pa));
4357         KASSERT((m->flags & PG_FICTITIOUS) != 0 ||
4358             m < &vm_page_array[vm_page_array_size],
4359             ("%s: bad pte2 %#x", __func__, pte2));
4360
4361         if (pte2_is_dirty(pte2))
4362                 vm_page_dirty(m);
4363
4364         pmap->pm_stats.resident_count--;
4365         TAILQ_REMOVE(&m->md.pv_list, pv, pv_next);
4366         if (TAILQ_EMPTY(&m->md.pv_list) && (m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0) {
4367                 pvh = pa_to_pvh(pa);
4368                 if (TAILQ_EMPTY(&pvh->pv_list))
4369                         vm_page_aflag_clear(m, PGA_WRITEABLE);
4370         }
4371         pmap_unuse_pt2(pmap, pv->pv_va, free);
4372 }
4373
4374 /*
4375  *  Remove all pages from specified address space this aids process
4376  *  exit speeds. Also, this code is special cased for current process
4377  *  only, but can have the more generic (and slightly slower) mode enabled.
4378  *  This is much faster than pmap_remove in the case of running down
4379  *  an entire address space.
4380  */
4381 void
4382 pmap_remove_pages(pmap_t pmap)
4383 {
4384         pt1_entry_t *pte1p, pte1;
4385         pt2_entry_t *pte2p, pte2;
4386         pv_entry_t pv;
4387         struct pv_chunk *pc, *npc;
4388         struct spglist free;
4389         int field, idx;
4390         int32_t bit;
4391         uint32_t inuse, bitmask;
4392         boolean_t allfree;
4393
4394         /*
4395          * Assert that the given pmap is only active on the current
4396          * CPU.  Unfortunately, we cannot block another CPU from
4397          * activating the pmap while this function is executing.
4398          */
4399         KASSERT(pmap == vmspace_pmap(curthread->td_proc->p_vmspace),
4400             ("%s: non-current pmap %p", __func__, pmap));
4401 #if defined(SMP) && defined(INVARIANTS)
4402         {
4403                 cpuset_t other_cpus;
4404
4405                 sched_pin();
4406                 other_cpus = pmap->pm_active;
4407                 CPU_CLR(PCPU_GET(cpuid), &other_cpus);
4408                 sched_unpin();
4409                 KASSERT(CPU_EMPTY(&other_cpus),
4410                     ("%s: pmap %p active on other cpus", __func__, pmap));
4411         }
4412 #endif
4413         SLIST_INIT(&free);
4414         rw_wlock(&pvh_global_lock);
4415         PMAP_LOCK(pmap);
4416         sched_pin();
4417         TAILQ_FOREACH_SAFE(pc, &pmap->pm_pvchunk, pc_list, npc) {
4418                 KASSERT(pc->pc_pmap == pmap, ("%s: wrong pmap %p %p",
4419                     __func__, pmap, pc->pc_pmap));
4420                 allfree = TRUE;
4421                 for (field = 0; field < _NPCM; field++) {
4422                         inuse = (~(pc->pc_map[field])) & pc_freemask[field];
4423                         while (inuse != 0) {
4424                                 bit = ffs(inuse) - 1;
4425                                 bitmask = 1UL << bit;
4426                                 idx = field * 32 + bit;
4427                                 pv = &pc->pc_pventry[idx];
4428                                 inuse &= ~bitmask;
4429
4430                                 /*
4431                                  * Note that we cannot remove wired pages
4432                                  * from a process' mapping at this time
4433                                  */
4434                                 pte1p = pmap_pte1(pmap, pv->pv_va);
4435                                 pte1 = pte1_load(pte1p);
4436                                 if (pte1_is_section(pte1)) {
4437                                         if (pte1_is_wired(pte1))  {
4438                                                 allfree = FALSE;
4439                                                 continue;
4440                                         }
4441                                         pte1_clear(pte1p);
4442                                         pmap_remove_pte1_quick(pmap, pte1, pv,
4443                                             &free);
4444                                 }
4445                                 else if (pte1_is_link(pte1)) {
4446                                         pte2p = pt2map_entry(pv->pv_va);
4447                                         pte2 = pte2_load(pte2p);
4448
4449                                         if (!pte2_is_valid(pte2)) {
4450                                                 printf("%s: pmap %p va %#x "
4451                                                     "pte2 %#x\n", __func__,
4452                                                     pmap, pv->pv_va, pte2);
4453                                                 panic("bad pte2");
4454                                         }
4455
4456                                         if (pte2_is_wired(pte2))   {
4457                                                 allfree = FALSE;
4458                                                 continue;
4459                                         }
4460                                         pte2_clear(pte2p);
4461                                         pmap_remove_pte2_quick(pmap, pte2, pv,
4462                                             &free);
4463                                 } else {
4464                                         printf("%s: pmap %p va %#x pte1 %#x\n",
4465                                             __func__, pmap, pv->pv_va, pte1);
4466                                         panic("bad pte1");
4467                                 }
4468
4469                                 /* Mark free */
4470                                 PV_STAT(pv_entry_frees++);
4471                                 PV_STAT(pv_entry_spare++);
4472                                 pv_entry_count--;
4473                                 pc->pc_map[field] |= bitmask;
4474                         }
4475                 }
4476                 if (allfree) {
4477                         TAILQ_REMOVE(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
4478                         free_pv_chunk(pc);
4479                 }
4480         }
4481         tlb_flush_all_ng_local();
4482         sched_unpin();
4483         rw_wunlock(&pvh_global_lock);
4484         PMAP_UNLOCK(pmap);
4485         pmap_free_zero_pages(&free);
4486 }
4487
4488 /*
4489  *  This code makes some *MAJOR* assumptions:
4490  *  1. Current pmap & pmap exists.
4491  *  2. Not wired.
4492  *  3. Read access.
4493  *  4. No L2 page table pages.
4494  *  but is *MUCH* faster than pmap_enter...
4495  */
4496 static vm_page_t
4497 pmap_enter_quick_locked(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m,
4498     vm_prot_t prot, vm_page_t mpt2pg)
4499 {
4500         pt2_entry_t *pte2p, pte2;
4501         vm_paddr_t pa;
4502         struct spglist free;
4503         uint32_t l2prot;
4504
4505         KASSERT(va < kmi.clean_sva || va >= kmi.clean_eva ||
4506             (m->oflags & VPO_UNMANAGED) != 0,
4507             ("%s: managed mapping within the clean submap", __func__));
4508         rw_assert(&pvh_global_lock, RA_WLOCKED);
4509         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
4510
4511         /*
4512          * In the case that a L2 page table page is not
4513          * resident, we are creating it here.
4514          */
4515         if (va < VM_MAXUSER_ADDRESS) {
4516                 u_int pte1_idx;
4517                 pt1_entry_t pte1, *pte1p;
4518                 vm_paddr_t pt2_pa;
4519
4520                 /*
4521                  * Get L1 page table things.
4522                  */
4523                 pte1_idx = pte1_index(va);
4524                 pte1p = pmap_pte1(pmap, va);
4525                 pte1 = pte1_load(pte1p);
4526
4527                 if (mpt2pg && (mpt2pg->pindex == (pte1_idx & ~PT2PG_MASK))) {
4528                         /*
4529                          * Each of NPT2_IN_PG L2 page tables on the page can
4530                          * come here. Make sure that associated L1 page table
4531                          * link is established.
4532                          *
4533                          * QQQ: It comes that we don't establish all links to
4534                          *      L2 page tables for newly allocated L2 page
4535                          *      tables page.
4536                          */
4537                         KASSERT(!pte1_is_section(pte1),
4538                             ("%s: pte1 %#x is section", __func__, pte1));
4539                         if (!pte1_is_link(pte1)) {
4540                                 pt2_pa = page_pt2pa(VM_PAGE_TO_PHYS(mpt2pg),
4541                                     pte1_idx);
4542                                 pte1_store(pte1p, PTE1_LINK(pt2_pa));
4543                         }
4544                         pt2_wirecount_inc(mpt2pg, pte1_idx);
4545                 } else {
4546                         /*
4547                          * If the L2 page table page is mapped, we just
4548                          * increment the hold count, and activate it.
4549                          */
4550                         if (pte1_is_section(pte1)) {
4551                                 return (NULL);
4552                         } else if (pte1_is_link(pte1)) {
4553                                 mpt2pg = PHYS_TO_VM_PAGE(pte1_link_pa(pte1));
4554                                 pt2_wirecount_inc(mpt2pg, pte1_idx);
4555                         } else {
4556                                 mpt2pg = _pmap_allocpte2(pmap, va,
4557                                     PMAP_ENTER_NOSLEEP);
4558                                 if (mpt2pg == NULL)
4559                                         return (NULL);
4560                         }
4561                 }
4562         } else {
4563                 mpt2pg = NULL;
4564         }
4565
4566         /*
4567          * This call to pt2map_entry() makes the assumption that we are
4568          * entering the page into the current pmap.  In order to support
4569          * quick entry into any pmap, one would likely use pmap_pte2_quick().
4570          * But that isn't as quick as pt2map_entry().
4571          */
4572         pte2p = pt2map_entry(va);
4573         pte2 = pte2_load(pte2p);
4574         if (pte2_is_valid(pte2)) {
4575                 if (mpt2pg != NULL) {
4576                         /*
4577                          * Remove extra pte2 reference
4578                          */
4579                         pt2_wirecount_dec(mpt2pg, pte1_index(va));
4580                         mpt2pg = NULL;
4581                 }
4582                 return (NULL);
4583         }
4584
4585         /*
4586          * Enter on the PV list if part of our managed memory.
4587          */
4588         if ((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0 &&
4589             !pmap_try_insert_pv_entry(pmap, va, m)) {
4590                 if (mpt2pg != NULL) {
4591                         SLIST_INIT(&free);
4592                         if (pmap_unwire_pt2(pmap, va, mpt2pg, &free)) {
4593                                 pmap_tlb_flush(pmap, va);
4594                                 pmap_free_zero_pages(&free);
4595                         }
4596
4597                         mpt2pg = NULL;
4598                 }
4599                 return (NULL);
4600         }
4601
4602         /*
4603          * Increment counters
4604          */
4605         pmap->pm_stats.resident_count++;
4606
4607         /*
4608          * Now validate mapping with RO protection
4609          */
4610         pa = VM_PAGE_TO_PHYS(m);
4611         l2prot = PTE2_RO | PTE2_NM;
4612         if (va < VM_MAXUSER_ADDRESS)
4613                 l2prot |= PTE2_U | PTE2_NG;
4614         if ((prot & VM_PROT_EXECUTE) == 0)
4615                 l2prot |= PTE2_NX;
4616         else if (m->md.pat_mode == VM_MEMATTR_WB_WA && pmap != kernel_pmap) {
4617                 /*
4618                  * Sync icache if exec permission and attribute VM_MEMATTR_WB_WA
4619                  * is set. QQQ: For more info, see comments in pmap_enter().
4620                  */
4621                 cache_icache_sync_fresh(va, pa, PAGE_SIZE);
4622         }
4623         pte2_store(pte2p, PTE2(pa, l2prot, vm_page_pte2_attr(m)));
4624
4625         return (mpt2pg);
4626 }
4627
4628 void
4629 pmap_enter_quick(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m, vm_prot_t prot)
4630 {
4631
4632         rw_wlock(&pvh_global_lock);
4633         PMAP_LOCK(pmap);
4634         (void)pmap_enter_quick_locked(pmap, va, m, prot, NULL);
4635         rw_wunlock(&pvh_global_lock);
4636         PMAP_UNLOCK(pmap);
4637 }
4638
4639 /*
4640  *  Tries to create 1MB page mapping.  Returns TRUE if successful and
4641  *  FALSE otherwise.  Fails if (1) a page table page cannot be allocated without
4642  *  blocking, (2) a mapping already exists at the specified virtual address, or
4643  *  (3) a pv entry cannot be allocated without reclaiming another pv entry.
4644  */
4645 static boolean_t
4646 pmap_enter_pte1(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m, vm_prot_t prot)
4647 {
4648         pt1_entry_t *pte1p;
4649         vm_paddr_t pa;
4650         uint32_t l1prot;
4651
4652         rw_assert(&pvh_global_lock, RA_WLOCKED);
4653         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
4654         pte1p = pmap_pte1(pmap, va);
4655         if (pte1_is_valid(pte1_load(pte1p))) {
4656                 CTR3(KTR_PMAP, "%s: failure for va %#lx in pmap %p", __func__,
4657                     va, pmap);
4658                 return (FALSE);
4659         }
4660         if ((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0) {
4661                 /*
4662                  * Abort this mapping if its PV entry could not be created.
4663                  */
4664                 if (!pmap_pv_insert_pte1(pmap, va, VM_PAGE_TO_PHYS(m))) {
4665                         CTR3(KTR_PMAP, "%s: failure for va %#lx in pmap %p",
4666                             __func__, va, pmap);
4667                         return (FALSE);
4668                 }
4669         }
4670         /*
4671          * Increment counters.
4672          */
4673         pmap->pm_stats.resident_count += PTE1_SIZE / PAGE_SIZE;
4674
4675         /*
4676          * Map the section.
4677          *
4678          * QQQ: Why VM_PROT_WRITE is not evaluated and the mapping is
4679          *      made readonly?
4680          */
4681         pa = VM_PAGE_TO_PHYS(m);
4682         l1prot = PTE1_RO | PTE1_NM;
4683         if (va < VM_MAXUSER_ADDRESS)
4684                 l1prot |= PTE1_U | PTE1_NG;
4685         if ((prot & VM_PROT_EXECUTE) == 0)
4686                 l1prot |= PTE1_NX;
4687         else if (m->md.pat_mode == VM_MEMATTR_WB_WA && pmap != kernel_pmap) {
4688                 /*
4689                  * Sync icache if exec permission and attribute VM_MEMATTR_WB_WA
4690                  * is set. QQQ: For more info, see comments in pmap_enter().
4691                  */
4692                 cache_icache_sync_fresh(va, pa, PTE1_SIZE);
4693         }
4694         pte1_store(pte1p, PTE1(pa, l1prot, ATTR_TO_L1(vm_page_pte2_attr(m))));
4695
4696         pmap_pte1_mappings++;
4697         CTR3(KTR_PMAP, "%s: success for va %#lx in pmap %p", __func__, va,
4698             pmap);
4699         return (TRUE);
4700 }
4701
4702 /*
4703  *  Maps a sequence of resident pages belonging to the same object.
4704  *  The sequence begins with the given page m_start.  This page is
4705  *  mapped at the given virtual address start.  Each subsequent page is
4706  *  mapped at a virtual address that is offset from start by the same
4707  *  amount as the page is offset from m_start within the object.  The
4708  *  last page in the sequence is the page with the largest offset from
4709  *  m_start that can be mapped at a virtual address less than the given
4710  *  virtual address end.  Not every virtual page between start and end
4711  *  is mapped; only those for which a resident page exists with the
4712  *  corresponding offset from m_start are mapped.
4713  */
4714 void
4715 pmap_enter_object(pmap_t pmap, vm_offset_t start, vm_offset_t end,
4716     vm_page_t m_start, vm_prot_t prot)
4717 {
4718         vm_offset_t va;
4719         vm_page_t m, mpt2pg;
4720         vm_pindex_t diff, psize;
4721
4722         PDEBUG(6, printf("%s: pmap %p start %#x end  %#x m %p prot %#x\n",
4723             __func__, pmap, start, end, m_start, prot));
4724
4725         VM_OBJECT_ASSERT_LOCKED(m_start->object);
4726         psize = atop(end - start);
4727         mpt2pg = NULL;
4728         m = m_start;
4729         rw_wlock(&pvh_global_lock);
4730         PMAP_LOCK(pmap);
4731         while (m != NULL && (diff = m->pindex - m_start->pindex) < psize) {
4732                 va = start + ptoa(diff);
4733                 if ((va & PTE1_OFFSET) == 0 && va + PTE1_SIZE <= end &&
4734                     m->psind == 1 && sp_enabled &&
4735                     pmap_enter_pte1(pmap, va, m, prot))
4736                         m = &m[PTE1_SIZE / PAGE_SIZE - 1];
4737                 else
4738                         mpt2pg = pmap_enter_quick_locked(pmap, va, m, prot,
4739                             mpt2pg);
4740                 m = TAILQ_NEXT(m, listq);
4741         }
4742         rw_wunlock(&pvh_global_lock);
4743         PMAP_UNLOCK(pmap);
4744 }
4745
4746 /*
4747  *  This code maps large physical mmap regions into the
4748  *  processor address space.  Note that some shortcuts
4749  *  are taken, but the code works.
4750  */
4751 void
4752 pmap_object_init_pt(pmap_t pmap, vm_offset_t addr, vm_object_t object,
4753     vm_pindex_t pindex, vm_size_t size)
4754 {
4755         pt1_entry_t *pte1p;
4756         vm_paddr_t pa, pte2_pa;
4757         vm_page_t p;
4758         vm_memattr_t pat_mode;
4759         u_int l1attr, l1prot;
4760
4761         VM_OBJECT_ASSERT_WLOCKED(object);
4762         KASSERT(object->type == OBJT_DEVICE || object->type == OBJT_SG,
4763             ("%s: non-device object", __func__));
4764         if ((addr & PTE1_OFFSET) == 0 && (size & PTE1_OFFSET) == 0) {
4765                 if (!vm_object_populate(object, pindex, pindex + atop(size)))
4766                         return;
4767                 p = vm_page_lookup(object, pindex);
4768                 KASSERT(p->valid == VM_PAGE_BITS_ALL,
4769                     ("%s: invalid page %p", __func__, p));
4770                 pat_mode = p->md.pat_mode;
4771
4772                 /*
4773                  * Abort the mapping if the first page is not physically
4774                  * aligned to a 1MB page boundary.
4775                  */
4776                 pte2_pa = VM_PAGE_TO_PHYS(p);
4777                 if (pte2_pa & PTE1_OFFSET)
4778                         return;
4779
4780                 /*
4781                  * Skip the first page. Abort the mapping if the rest of
4782                  * the pages are not physically contiguous or have differing
4783                  * memory attributes.
4784                  */
4785                 p = TAILQ_NEXT(p, listq);
4786                 for (pa = pte2_pa + PAGE_SIZE; pa < pte2_pa + size;
4787                     pa += PAGE_SIZE) {
4788                         KASSERT(p->valid == VM_PAGE_BITS_ALL,
4789                             ("%s: invalid page %p", __func__, p));
4790                         if (pa != VM_PAGE_TO_PHYS(p) ||
4791                             pat_mode != p->md.pat_mode)
4792                                 return;
4793                         p = TAILQ_NEXT(p, listq);
4794                 }
4795
4796                 /*
4797                  * Map using 1MB pages.
4798                  *
4799                  * QQQ: Well, we are mapping a section, so same condition must
4800                  * be hold like during promotion. It looks that only RW mapping
4801                  * is done here, so readonly mapping must be done elsewhere.
4802                  */
4803                 l1prot = PTE1_U | PTE1_NG | PTE1_RW | PTE1_M | PTE1_A;
4804                 l1attr = ATTR_TO_L1(vm_memattr_to_pte2(pat_mode));
4805                 PMAP_LOCK(pmap);
4806                 for (pa = pte2_pa; pa < pte2_pa + size; pa += PTE1_SIZE) {
4807                         pte1p = pmap_pte1(pmap, addr);
4808                         if (!pte1_is_valid(pte1_load(pte1p))) {
4809                                 pte1_store(pte1p, PTE1(pa, l1prot, l1attr));
4810                                 pmap->pm_stats.resident_count += PTE1_SIZE /
4811                                     PAGE_SIZE;
4812                                 pmap_pte1_mappings++;
4813                         }
4814                         /* Else continue on if the PTE1 is already valid. */
4815                         addr += PTE1_SIZE;
4816                 }
4817                 PMAP_UNLOCK(pmap);
4818         }
4819 }
4820
4821 /*
4822  *  Do the things to protect a 1mpage in a process.
4823  */
4824 static void
4825 pmap_protect_pte1(pmap_t pmap, pt1_entry_t *pte1p, vm_offset_t sva,
4826     vm_prot_t prot)
4827 {
4828         pt1_entry_t npte1, opte1;
4829         vm_offset_t eva, va;
4830         vm_page_t m;
4831
4832         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
4833         KASSERT((sva & PTE1_OFFSET) == 0,
4834             ("%s: sva is not 1mpage aligned", __func__));
4835
4836         opte1 = npte1 = pte1_load(pte1p);
4837         if (pte1_is_managed(opte1) && pte1_is_dirty(opte1)) {
4838                 eva = sva + PTE1_SIZE;
4839                 for (va = sva, m = PHYS_TO_VM_PAGE(pte1_pa(opte1));
4840                     va < eva; va += PAGE_SIZE, m++)
4841                         vm_page_dirty(m);
4842         }
4843         if ((prot & VM_PROT_WRITE) == 0)
4844                 npte1 |= PTE1_RO | PTE1_NM;
4845         if ((prot & VM_PROT_EXECUTE) == 0)
4846                 npte1 |= PTE1_NX;
4847
4848         /*
4849          * QQQ: Herein, execute permission is never set.
4850          *      It only can be cleared. So, no icache
4851          *      syncing is needed.
4852          */
4853
4854         if (npte1 != opte1) {
4855                 pte1_store(pte1p, npte1);
4856                 pmap_tlb_flush(pmap, sva);
4857         }
4858 }
4859
4860 /*
4861  *      Set the physical protection on the
4862  *      specified range of this map as requested.
4863  */
4864 void
4865 pmap_protect(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva, vm_prot_t prot)
4866 {
4867         boolean_t pv_lists_locked;
4868         vm_offset_t nextva;
4869         pt1_entry_t *pte1p, pte1;
4870         pt2_entry_t *pte2p, opte2, npte2;
4871
4872         KASSERT((prot & ~VM_PROT_ALL) == 0, ("invalid prot %x", prot));
4873         if (prot == VM_PROT_NONE) {
4874                 pmap_remove(pmap, sva, eva);
4875                 return;
4876         }
4877
4878         if ((prot & (VM_PROT_WRITE | VM_PROT_EXECUTE)) ==
4879             (VM_PROT_WRITE | VM_PROT_EXECUTE))
4880                 return;
4881
4882         if (pmap_is_current(pmap))
4883                 pv_lists_locked = FALSE;
4884         else {
4885                 pv_lists_locked = TRUE;
4886 resume:
4887                 rw_wlock(&pvh_global_lock);
4888                 sched_pin();
4889         }
4890
4891         PMAP_LOCK(pmap);
4892         for (; sva < eva; sva = nextva) {
4893                 /*
4894                  * Calculate address for next L2 page table.
4895                  */
4896                 nextva = pte1_trunc(sva + PTE1_SIZE);
4897                 if (nextva < sva)
4898                         nextva = eva;
4899
4900                 pte1p = pmap_pte1(pmap, sva);
4901                 pte1 = pte1_load(pte1p);
4902
4903                 /*
4904                  * Weed out invalid mappings. Note: we assume that L1 page
4905                  * page table is always allocated, and in kernel virtual.
4906                  */
4907                 if (pte1 == 0)
4908                         continue;
4909
4910                 if (pte1_is_section(pte1)) {
4911                         /*
4912                          * Are we protecting the entire large page?  If not,
4913                          * demote the mapping and fall through.
4914                          */
4915                         if (sva + PTE1_SIZE == nextva && eva >= nextva) {
4916                                 pmap_protect_pte1(pmap, pte1p, sva, prot);
4917                                 continue;
4918                         } else {
4919                                 if (!pv_lists_locked) {
4920                                         pv_lists_locked = TRUE;
4921                                         if (!rw_try_wlock(&pvh_global_lock)) {
4922                                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
4923                                                 goto resume;
4924                                         }
4925                                         sched_pin();
4926                                 }
4927                                 if (!pmap_demote_pte1(pmap, pte1p, sva)) {
4928                                         /*
4929                                          * The large page mapping
4930                                          * was destroyed.
4931                                          */
4932                                         continue;
4933                                 }
4934 #ifdef INVARIANTS
4935                                 else {
4936                                         /* Update pte1 after demotion */
4937                                         pte1 = pte1_load(pte1p);
4938                                 }
4939 #endif
4940                         }
4941                 }
4942
4943                 KASSERT(pte1_is_link(pte1), ("%s: pmap %p va %#x pte1 %#x at %p"
4944                     " is not link", __func__, pmap, sva, pte1, pte1p));
4945
4946                 /*
4947                  * Limit our scan to either the end of the va represented
4948                  * by the current L2 page table page, or to the end of the
4949                  * range being protected.
4950                  */
4951                 if (nextva > eva)
4952                         nextva = eva;
4953
4954                 for (pte2p = pmap_pte2_quick(pmap, sva); sva != nextva; pte2p++,
4955                     sva += PAGE_SIZE) {
4956                         vm_page_t m;
4957
4958                         opte2 = npte2 = pte2_load(pte2p);
4959                         if (!pte2_is_valid(opte2))
4960                                 continue;
4961
4962                         if ((prot & VM_PROT_WRITE) == 0) {
4963                                 if (pte2_is_managed(opte2) &&
4964                                     pte2_is_dirty(opte2)) {
4965                                         m = PHYS_TO_VM_PAGE(pte2_pa(opte2));
4966                                         vm_page_dirty(m);
4967                                 }
4968                                 npte2 |= PTE2_RO | PTE2_NM;
4969                         }
4970
4971                         if ((prot & VM_PROT_EXECUTE) == 0)
4972                                 npte2 |= PTE2_NX;
4973
4974                         /*
4975                          * QQQ: Herein, execute permission is never set.
4976                          *      It only can be cleared. So, no icache
4977                          *      syncing is needed.
4978                          */
4979
4980                         if (npte2 != opte2) {
4981                                 pte2_store(pte2p, npte2);
4982                                 pmap_tlb_flush(pmap, sva);
4983                         }
4984                 }
4985         }
4986         if (pv_lists_locked) {
4987                 sched_unpin();
4988                 rw_wunlock(&pvh_global_lock);
4989         }
4990         PMAP_UNLOCK(pmap);
4991 }
4992
4993 /*
4994  *      pmap_pvh_wired_mappings:
4995  *
4996  *      Return the updated number "count" of managed mappings that are wired.
4997  */
4998 static int
4999 pmap_pvh_wired_mappings(struct md_page *pvh, int count)
5000 {
5001         pmap_t pmap;
5002         pt1_entry_t pte1;
5003         pt2_entry_t pte2;
5004         pv_entry_t pv;
5005
5006         rw_assert(&pvh_global_lock, RA_WLOCKED);
5007         sched_pin();
5008         TAILQ_FOREACH(pv, &pvh->pv_list, pv_next) {
5009                 pmap = PV_PMAP(pv);
5010                 PMAP_LOCK(pmap);
5011                 pte1 = pte1_load(pmap_pte1(pmap, pv->pv_va));
5012                 if (pte1_is_section(pte1)) {
5013                         if (pte1_is_wired(pte1))
5014                                 count++;
5015                 } else {
5016                         KASSERT(pte1_is_link(pte1),
5017                             ("%s: pte1 %#x is not link", __func__, pte1));
5018                         pte2 = pte2_load(pmap_pte2_quick(pmap, pv->pv_va));
5019                         if (pte2_is_wired(pte2))
5020                                 count++;
5021                 }
5022                 PMAP_UNLOCK(pmap);
5023         }
5024         sched_unpin();
5025         return (count);
5026 }
5027
5028 /*
5029  *      pmap_page_wired_mappings:
5030  *
5031  *      Return the number of managed mappings to the given physical page
5032  *      that are wired.
5033  */
5034 int
5035 pmap_page_wired_mappings(vm_page_t m)
5036 {
5037         int count;
5038
5039         count = 0;
5040         if ((m->oflags & VPO_UNMANAGED) != 0)
5041                 return (count);
5042         rw_wlock(&pvh_global_lock);
5043         count = pmap_pvh_wired_mappings(&m->md, count);
5044         if ((m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0) {
5045                 count = pmap_pvh_wired_mappings(pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m)),
5046                     count);
5047         }
5048         rw_wunlock(&pvh_global_lock);
5049         return (count);
5050 }
5051
5052 /*
5053  *  Returns TRUE if any of the given mappings were used to modify
5054  *  physical memory.  Otherwise, returns FALSE.  Both page and 1mpage
5055  *  mappings are supported.
5056  */
5057 static boolean_t
5058 pmap_is_modified_pvh(struct md_page *pvh)
5059 {
5060         pv_entry_t pv;
5061         pt1_entry_t pte1;
5062         pt2_entry_t pte2;
5063         pmap_t pmap;
5064         boolean_t rv;
5065
5066         rw_assert(&pvh_global_lock, RA_WLOCKED);
5067         rv = FALSE;
5068         sched_pin();
5069         TAILQ_FOREACH(pv, &pvh->pv_list, pv_next) {
5070                 pmap = PV_PMAP(pv);
5071                 PMAP_LOCK(pmap);
5072                 pte1 = pte1_load(pmap_pte1(pmap, pv->pv_va));
5073                 if (pte1_is_section(pte1)) {
5074                         rv = pte1_is_dirty(pte1);
5075                 } else {
5076                         KASSERT(pte1_is_link(pte1),
5077                             ("%s: pte1 %#x is not link", __func__, pte1));
5078                         pte2 = pte2_load(pmap_pte2_quick(pmap, pv->pv_va));
5079                         rv = pte2_is_dirty(pte2);
5080                 }
5081                 PMAP_UNLOCK(pmap);
5082                 if (rv)
5083                         break;
5084         }
5085         sched_unpin();
5086         return (rv);
5087 }
5088
5089 /*
5090  *      pmap_is_modified:
5091  *
5092  *      Return whether or not the specified physical page was modified
5093  *      in any physical maps.
5094  */
5095 boolean_t
5096 pmap_is_modified(vm_page_t m)
5097 {
5098         boolean_t rv;
5099
5100         KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
5101             ("%s: page %p is not managed", __func__, m));
5102
5103         /*
5104          * If the page is not exclusive busied, then PGA_WRITEABLE cannot be
5105          * concurrently set while the object is locked.  Thus, if PGA_WRITEABLE
5106          * is clear, no PTE2s can have PG_M set.
5107          */
5108         VM_OBJECT_ASSERT_WLOCKED(m->object);
5109         if (!vm_page_xbusied(m) && (m->aflags & PGA_WRITEABLE) == 0)
5110                 return (FALSE);
5111         rw_wlock(&pvh_global_lock);
5112         rv = pmap_is_modified_pvh(&m->md) ||
5113             ((m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0 &&
5114             pmap_is_modified_pvh(pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m))));
5115         rw_wunlock(&pvh_global_lock);
5116         return (rv);
5117 }
5118
5119 /*
5120  *      pmap_is_prefaultable:
5121  *
5122  *      Return whether or not the specified virtual address is eligible
5123  *      for prefault.
5124  */
5125 boolean_t
5126 pmap_is_prefaultable(pmap_t pmap, vm_offset_t addr)
5127 {
5128         pt1_entry_t pte1;
5129         pt2_entry_t pte2;
5130         boolean_t rv;
5131
5132         rv = FALSE;
5133         PMAP_LOCK(pmap);
5134         pte1 = pte1_load(pmap_pte1(pmap, addr));
5135         if (pte1_is_link(pte1)) {
5136                 pte2 = pte2_load(pt2map_entry(addr));
5137                 rv = !pte2_is_valid(pte2) ;
5138         }
5139         PMAP_UNLOCK(pmap);
5140         return (rv);
5141 }
5142
5143 /*
5144  *  Returns TRUE if any of the given mappings were referenced and FALSE
5145  *  otherwise. Both page and 1mpage mappings are supported.
5146  */
5147 static boolean_t
5148 pmap_is_referenced_pvh(struct md_page *pvh)
5149 {
5150
5151         pv_entry_t pv;
5152         pt1_entry_t pte1;
5153         pt2_entry_t pte2;
5154         pmap_t pmap;
5155         boolean_t rv;
5156
5157         rw_assert(&pvh_global_lock, RA_WLOCKED);
5158         rv = FALSE;
5159         sched_pin();
5160         TAILQ_FOREACH(pv, &pvh->pv_list, pv_next) {
5161                 pmap = PV_PMAP(pv);
5162                 PMAP_LOCK(pmap);
5163                 pte1 = pte1_load(pmap_pte1(pmap, pv->pv_va));
5164                 if (pte1_is_section(pte1)) {
5165                         rv = (pte1 & (PTE1_A | PTE1_V)) == (PTE1_A | PTE1_V);
5166                 } else {
5167                         pte2 = pte2_load(pmap_pte2_quick(pmap, pv->pv_va));
5168                         rv = (pte2 & (PTE2_A | PTE2_V)) == (PTE2_A | PTE2_V);
5169                 }
5170                 PMAP_UNLOCK(pmap);
5171                 if (rv)
5172                         break;
5173         }
5174         sched_unpin();
5175         return (rv);
5176 }
5177
5178 /*
5179  *      pmap_is_referenced:
5180  *
5181  *      Return whether or not the specified physical page was referenced
5182  *      in any physical maps.
5183  */
5184 boolean_t
5185 pmap_is_referenced(vm_page_t m)
5186 {
5187         boolean_t rv;
5188
5189         KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
5190             ("%s: page %p is not managed", __func__, m));
5191         rw_wlock(&pvh_global_lock);
5192         rv = pmap_is_referenced_pvh(&m->md) ||
5193             ((m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0 &&
5194             pmap_is_referenced_pvh(pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m))));
5195         rw_wunlock(&pvh_global_lock);
5196         return (rv);
5197 }
5198
5199 /*
5200  *      pmap_ts_referenced:
5201  *
5202  *      Return a count of reference bits for a page, clearing those bits.
5203  *      It is not necessary for every reference bit to be cleared, but it
5204  *      is necessary that 0 only be returned when there are truly no
5205  *      reference bits set.
5206  *
5207  *      As an optimization, update the page's dirty field if a modified bit is
5208  *      found while counting reference bits.  This opportunistic update can be
5209  *      performed at low cost and can eliminate the need for some future calls
5210  *      to pmap_is_modified().  However, since this function stops after
5211  *      finding PMAP_TS_REFERENCED_MAX reference bits, it may not detect some
5212  *      dirty pages.  Those dirty pages will only be detected by a future call
5213  *      to pmap_is_modified().
5214  */
5215 int
5216 pmap_ts_referenced(vm_page_t m)
5217 {
5218         struct md_page *pvh;
5219         pv_entry_t pv, pvf;
5220         pmap_t pmap;
5221         pt1_entry_t  *pte1p, opte1;
5222         pt2_entry_t *pte2p, opte2;
5223         vm_paddr_t pa;
5224         int rtval = 0;
5225
5226         KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
5227             ("%s: page %p is not managed", __func__, m));
5228         pa = VM_PAGE_TO_PHYS(m);
5229         pvh = pa_to_pvh(pa);
5230         rw_wlock(&pvh_global_lock);
5231         sched_pin();
5232         if ((m->flags & PG_FICTITIOUS) != 0 ||
5233             (pvf = TAILQ_FIRST(&pvh->pv_list)) == NULL)
5234                 goto small_mappings;
5235         pv = pvf;
5236         do {
5237                 pmap = PV_PMAP(pv);
5238                 PMAP_LOCK(pmap);
5239                 pte1p = pmap_pte1(pmap, pv->pv_va);
5240                 opte1 = pte1_load(pte1p);
5241                 if (pte1_is_dirty(opte1)) {
5242                         /*
5243                          * Although "opte1" is mapping a 1MB page, because
5244                          * this function is called at a 4KB page granularity,
5245                          * we only update the 4KB page under test.
5246                          */
5247                         vm_page_dirty(m);
5248                 }
5249                 if ((opte1 & PTE1_A) != 0) {
5250                         /*
5251                          * Since this reference bit is shared by 256 4KB pages,
5252                          * it should not be cleared every time it is tested.
5253                          * Apply a simple "hash" function on the physical page
5254                          * number, the virtual section number, and the pmap
5255                          * address to select one 4KB page out of the 256
5256                          * on which testing the reference bit will result
5257                          * in clearing that bit. This function is designed
5258                          * to avoid the selection of the same 4KB page
5259                          * for every 1MB page mapping.
5260                          *
5261                          * On demotion, a mapping that hasn't been referenced
5262                          * is simply destroyed.  To avoid the possibility of a
5263                          * subsequent page fault on a demoted wired mapping,
5264                          * always leave its reference bit set.  Moreover,
5265                          * since the section is wired, the current state of
5266                          * its reference bit won't affect page replacement.
5267                          */
5268                          if ((((pa >> PAGE_SHIFT) ^ (pv->pv_va >> PTE1_SHIFT) ^
5269                             (uintptr_t)pmap) & (NPTE2_IN_PG - 1)) == 0 &&
5270                             !pte1_is_wired(opte1)) {
5271                                 pte1_clear_bit(pte1p, PTE1_A);
5272                                 pmap_tlb_flush(pmap, pv->pv_va);
5273                         }
5274                         rtval++;
5275                 }
5276                 PMAP_UNLOCK(pmap);
5277                 /* Rotate the PV list if it has more than one entry. */
5278                 if (TAILQ_NEXT(pv, pv_next) != NULL) {
5279                         TAILQ_REMOVE(&pvh->pv_list, pv, pv_next);
5280                         TAILQ_INSERT_TAIL(&pvh->pv_list, pv, pv_next);
5281                 }
5282                 if (rtval >= PMAP_TS_REFERENCED_MAX)
5283                         goto out;
5284         } while ((pv = TAILQ_FIRST(&pvh->pv_list)) != pvf);
5285 small_mappings:
5286         if ((pvf = TAILQ_FIRST(&m->md.pv_list)) == NULL)
5287                 goto out;
5288         pv = pvf;
5289         do {
5290                 pmap = PV_PMAP(pv);
5291                 PMAP_LOCK(pmap);
5292                 pte1p = pmap_pte1(pmap, pv->pv_va);
5293                 KASSERT(pte1_is_link(pte1_load(pte1p)),
5294                     ("%s: not found a link in page %p's pv list", __func__, m));
5295
5296                 pte2p = pmap_pte2_quick(pmap, pv->pv_va);
5297                 opte2 = pte2_load(pte2p);
5298                 if (pte2_is_dirty(opte2))
5299                         vm_page_dirty(m);
5300                 if ((opte2 & PTE2_A) != 0) {
5301                         pte2_clear_bit(pte2p, PTE2_A);
5302                         pmap_tlb_flush(pmap, pv->pv_va);
5303                         rtval++;
5304                 }
5305                 PMAP_UNLOCK(pmap);
5306                 /* Rotate the PV list if it has more than one entry. */
5307                 if (TAILQ_NEXT(pv, pv_next) != NULL) {
5308                         TAILQ_REMOVE(&m->md.pv_list, pv, pv_next);
5309                         TAILQ_INSERT_TAIL(&m->md.pv_list, pv, pv_next);
5310                 }
5311         } while ((pv = TAILQ_FIRST(&m->md.pv_list)) != pvf && rtval <
5312             PMAP_TS_REFERENCED_MAX);
5313 out:
5314         sched_unpin();
5315         rw_wunlock(&pvh_global_lock);
5316         return (rtval);
5317 }
5318
5319 /*
5320  *      Clear the wired attribute from the mappings for the specified range of
5321  *      addresses in the given pmap.  Every valid mapping within that range
5322  *      must have the wired attribute set.  In contrast, invalid mappings
5323  *      cannot have the wired attribute set, so they are ignored.
5324  *
5325  *      The wired attribute of the page table entry is not a hardware feature,
5326  *      so there is no need to invalidate any TLB entries.
5327  */
5328 void
5329 pmap_unwire(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
5330 {
5331         vm_offset_t nextva;
5332         pt1_entry_t *pte1p, pte1;
5333         pt2_entry_t *pte2p, pte2;
5334         boolean_t pv_lists_locked;
5335
5336         if (pmap_is_current(pmap))
5337                 pv_lists_locked = FALSE;
5338         else {
5339                 pv_lists_locked = TRUE;
5340 resume:
5341                 rw_wlock(&pvh_global_lock);
5342                 sched_pin();
5343         }
5344         PMAP_LOCK(pmap);
5345         for (; sva < eva; sva = nextva) {
5346                 nextva = pte1_trunc(sva + PTE1_SIZE);
5347                 if (nextva < sva)
5348                         nextva = eva;
5349
5350                 pte1p = pmap_pte1(pmap, sva);
5351                 pte1 = pte1_load(pte1p);
5352
5353                 /*
5354                  * Weed out invalid mappings. Note: we assume that L1 page
5355                  * page table is always allocated, and in kernel virtual.
5356                  */
5357                 if (pte1 == 0)
5358                         continue;
5359
5360                 if (pte1_is_section(pte1)) {
5361                         if (!pte1_is_wired(pte1))
5362                                 panic("%s: pte1 %#x not wired", __func__, pte1);
5363
5364                         /*
5365                          * Are we unwiring the entire large page?  If not,
5366                          * demote the mapping and fall through.
5367                          */
5368                         if (sva + PTE1_SIZE == nextva && eva >= nextva) {
5369                                 pte1_clear_bit(pte1p, PTE1_W);
5370                                 pmap->pm_stats.wired_count -= PTE1_SIZE /
5371                                     PAGE_SIZE;
5372                                 continue;
5373                         } else {
5374                                 if (!pv_lists_locked) {
5375                                         pv_lists_locked = TRUE;
5376                                         if (!rw_try_wlock(&pvh_global_lock)) {
5377                                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
5378                                                 /* Repeat sva. */
5379                                                 goto resume;
5380                                         }
5381                                         sched_pin();
5382                                 }
5383                                 if (!pmap_demote_pte1(pmap, pte1p, sva))
5384                                         panic("%s: demotion failed", __func__);
5385 #ifdef INVARIANTS
5386                                 else {
5387                                         /* Update pte1 after demotion */
5388                                         pte1 = pte1_load(pte1p);
5389                                 }
5390 #endif
5391                         }
5392                 }
5393
5394                 KASSERT(pte1_is_link(pte1), ("%s: pmap %p va %#x pte1 %#x at %p"
5395                     " is not link", __func__, pmap, sva, pte1, pte1p));
5396
5397                 /*
5398                  * Limit our scan to either the end of the va represented
5399                  * by the current L2 page table page, or to the end of the
5400                  * range being protected.
5401                  */
5402                 if (nextva > eva)
5403                         nextva = eva;
5404
5405                 for (pte2p = pmap_pte2_quick(pmap, sva); sva != nextva; pte2p++,
5406                     sva += PAGE_SIZE) {
5407                         pte2 = pte2_load(pte2p);
5408                         if (!pte2_is_valid(pte2))
5409                                 continue;
5410                         if (!pte2_is_wired(pte2))
5411                                 panic("%s: pte2 %#x is missing PTE2_W",
5412                                     __func__, pte2);
5413
5414                         /*
5415                          * PTE2_W must be cleared atomically. Although the pmap
5416                          * lock synchronizes access to PTE2_W, another processor
5417                          * could be changing PTE2_NM and/or PTE2_A concurrently.
5418                          */
5419                         pte2_clear_bit(pte2p, PTE2_W);
5420                         pmap->pm_stats.wired_count--;
5421                 }
5422         }
5423         if (pv_lists_locked) {
5424                 sched_unpin();
5425                 rw_wunlock(&pvh_global_lock);
5426         }
5427         PMAP_UNLOCK(pmap);
5428 }
5429
5430 /*
5431  *  Clear the write and modified bits in each of the given page's mappings.
5432  */
5433 void
5434 pmap_remove_write(vm_page_t m)
5435 {
5436         struct md_page *pvh;
5437         pv_entry_t next_pv, pv;
5438         pmap_t pmap;
5439         pt1_entry_t *pte1p;
5440         pt2_entry_t *pte2p, opte2;
5441         vm_offset_t va;
5442
5443         KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
5444             ("%s: page %p is not managed", __func__, m));
5445
5446         /*
5447          * If the page is not exclusive busied, then PGA_WRITEABLE cannot be
5448          * set by another thread while the object is locked.  Thus,
5449          * if PGA_WRITEABLE is clear, no page table entries need updating.
5450          */
5451         VM_OBJECT_ASSERT_WLOCKED(m->object);
5452         if (!vm_page_xbusied(m) && (m->aflags & PGA_WRITEABLE) == 0)
5453                 return;
5454         rw_wlock(&pvh_global_lock);
5455         sched_pin();
5456         if ((m->flags & PG_FICTITIOUS) != 0)
5457                 goto small_mappings;
5458         pvh = pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
5459         TAILQ_FOREACH_SAFE(pv, &pvh->pv_list, pv_next, next_pv) {
5460                 va = pv->pv_va;
5461                 pmap = PV_PMAP(pv);
5462                 PMAP_LOCK(pmap);
5463                 pte1p = pmap_pte1(pmap, va);
5464                 if (!(pte1_load(pte1p) & PTE1_RO))
5465                         (void)pmap_demote_pte1(pmap, pte1p, va);
5466                 PMAP_UNLOCK(pmap);
5467         }
5468 small_mappings:
5469         TAILQ_FOREACH(pv, &m->md.pv_list, pv_next) {
5470                 pmap = PV_PMAP(pv);
5471                 PMAP_LOCK(pmap);
5472                 pte1p = pmap_pte1(pmap, pv->pv_va);
5473                 KASSERT(!pte1_is_section(pte1_load(pte1p)), ("%s: found"
5474                     " a section in page %p's pv list", __func__, m));
5475                 pte2p = pmap_pte2_quick(pmap, pv->pv_va);
5476                 opte2 = pte2_load(pte2p);
5477                 if (!(opte2 & PTE2_RO)) {
5478                         pte2_store(pte2p, opte2 | PTE2_RO | PTE2_NM);
5479                         if (pte2_is_dirty(opte2))
5480                                 vm_page_dirty(m);
5481                         pmap_tlb_flush(pmap, pv->pv_va);
5482                 }
5483                 PMAP_UNLOCK(pmap);
5484         }
5485         vm_page_aflag_clear(m, PGA_WRITEABLE);
5486         sched_unpin();
5487         rw_wunlock(&pvh_global_lock);
5488 }
5489
5490 /*
5491  *      Apply the given advice to the specified range of addresses within the
5492  *      given pmap.  Depending on the advice, clear the referenced and/or
5493  *      modified flags in each mapping and set the mapped page's dirty field.
5494  */
5495 void
5496 pmap_advise(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva, int advice)
5497 {
5498         pt1_entry_t *pte1p, opte1;
5499         pt2_entry_t *pte2p, pte2;
5500         vm_offset_t pdnxt;
5501         vm_page_t m;
5502         boolean_t pv_lists_locked;
5503
5504         if (advice != MADV_DONTNEED && advice != MADV_FREE)
5505                 return;
5506         if (pmap_is_current(pmap))
5507                 pv_lists_locked = FALSE;
5508         else {
5509                 pv_lists_locked = TRUE;
5510 resume:
5511                 rw_wlock(&pvh_global_lock);
5512                 sched_pin();
5513         }
5514         PMAP_LOCK(pmap);
5515         for (; sva < eva; sva = pdnxt) {
5516                 pdnxt = pte1_trunc(sva + PTE1_SIZE);
5517                 if (pdnxt < sva)
5518                         pdnxt = eva;
5519                 pte1p = pmap_pte1(pmap, sva);
5520                 opte1 = pte1_load(pte1p);
5521                 if (!pte1_is_valid(opte1)) /* XXX */
5522                         continue;
5523                 else if (pte1_is_section(opte1)) {
5524                         if (!pte1_is_managed(opte1))
5525                                 continue;
5526                         if (!pv_lists_locked) {
5527                                 pv_lists_locked = TRUE;
5528                                 if (!rw_try_wlock(&pvh_global_lock)) {
5529                                         PMAP_UNLOCK(pmap);
5530                                         goto resume;
5531                                 }
5532                                 sched_pin();
5533                         }
5534                         if (!pmap_demote_pte1(pmap, pte1p, sva)) {
5535                                 /*
5536                                  * The large page mapping was destroyed.
5537                                  */
5538                                 continue;
5539                         }
5540
5541                         /*
5542                          * Unless the page mappings are wired, remove the
5543                          * mapping to a single page so that a subsequent
5544                          * access may repromote.  Since the underlying L2 page
5545                          * table is fully populated, this removal never
5546                          * frees a L2 page table page.
5547                          */
5548                         if (!pte1_is_wired(opte1)) {
5549                                 pte2p = pmap_pte2_quick(pmap, sva);
5550                                 KASSERT(pte2_is_valid(pte2_load(pte2p)),
5551                                     ("%s: invalid PTE2", __func__));
5552                                 pmap_remove_pte2(pmap, pte2p, sva, NULL);
5553                         }
5554                 }
5555                 if (pdnxt > eva)
5556                         pdnxt = eva;
5557                 for (pte2p = pmap_pte2_quick(pmap, sva); sva != pdnxt; pte2p++,
5558                     sva += PAGE_SIZE) {
5559                         pte2 = pte2_load(pte2p);
5560                         if (!pte2_is_valid(pte2) || !pte2_is_managed(pte2))
5561                                 continue;
5562                         else if (pte2_is_dirty(pte2)) {
5563                                 if (advice == MADV_DONTNEED) {
5564                                         /*
5565                                          * Future calls to pmap_is_modified()
5566                                          * can be avoided by making the page
5567                                          * dirty now.
5568                                          */
5569                                         m = PHYS_TO_VM_PAGE(pte2_pa(pte2));
5570                                         vm_page_dirty(m);
5571                                 }
5572                                 pte2_set_bit(pte2p, PTE2_NM);
5573                                 pte2_clear_bit(pte2p, PTE2_A);
5574                         } else if ((pte2 & PTE2_A) != 0)
5575                                 pte2_clear_bit(pte2p, PTE2_A);
5576                         else
5577                                 continue;
5578                         pmap_tlb_flush(pmap, sva);
5579                 }
5580         }
5581         if (pv_lists_locked) {
5582                 sched_unpin();
5583                 rw_wunlock(&pvh_global_lock);
5584         }
5585         PMAP_UNLOCK(pmap);
5586 }
5587
5588 /*
5589  *      Clear the modify bits on the specified physical page.
5590  */
5591 void
5592 pmap_clear_modify(vm_page_t m)
5593 {
5594         struct md_page *pvh;
5595         pv_entry_t next_pv, pv;
5596         pmap_t pmap;
5597         pt1_entry_t *pte1p, opte1;
5598         pt2_entry_t *pte2p, opte2;
5599         vm_offset_t va;
5600
5601         KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
5602             ("%s: page %p is not managed", __func__, m));
5603         VM_OBJECT_ASSERT_WLOCKED(m->object);
5604         KASSERT(!vm_page_xbusied(m),
5605             ("%s: page %p is exclusive busy", __func__, m));
5606
5607         /*
5608          * If the page is not PGA_WRITEABLE, then no PTE2s can have PTE2_NM
5609          * cleared. If the object containing the page is locked and the page
5610          * is not exclusive busied, then PGA_WRITEABLE cannot be concurrently
5611          * set.
5612          */
5613         if ((m->flags & PGA_WRITEABLE) == 0)
5614                 return;
5615         rw_wlock(&pvh_global_lock);
5616         sched_pin();
5617         if ((m->flags & PG_FICTITIOUS) != 0)
5618                 goto small_mappings;
5619         pvh = pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
5620         TAILQ_FOREACH_SAFE(pv, &pvh->pv_list, pv_next, next_pv) {
5621                 va = pv->pv_va;
5622                 pmap = PV_PMAP(pv);
5623                 PMAP_LOCK(pmap);
5624                 pte1p = pmap_pte1(pmap, va);
5625                 opte1 = pte1_load(pte1p);
5626                 if (!(opte1 & PTE1_RO)) {
5627                         if (pmap_demote_pte1(pmap, pte1p, va) &&
5628                             !pte1_is_wired(opte1)) {
5629                                 /*
5630                                  * Write protect the mapping to a
5631                                  * single page so that a subsequent
5632                                  * write access may repromote.
5633                                  */
5634                                 va += VM_PAGE_TO_PHYS(m) - pte1_pa(opte1);
5635                                 pte2p = pmap_pte2_quick(pmap, va);
5636                                 opte2 = pte2_load(pte2p);
5637                                 if ((opte2 & PTE2_V)) {
5638                                         pte2_set_bit(pte2p, PTE2_NM | PTE2_RO);
5639                                         vm_page_dirty(m);
5640                                         pmap_tlb_flush(pmap, va);
5641                                 }
5642                         }
5643                 }
5644                 PMAP_UNLOCK(pmap);
5645         }
5646 small_mappings:
5647         TAILQ_FOREACH(pv, &m->md.pv_list, pv_next) {
5648                 pmap = PV_PMAP(pv);
5649                 PMAP_LOCK(pmap);
5650                 pte1p = pmap_pte1(pmap, pv->pv_va);
5651                 KASSERT(!pte1_is_section(pte1_load(pte1p)), ("%s: found"
5652                     " a section in page %p's pv list", __func__, m));
5653                 pte2p = pmap_pte2_quick(pmap, pv->pv_va);
5654                 if (pte2_is_dirty(pte2_load(pte2p))) {
5655                         pte2_set_bit(pte2p, PTE2_NM);
5656                         pmap_tlb_flush(pmap, pv->pv_va);
5657                 }
5658                 PMAP_UNLOCK(pmap);
5659         }
5660         sched_unpin();
5661         rw_wunlock(&pvh_global_lock);
5662 }
5663
5664
5665 /*
5666  *  Sets the memory attribute for the specified page.
5667  */
5668 void
5669 pmap_page_set_memattr(vm_page_t m, vm_memattr_t ma)
5670 {
5671         pt2_entry_t *cmap2_pte2p;
5672         vm_memattr_t oma;
5673         vm_paddr_t pa;
5674         struct pcpu *pc;
5675
5676         oma = m->md.pat_mode;
5677         m->md.pat_mode = ma;
5678
5679         CTR5(KTR_PMAP, "%s: page %p - 0x%08X oma: %d, ma: %d", __func__, m,
5680             VM_PAGE_TO_PHYS(m), oma, ma);
5681         if ((m->flags & PG_FICTITIOUS) != 0)
5682                 return;
5683 #if 0
5684         /*
5685          * If "m" is a normal page, flush it from the cache.
5686          *
5687          * First, try to find an existing mapping of the page by sf
5688          * buffer. sf_buf_invalidate_cache() modifies mapping and
5689          * flushes the cache.
5690          */
5691         if (sf_buf_invalidate_cache(m, oma))
5692                 return;
5693 #endif
5694         /*
5695          * If page is not mapped by sf buffer, map the page
5696          * transient and do invalidation.
5697          */
5698         if (ma != oma) {
5699                 pa = VM_PAGE_TO_PHYS(m);
5700                 sched_pin();
5701                 pc = get_pcpu();
5702                 cmap2_pte2p = pc->pc_cmap2_pte2p;
5703                 mtx_lock(&pc->pc_cmap_lock);
5704                 if (pte2_load(cmap2_pte2p) != 0)
5705                         panic("%s: CMAP2 busy", __func__);
5706                 pte2_store(cmap2_pte2p, PTE2_KERN_NG(pa, PTE2_AP_KRW,
5707                     vm_memattr_to_pte2(ma)));
5708                 dcache_wbinv_poc((vm_offset_t)pc->pc_cmap2_addr, pa, PAGE_SIZE);
5709                 pte2_clear(cmap2_pte2p);
5710                 tlb_flush((vm_offset_t)pc->pc_cmap2_addr);
5711                 sched_unpin();
5712                 mtx_unlock(&pc->pc_cmap_lock);
5713         }
5714 }
5715
5716 /*
5717  *  Miscellaneous support routines follow
5718  */
5719
5720 /*
5721  *  Returns TRUE if the given page is mapped individually or as part of
5722  *  a 1mpage.  Otherwise, returns FALSE.
5723  */
5724 boolean_t
5725 pmap_page_is_mapped(vm_page_t m)
5726 {
5727         boolean_t rv;
5728
5729         if ((m->oflags & VPO_UNMANAGED) != 0)
5730                 return (FALSE);
5731         rw_wlock(&pvh_global_lock);
5732         rv = !TAILQ_EMPTY(&m->md.pv_list) ||
5733             ((m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0 &&
5734             !TAILQ_EMPTY(&pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m))->pv_list));
5735         rw_wunlock(&pvh_global_lock);
5736         return (rv);
5737 }
5738
5739 /*
5740  *  Returns true if the pmap's pv is one of the first
5741  *  16 pvs linked to from this page.  This count may
5742  *  be changed upwards or downwards in the future; it
5743  *  is only necessary that true be returned for a small
5744  *  subset of pmaps for proper page aging.
5745  */
5746 boolean_t
5747 pmap_page_exists_quick(pmap_t pmap, vm_page_t m)
5748 {
5749         struct md_page *pvh;
5750         pv_entry_t pv;
5751         int loops = 0;
5752         boolean_t rv;
5753
5754         KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
5755             ("%s: page %p is not managed", __func__, m));
5756         rv = FALSE;
5757         rw_wlock(&pvh_global_lock);
5758         TAILQ_FOREACH(pv, &m->md.pv_list, pv_next) {
5759                 if (PV_PMAP(pv) == pmap) {
5760                         rv = TRUE;
5761                         break;
5762                 }
5763                 loops++;
5764                 if (loops >= 16)
5765                         break;
5766         }
5767         if (!rv && loops < 16 && (m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0) {
5768                 pvh = pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
5769                 TAILQ_FOREACH(pv, &pvh->pv_list, pv_next) {
5770                         if (PV_PMAP(pv) == pmap) {
5771                                 rv = TRUE;
5772                                 break;
5773                         }
5774                         loops++;
5775                         if (loops >= 16)
5776                                 break;
5777                 }
5778         }
5779         rw_wunlock(&pvh_global_lock);
5780         return (rv);
5781 }
5782
5783 /*
5784  *      pmap_zero_page zeros the specified hardware page by mapping
5785  *      the page into KVM and using bzero to clear its contents.
5786  */
5787 void
5788 pmap_zero_page(vm_page_t m)
5789 {
5790         pt2_entry_t *cmap2_pte2p;
5791         struct pcpu *pc;
5792
5793         sched_pin();
5794         pc = get_pcpu();
5795         cmap2_pte2p = pc->pc_cmap2_pte2p;
5796         mtx_lock(&pc->pc_cmap_lock);
5797         if (pte2_load(cmap2_pte2p) != 0)
5798                 panic("%s: CMAP2 busy", __func__);
5799         pte2_store(cmap2_pte2p, PTE2_KERN_NG(VM_PAGE_TO_PHYS(m), PTE2_AP_KRW,
5800             vm_page_pte2_attr(m)));
5801         pagezero(pc->pc_cmap2_addr);
5802         pte2_clear(cmap2_pte2p);
5803         tlb_flush((vm_offset_t)pc->pc_cmap2_addr);
5804         sched_unpin();
5805         mtx_unlock(&pc->pc_cmap_lock);
5806 }
5807
5808 /*
5809  *      pmap_zero_page_area zeros the specified hardware page by mapping
5810  *      the page into KVM and using bzero to clear its contents.
5811  *
5812  *      off and size may not cover an area beyond a single hardware page.
5813  */
5814 void
5815 pmap_zero_page_area(vm_page_t m, int off, int size)
5816 {
5817         pt2_entry_t *cmap2_pte2p;
5818         struct pcpu *pc;
5819
5820         sched_pin();
5821         pc = get_pcpu();
5822         cmap2_pte2p = pc->pc_cmap2_pte2p;
5823         mtx_lock(&pc->pc_cmap_lock);
5824         if (pte2_load(cmap2_pte2p) != 0)
5825                 panic("%s: CMAP2 busy", __func__);
5826         pte2_store(cmap2_pte2p, PTE2_KERN_NG(VM_PAGE_TO_PHYS(m), PTE2_AP_KRW,
5827             vm_page_pte2_attr(m)));
5828         if (off == 0 && size == PAGE_SIZE)
5829                 pagezero(pc->pc_cmap2_addr);
5830         else
5831                 bzero(pc->pc_cmap2_addr + off, size);
5832         pte2_clear(cmap2_pte2p);
5833         tlb_flush((vm_offset_t)pc->pc_cmap2_addr);
5834         sched_unpin();
5835         mtx_unlock(&pc->pc_cmap_lock);
5836 }
5837
5838 /*
5839  *      pmap_copy_page copies the specified (machine independent)
5840  *      page by mapping the page into virtual memory and using
5841  *      bcopy to copy the page, one machine dependent page at a
5842  *      time.
5843  */
5844 void
5845 pmap_copy_page(vm_page_t src, vm_page_t dst)
5846 {
5847         pt2_entry_t *cmap1_pte2p, *cmap2_pte2p;
5848         struct pcpu *pc;
5849
5850         sched_pin();
5851         pc = get_pcpu();
5852         cmap1_pte2p = pc->pc_cmap1_pte2p;
5853         cmap2_pte2p = pc->pc_cmap2_pte2p;
5854         mtx_lock(&pc->pc_cmap_lock);
5855         if (pte2_load(cmap1_pte2p) != 0)
5856                 panic("%s: CMAP1 busy", __func__);
5857         if (pte2_load(cmap2_pte2p) != 0)
5858                 panic("%s: CMAP2 busy", __func__);
5859         pte2_store(cmap1_pte2p, PTE2_KERN_NG(VM_PAGE_TO_PHYS(src),
5860             PTE2_AP_KR | PTE2_NM, vm_page_pte2_attr(src)));
5861         pte2_store(cmap2_pte2p, PTE2_KERN_NG(VM_PAGE_TO_PHYS(dst),
5862             PTE2_AP_KRW, vm_page_pte2_attr(dst)));
5863         bcopy(pc->pc_cmap1_addr, pc->pc_cmap2_addr, PAGE_SIZE);
5864         pte2_clear(cmap1_pte2p);
5865         tlb_flush((vm_offset_t)pc->pc_cmap1_addr);
5866         pte2_clear(cmap2_pte2p);
5867         tlb_flush((vm_offset_t)pc->pc_cmap2_addr);
5868         sched_unpin();
5869         mtx_unlock(&pc->pc_cmap_lock);
5870 }
5871
5872 int unmapped_buf_allowed = 1;
5873
5874 void
5875 pmap_copy_pages(vm_page_t ma[], vm_offset_t a_offset, vm_page_t mb[],
5876     vm_offset_t b_offset, int xfersize)
5877 {
5878         pt2_entry_t *cmap1_pte2p, *cmap2_pte2p;
5879         vm_page_t a_pg, b_pg;
5880         char *a_cp, *b_cp;
5881         vm_offset_t a_pg_offset, b_pg_offset;
5882         struct pcpu *pc;
5883         int cnt;
5884
5885         sched_pin();
5886         pc = get_pcpu();
5887         cmap1_pte2p = pc->pc_cmap1_pte2p;
5888         cmap2_pte2p = pc->pc_cmap2_pte2p;
5889         mtx_lock(&pc->pc_cmap_lock);
5890         if (pte2_load(cmap1_pte2p) != 0)
5891                 panic("pmap_copy_pages: CMAP1 busy");
5892         if (pte2_load(cmap2_pte2p) != 0)
5893                 panic("pmap_copy_pages: CMAP2 busy");
5894         while (xfersize > 0) {
5895                 a_pg = ma[a_offset >> PAGE_SHIFT];
5896                 a_pg_offset = a_offset & PAGE_MASK;
5897                 cnt = min(xfersize, PAGE_SIZE - a_pg_offset);
5898                 b_pg = mb[b_offset >> PAGE_SHIFT];
5899                 b_pg_offset = b_offset & PAGE_MASK;
5900                 cnt = min(cnt, PAGE_SIZE - b_pg_offset);
5901                 pte2_store(cmap1_pte2p, PTE2_KERN_NG(VM_PAGE_TO_PHYS(a_pg),
5902                     PTE2_AP_KR | PTE2_NM, vm_page_pte2_attr(a_pg)));
5903                 tlb_flush_local((vm_offset_t)pc->pc_cmap1_addr);
5904                 pte2_store(cmap2_pte2p, PTE2_KERN_NG(VM_PAGE_TO_PHYS(b_pg),
5905                     PTE2_AP_KRW, vm_page_pte2_attr(b_pg)));
5906                 tlb_flush_local((vm_offset_t)pc->pc_cmap2_addr);
5907                 a_cp = pc->pc_cmap1_addr + a_pg_offset;
5908                 b_cp = pc->pc_cmap2_addr + b_pg_offset;
5909                 bcopy(a_cp, b_cp, cnt);
5910                 a_offset += cnt;
5911                 b_offset += cnt;
5912                 xfersize -= cnt;
5913         }
5914         pte2_clear(cmap1_pte2p);
5915         tlb_flush((vm_offset_t)pc->pc_cmap1_addr);
5916         pte2_clear(cmap2_pte2p);
5917         tlb_flush((vm_offset_t)pc->pc_cmap2_addr);
5918         sched_unpin();
5919         mtx_unlock(&pc->pc_cmap_lock);
5920 }
5921
5922 vm_offset_t
5923 pmap_quick_enter_page(vm_page_t m)
5924 {
5925         struct pcpu *pc;
5926         pt2_entry_t *pte2p;
5927
5928         critical_enter();
5929         pc = get_pcpu();
5930         pte2p = pc->pc_qmap_pte2p;
5931
5932         KASSERT(pte2_load(pte2p) == 0, ("%s: PTE2 busy", __func__));
5933
5934         pte2_store(pte2p, PTE2_KERN_NG(VM_PAGE_TO_PHYS(m), PTE2_AP_KRW,
5935             vm_page_pte2_attr(m)));
5936         return (pc->pc_qmap_addr);
5937 }
5938
5939 void
5940 pmap_quick_remove_page(vm_offset_t addr)
5941 {
5942         struct pcpu *pc;
5943         pt2_entry_t *pte2p;
5944
5945         pc = get_pcpu();
5946         pte2p = pc->pc_qmap_pte2p;
5947
5948         KASSERT(addr == pc->pc_qmap_addr, ("%s: invalid address", __func__));
5949         KASSERT(pte2_load(pte2p) != 0, ("%s: PTE2 not in use", __func__));
5950
5951         pte2_clear(pte2p);
5952         tlb_flush(pc->pc_qmap_addr);
5953         critical_exit();
5954 }
5955
5956 /*
5957  *      Copy the range specified by src_addr/len
5958  *      from the source map to the range dst_addr/len
5959  *      in the destination map.
5960  *
5961  *      This routine is only advisory and need not do anything.
5962  */
5963 void
5964 pmap_copy(pmap_t dst_pmap, pmap_t src_pmap, vm_offset_t dst_addr, vm_size_t len,
5965     vm_offset_t src_addr)
5966 {
5967         struct spglist free;
5968         vm_offset_t addr;
5969         vm_offset_t end_addr = src_addr + len;
5970         vm_offset_t nextva;
5971
5972         if (dst_addr != src_addr)
5973                 return;
5974
5975         if (!pmap_is_current(src_pmap))
5976                 return;
5977
5978         rw_wlock(&pvh_global_lock);
5979         if (dst_pmap < src_pmap) {
5980                 PMAP_LOCK(dst_pmap);
5981                 PMAP_LOCK(src_pmap);
5982         } else {
5983                 PMAP_LOCK(src_pmap);
5984                 PMAP_LOCK(dst_pmap);
5985         }
5986         sched_pin();
5987         for (addr = src_addr; addr < end_addr; addr = nextva) {
5988                 pt2_entry_t *src_pte2p, *dst_pte2p;
5989                 vm_page_t dst_mpt2pg, src_mpt2pg;
5990                 pt1_entry_t src_pte1;
5991                 u_int pte1_idx;
5992
5993                 KASSERT(addr < VM_MAXUSER_ADDRESS,
5994                     ("%s: invalid to pmap_copy page tables", __func__));
5995
5996                 nextva = pte1_trunc(addr + PTE1_SIZE);
5997                 if (nextva < addr)
5998                         nextva = end_addr;
5999
6000                 pte1_idx = pte1_index(addr);
6001                 src_pte1 = src_pmap->pm_pt1[pte1_idx];
6002                 if (pte1_is_section(src_pte1)) {
6003                         if ((addr & PTE1_OFFSET) != 0 ||
6004                             (addr + PTE1_SIZE) > end_addr)
6005                                 continue;
6006                         if (dst_pmap->pm_pt1[pte1_idx] == 0 &&
6007                             (!pte1_is_managed(src_pte1) ||
6008                             pmap_pv_insert_pte1(dst_pmap, addr,
6009                             pte1_pa(src_pte1)))) {
6010                                 dst_pmap->pm_pt1[pte1_idx] = src_pte1 &
6011                                     ~PTE1_W;
6012                                 dst_pmap->pm_stats.resident_count +=
6013                                     PTE1_SIZE / PAGE_SIZE;
6014                                 pmap_pte1_mappings++;
6015                         }
6016                         continue;
6017                 } else if (!pte1_is_link(src_pte1))
6018                         continue;
6019
6020                 src_mpt2pg = PHYS_TO_VM_PAGE(pte1_link_pa(src_pte1));
6021
6022                 /*
6023                  * We leave PT2s to be linked from PT1 even if they are not
6024                  * referenced until all PT2s in a page are without reference.
6025                  *
6026                  * QQQ: It could be changed ...
6027                  */
6028 #if 0 /* single_pt2_link_is_cleared */
6029                 KASSERT(pt2_wirecount_get(src_mpt2pg, pte1_idx) > 0,
6030                     ("%s: source page table page is unused", __func__));
6031 #else
6032                 if (pt2_wirecount_get(src_mpt2pg, pte1_idx) == 0)
6033                         continue;
6034 #endif
6035                 if (nextva > end_addr)
6036                         nextva = end_addr;
6037
6038                 src_pte2p = pt2map_entry(addr);
6039                 while (addr < nextva) {
6040                         pt2_entry_t temp_pte2;
6041                         temp_pte2 = pte2_load(src_pte2p);
6042                         /*
6043                          * we only virtual copy managed pages
6044                          */
6045                         if (pte2_is_managed(temp_pte2)) {
6046                                 dst_mpt2pg = pmap_allocpte2(dst_pmap, addr,
6047                                     PMAP_ENTER_NOSLEEP);
6048                                 if (dst_mpt2pg == NULL)
6049                                         goto out;
6050                                 dst_pte2p = pmap_pte2_quick(dst_pmap, addr);
6051                                 if (!pte2_is_valid(pte2_load(dst_pte2p)) &&
6052                                     pmap_try_insert_pv_entry(dst_pmap, addr,
6053                                     PHYS_TO_VM_PAGE(pte2_pa(temp_pte2)))) {
6054                                         /*
6055                                          * Clear the wired, modified, and
6056                                          * accessed (referenced) bits
6057                                          * during the copy.
6058                                          */
6059                                         temp_pte2 &=  ~(PTE2_W | PTE2_A);
6060                                         temp_pte2 |= PTE2_NM;
6061                                         pte2_store(dst_pte2p, temp_pte2);
6062                                         dst_pmap->pm_stats.resident_count++;
6063                                 } else {
6064                                         SLIST_INIT(&free);
6065                                         if (pmap_unwire_pt2(dst_pmap, addr,
6066                                             dst_mpt2pg, &free)) {
6067                                                 pmap_tlb_flush(dst_pmap, addr);
6068                                                 pmap_free_zero_pages(&free);
6069                                         }
6070                                         goto out;
6071                                 }
6072                                 if (pt2_wirecount_get(dst_mpt2pg, pte1_idx) >=
6073                                     pt2_wirecount_get(src_mpt2pg, pte1_idx))
6074                                         break;
6075                         }
6076                         addr += PAGE_SIZE;
6077                         src_pte2p++;
6078                 }
6079         }
6080 out:
6081         sched_unpin();
6082         rw_wunlock(&pvh_global_lock);
6083         PMAP_UNLOCK(src_pmap);
6084         PMAP_UNLOCK(dst_pmap);
6085 }
6086
6087 /*
6088  *      Increase the starting virtual address of the given mapping if a
6089  *      different alignment might result in more section mappings.
6090  */
6091 void
6092 pmap_align_superpage(vm_object_t object, vm_ooffset_t offset,
6093     vm_offset_t *addr, vm_size_t size)
6094 {
6095         vm_offset_t pte1_offset;
6096
6097         if (size < PTE1_SIZE)
6098                 return;
6099         if (object != NULL && (object->flags & OBJ_COLORED) != 0)
6100                 offset += ptoa(object->pg_color);
6101         pte1_offset = offset & PTE1_OFFSET;
6102         if (size - ((PTE1_SIZE - pte1_offset) & PTE1_OFFSET) < PTE1_SIZE ||
6103             (*addr & PTE1_OFFSET) == pte1_offset)
6104                 return;
6105         if ((*addr & PTE1_OFFSET) < pte1_offset)
6106                 *addr = pte1_trunc(*addr) + pte1_offset;
6107         else
6108                 *addr = pte1_roundup(*addr) + pte1_offset;
6109 }
6110
6111 void
6112 pmap_activate(struct thread *td)
6113 {
6114         pmap_t pmap, oldpmap;
6115         u_int cpuid, ttb;
6116
6117         PDEBUG(9, printf("%s: td = %08x\n", __func__, (uint32_t)td));
6118
6119         critical_enter();
6120         pmap = vmspace_pmap(td->td_proc->p_vmspace);
6121         oldpmap = PCPU_GET(curpmap);
6122         cpuid = PCPU_GET(cpuid);
6123
6124 #if defined(SMP)
6125         CPU_CLR_ATOMIC(cpuid, &oldpmap->pm_active);
6126         CPU_SET_ATOMIC(cpuid, &pmap->pm_active);
6127 #else
6128         CPU_CLR(cpuid, &oldpmap->pm_active);
6129         CPU_SET(cpuid, &pmap->pm_active);
6130 #endif
6131
6132         ttb = pmap_ttb_get(pmap);
6133
6134         /*
6135          * pmap_activate is for the current thread on the current cpu
6136          */
6137         td->td_pcb->pcb_pagedir = ttb;
6138         cp15_ttbr_set(ttb);
6139         PCPU_SET(curpmap, pmap);
6140         critical_exit();
6141 }
6142
6143 /*
6144  *  Perform the pmap work for mincore.
6145  */
6146 int
6147 pmap_mincore(pmap_t pmap, vm_offset_t addr, vm_paddr_t *locked_pa)
6148 {
6149         pt1_entry_t *pte1p, pte1;
6150         pt2_entry_t *pte2p, pte2;
6151         vm_paddr_t pa;
6152         bool managed;
6153         int val;
6154
6155         PMAP_LOCK(pmap);
6156 retry:
6157         pte1p = pmap_pte1(pmap, addr);
6158         pte1 = pte1_load(pte1p);
6159         if (pte1_is_section(pte1)) {
6160                 pa = trunc_page(pte1_pa(pte1) | (addr & PTE1_OFFSET));
6161                 managed = pte1_is_managed(pte1);
6162                 val = MINCORE_SUPER | MINCORE_INCORE;
6163                 if (pte1_is_dirty(pte1))
6164                         val |= MINCORE_MODIFIED | MINCORE_MODIFIED_OTHER;
6165                 if (pte1 & PTE1_A)
6166                         val |= MINCORE_REFERENCED | MINCORE_REFERENCED_OTHER;
6167         } else if (pte1_is_link(pte1)) {
6168                 pte2p = pmap_pte2(pmap, addr);
6169                 pte2 = pte2_load(pte2p);
6170                 pmap_pte2_release(pte2p);
6171                 pa = pte2_pa(pte2);
6172                 managed = pte2_is_managed(pte2);
6173                 val = MINCORE_INCORE;
6174                 if (pte2_is_dirty(pte2))
6175                         val |= MINCORE_MODIFIED | MINCORE_MODIFIED_OTHER;
6176                 if (pte2 & PTE2_A)
6177                         val |= MINCORE_REFERENCED | MINCORE_REFERENCED_OTHER;
6178         } else {
6179                 managed = false;
6180                 val = 0;
6181         }
6182         if ((val & (MINCORE_MODIFIED_OTHER | MINCORE_REFERENCED_OTHER)) !=
6183             (MINCORE_MODIFIED_OTHER | MINCORE_REFERENCED_OTHER) && managed) {
6184                 /* Ensure that "PHYS_TO_VM_PAGE(pa)->object" doesn't change. */
6185                 if (vm_page_pa_tryrelock(pmap, pa, locked_pa))
6186                         goto retry;
6187         } else
6188                 PA_UNLOCK_COND(*locked_pa);
6189         PMAP_UNLOCK(pmap);
6190         return (val);
6191 }
6192
6193 void
6194 pmap_kenter_device(vm_offset_t va, vm_size_t size, vm_paddr_t pa)
6195 {
6196         vm_offset_t sva;
6197         uint32_t l2attr;
6198
6199         KASSERT((size & PAGE_MASK) == 0,
6200             ("%s: device mapping not page-sized", __func__));
6201
6202         sva = va;
6203         l2attr = vm_memattr_to_pte2(VM_MEMATTR_DEVICE);
6204         while (size != 0) {
6205                 pmap_kenter_prot_attr(va, pa, PTE2_AP_KRW, l2attr);
6206                 va += PAGE_SIZE;
6207                 pa += PAGE_SIZE;
6208                 size -= PAGE_SIZE;
6209         }
6210         tlb_flush_range(sva, va - sva);
6211 }
6212
6213 void
6214 pmap_kremove_device(vm_offset_t va, vm_size_t size)
6215 {
6216         vm_offset_t sva;
6217
6218         KASSERT((size & PAGE_MASK) == 0,
6219             ("%s: device mapping not page-sized", __func__));
6220
6221         sva = va;
6222         while (size != 0) {
6223                 pmap_kremove(va);
6224                 va += PAGE_SIZE;
6225                 size -= PAGE_SIZE;
6226         }
6227         tlb_flush_range(sva, va - sva);
6228 }
6229
6230 void
6231 pmap_set_pcb_pagedir(pmap_t pmap, struct pcb *pcb)
6232 {
6233
6234         pcb->pcb_pagedir = pmap_ttb_get(pmap);
6235 }
6236
6237
6238 /*
6239  *  Clean L1 data cache range by physical address.
6240  *  The range must be within a single page.
6241  */
6242 static void
6243 pmap_dcache_wb_pou(vm_paddr_t pa, vm_size_t size, uint32_t attr)
6244 {
6245         pt2_entry_t *cmap2_pte2p;
6246         struct pcpu *pc;
6247
6248         KASSERT(((pa & PAGE_MASK) + size) <= PAGE_SIZE,
6249             ("%s: not on single page", __func__));
6250
6251         sched_pin();
6252         pc = get_pcpu();
6253         cmap2_pte2p = pc->pc_cmap2_pte2p;
6254         mtx_lock(&pc->pc_cmap_lock);
6255         if (pte2_load(cmap2_pte2p) != 0)
6256                 panic("%s: CMAP2 busy", __func__);
6257         pte2_store(cmap2_pte2p, PTE2_KERN_NG(pa, PTE2_AP_KRW, attr));
6258         dcache_wb_pou((vm_offset_t)pc->pc_cmap2_addr + (pa & PAGE_MASK), size);
6259         pte2_clear(cmap2_pte2p);
6260         tlb_flush((vm_offset_t)pc->pc_cmap2_addr);
6261         sched_unpin();
6262         mtx_unlock(&pc->pc_cmap_lock);
6263 }
6264
6265 /*
6266  *  Sync instruction cache range which is not mapped yet.
6267  */
6268 void
6269 cache_icache_sync_fresh(vm_offset_t va, vm_paddr_t pa, vm_size_t size)
6270 {
6271         uint32_t len, offset;
6272         vm_page_t m;
6273
6274         /* Write back d-cache on given address range. */
6275         offset = pa & PAGE_MASK;
6276         for ( ; size != 0; size -= len, pa += len, offset = 0) {
6277                 len = min(PAGE_SIZE - offset, size);
6278                 m = PHYS_TO_VM_PAGE(pa);
6279                 KASSERT(m != NULL, ("%s: vm_page_t is null for %#x",
6280                   __func__, pa));
6281                 pmap_dcache_wb_pou(pa, len, vm_page_pte2_attr(m));
6282         }
6283         /*
6284          * I-cache is VIPT. Only way how to flush all virtual mappings
6285          * on given physical address is to invalidate all i-cache.
6286          */
6287         icache_inv_all();
6288 }
6289
6290 void
6291 pmap_sync_icache(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_size_t size)
6292 {
6293
6294         /* Write back d-cache on given address range. */
6295         if (va >= VM_MIN_KERNEL_ADDRESS) {
6296                 dcache_wb_pou(va, size);
6297         } else {
6298                 uint32_t len, offset;
6299                 vm_paddr_t pa;
6300                 vm_page_t m;
6301
6302                 offset = va & PAGE_MASK;
6303                 for ( ; size != 0; size -= len, va += len, offset = 0) {
6304                         pa = pmap_extract(pmap, va); /* offset is preserved */
6305                         len = min(PAGE_SIZE - offset, size);
6306                         m = PHYS_TO_VM_PAGE(pa);
6307                         KASSERT(m != NULL, ("%s: vm_page_t is null for %#x",
6308                                 __func__, pa));
6309                         pmap_dcache_wb_pou(pa, len, vm_page_pte2_attr(m));
6310                 }
6311         }
6312         /*
6313          * I-cache is VIPT. Only way how to flush all virtual mappings
6314          * on given physical address is to invalidate all i-cache.
6315          */
6316         icache_inv_all();
6317 }
6318
6319 /*
6320  *  The implementation of pmap_fault() uses IN_RANGE2() macro which
6321  *  depends on the fact that given range size is a power of 2.
6322  */
6323 CTASSERT(powerof2(NB_IN_PT1));
6324 CTASSERT(powerof2(PT2MAP_SIZE));
6325
6326 #define IN_RANGE2(addr, start, size)    \
6327     ((vm_offset_t)(start) == ((vm_offset_t)(addr) & ~((size) - 1)))
6328
6329 /*
6330  *  Handle access and R/W emulation faults.
6331  */
6332 int
6333 pmap_fault(pmap_t pmap, vm_offset_t far, uint32_t fsr, int idx, bool usermode)
6334 {
6335         pt1_entry_t *pte1p, pte1;
6336         pt2_entry_t *pte2p, pte2;
6337
6338         if (pmap == NULL)
6339                 pmap = kernel_pmap;
6340
6341         /*
6342          * In kernel, we should never get abort with FAR which is in range of
6343          * pmap->pm_pt1 or PT2MAP address spaces. If it happens, stop here
6344          * and print out a useful abort message and even get to the debugger
6345          * otherwise it likely ends with never ending loop of aborts.
6346          */
6347         if (__predict_false(IN_RANGE2(far, pmap->pm_pt1, NB_IN_PT1))) {
6348                 /*
6349                  * All L1 tables should always be mapped and present.
6350                  * However, we check only current one herein. For user mode,
6351                  * only permission abort from malicious user is not fatal.
6352                  * And alignment abort as it may have higher priority.
6353                  */
6354                 if (!usermode || (idx != FAULT_ALIGN && idx != FAULT_PERM_L2)) {
6355                         CTR4(KTR_PMAP, "%s: pmap %#x pm_pt1 %#x far %#x",
6356                             __func__, pmap, pmap->pm_pt1, far);
6357                         panic("%s: pm_pt1 abort", __func__);
6358                 }
6359                 return (KERN_INVALID_ADDRESS);
6360         }
6361         if (__predict_false(IN_RANGE2(far, PT2MAP, PT2MAP_SIZE))) {
6362                 /*
6363                  * PT2MAP should be always mapped and present in current
6364                  * L1 table. However, only existing L2 tables are mapped
6365                  * in PT2MAP. For user mode, only L2 translation abort and
6366                  * permission abort from malicious user is not fatal.
6367                  * And alignment abort as it may have higher priority.
6368                  */
6369                 if (!usermode || (idx != FAULT_ALIGN &&
6370                     idx != FAULT_TRAN_L2 && idx != FAULT_PERM_L2)) {
6371                         CTR4(KTR_PMAP, "%s: pmap %#x PT2MAP %#x far %#x",
6372                             __func__, pmap, PT2MAP, far);
6373                         panic("%s: PT2MAP abort", __func__);
6374                 }
6375                 return (KERN_INVALID_ADDRESS);
6376         }
6377
6378         /*
6379          * A pmap lock is used below for handling of access and R/W emulation
6380          * aborts. They were handled by atomic operations before so some
6381          * analysis of new situation is needed to answer the following question:
6382          * Is it safe to use the lock even for these aborts?
6383          *
6384          * There may happen two cases in general:
6385          *
6386          * (1) Aborts while the pmap lock is locked already - this should not
6387          * happen as pmap lock is not recursive. However, under pmap lock only
6388          * internal kernel data should be accessed and such data should be
6389          * mapped with A bit set and NM bit cleared. If double abort happens,
6390          * then a mapping of data which has caused it must be fixed. Further,
6391          * all new mappings are always made with A bit set and the bit can be
6392          * cleared only on managed mappings.
6393          *
6394          * (2) Aborts while another lock(s) is/are locked - this already can
6395          * happen. However, there is no difference here if it's either access or
6396          * R/W emulation abort, or if it's some other abort.
6397          */
6398
6399         PMAP_LOCK(pmap);
6400 #ifdef SMP
6401         /*
6402          * Special treatment is due to break-before-make approach done when
6403          * pte1 is updated for userland mapping during section promotion or
6404          * demotion. If not caught here, pmap_enter() can find a section
6405          * mapping on faulting address. That is not allowed.
6406          */
6407         if (idx == FAULT_TRAN_L1 && usermode && cp15_ats1cur_check(far) == 0) {
6408                 PMAP_UNLOCK(pmap);
6409                 return (KERN_SUCCESS);
6410         }
6411 #endif
6412         /*
6413          * Accesss bits for page and section. Note that the entry
6414          * is not in TLB yet, so TLB flush is not necessary.
6415          *
6416          * QQQ: This is hardware emulation, we do not call userret()
6417          *      for aborts from user mode.
6418          */
6419         if (idx == FAULT_ACCESS_L2) {
6420                 pte2p = pt2map_entry(far);
6421                 pte2 = pte2_load(pte2p);
6422                 if (pte2_is_valid(pte2)) {
6423                         pte2_store(pte2p, pte2 | PTE2_A);
6424                         PMAP_UNLOCK(pmap);
6425                         return (KERN_SUCCESS);
6426                 }
6427         }
6428         if (idx == FAULT_ACCESS_L1) {
6429                 pte1p = pmap_pte1(pmap, far);
6430                 pte1 = pte1_load(pte1p);
6431                 if (pte1_is_section(pte1)) {
6432                         pte1_store(pte1p, pte1 | PTE1_A);
6433                         PMAP_UNLOCK(pmap);
6434                         return (KERN_SUCCESS);
6435                 }
6436         }
6437
6438         /*
6439          * Handle modify bits for page and section. Note that the modify
6440          * bit is emulated by software. So PTEx_RO is software read only
6441          * bit and PTEx_NM flag is real hardware read only bit.
6442          *
6443          * QQQ: This is hardware emulation, we do not call userret()
6444          *      for aborts from user mode.
6445          */
6446         if ((fsr & FSR_WNR) && (idx == FAULT_PERM_L2)) {
6447                 pte2p = pt2map_entry(far);
6448                 pte2 = pte2_load(pte2p);
6449                 if (pte2_is_valid(pte2) && !(pte2 & PTE2_RO) &&
6450                     (pte2 & PTE2_NM)) {
6451                         pte2_store(pte2p, pte2 & ~PTE2_NM);
6452                         tlb_flush(trunc_page(far));
6453                         PMAP_UNLOCK(pmap);
6454                         return (KERN_SUCCESS);
6455                 }
6456         }
6457         if ((fsr & FSR_WNR) && (idx == FAULT_PERM_L1)) {
6458                 pte1p = pmap_pte1(pmap, far);
6459                 pte1 = pte1_load(pte1p);
6460                 if (pte1_is_section(pte1) && !(pte1 & PTE1_RO) &&
6461                     (pte1 & PTE1_NM)) {
6462                         pte1_store(pte1p, pte1 & ~PTE1_NM);
6463                         tlb_flush(pte1_trunc(far));
6464                         PMAP_UNLOCK(pmap);
6465                         return (KERN_SUCCESS);
6466                 }
6467         }
6468
6469         /*
6470          * QQQ: The previous code, mainly fast handling of access and
6471          *      modify bits aborts, could be moved to ASM. Now we are
6472          *      starting to deal with not fast aborts.
6473          */
6474
6475 #ifdef INVARIANTS
6476         /*
6477          * Read an entry in PT2TAB associated with both pmap and far.
6478          * It's safe because PT2TAB is always mapped.
6479          */
6480         pte2 = pt2tab_load(pmap_pt2tab_entry(pmap, far));
6481         if (pte2_is_valid(pte2)) {
6482                 /*
6483                  * Now, when we know that L2 page table is allocated,
6484                  * we can use PT2MAP to get L2 page table entry.
6485                  */
6486                 pte2 = pte2_load(pt2map_entry(far));
6487                 if (pte2_is_valid(pte2)) {
6488                         /*
6489                          * If L2 page table entry is valid, make sure that
6490                          * L1 page table entry is valid too.  Note that we
6491                          * leave L2 page entries untouched when promoted.
6492                          */
6493                         pte1 = pte1_load(pmap_pte1(pmap, far));
6494                         if (!pte1_is_valid(pte1)) {
6495                                 panic("%s: missing L1 page entry (%p, %#x)",
6496                                     __func__, pmap, far);
6497                         }
6498                 }
6499         }
6500 #endif
6501         PMAP_UNLOCK(pmap);
6502         return (KERN_FAILURE);
6503 }
6504
6505 #if defined(PMAP_DEBUG)
6506 /*
6507  *  Reusing of KVA used in pmap_zero_page function !!!
6508  */
6509 static void
6510 pmap_zero_page_check(vm_page_t m)
6511 {
6512         pt2_entry_t *cmap2_pte2p;
6513         uint32_t *p, *end;
6514         struct pcpu *pc;
6515
6516         sched_pin();
6517         pc = get_pcpu();
6518         cmap2_pte2p = pc->pc_cmap2_pte2p;
6519         mtx_lock(&pc->pc_cmap_lock);
6520         if (pte2_load(cmap2_pte2p) != 0)
6521                 panic("%s: CMAP2 busy", __func__);
6522         pte2_store(cmap2_pte2p, PTE2_KERN_NG(VM_PAGE_TO_PHYS(m), PTE2_AP_KRW,
6523             vm_page_pte2_attr(m)));
6524         end = (uint32_t*)(pc->pc_cmap2_addr + PAGE_SIZE);
6525         for (p = (uint32_t*)pc->pc_cmap2_addr; p < end; p++)
6526                 if (*p != 0)
6527                         panic("%s: page %p not zero, va: %p", __func__, m,
6528                             pc->pc_cmap2_addr);
6529         pte2_clear(cmap2_pte2p);
6530         tlb_flush((vm_offset_t)pc->pc_cmap2_addr);
6531         sched_unpin();
6532         mtx_unlock(&pc->pc_cmap_lock);
6533 }
6534
6535 int
6536 pmap_pid_dump(int pid)
6537 {
6538         pmap_t pmap;
6539         struct proc *p;
6540         int npte2 = 0;
6541         int i, j, index;
6542
6543         sx_slock(&allproc_lock);
6544         FOREACH_PROC_IN_SYSTEM(p) {
6545                 if (p->p_pid != pid || p->p_vmspace == NULL)
6546                         continue;
6547                 index = 0;
6548                 pmap = vmspace_pmap(p->p_vmspace);
6549                 for (i = 0; i < NPTE1_IN_PT1; i++) {
6550                         pt1_entry_t pte1;
6551                         pt2_entry_t *pte2p, pte2;
6552                         vm_offset_t base, va;
6553                         vm_paddr_t pa;
6554                         vm_page_t m;
6555
6556                         base = i << PTE1_SHIFT;
6557                         pte1 = pte1_load(&pmap->pm_pt1[i]);
6558
6559                         if (pte1_is_section(pte1)) {
6560                                 /*
6561                                  * QQQ: Do something here!
6562                                  */
6563                         } else if (pte1_is_link(pte1)) {
6564                                 for (j = 0; j < NPTE2_IN_PT2; j++) {
6565                                         va = base + (j << PAGE_SHIFT);
6566                                         if (va >= VM_MIN_KERNEL_ADDRESS) {
6567                                                 if (index) {
6568                                                         index = 0;
6569                                                         printf("\n");
6570                                                 }
6571                                                 sx_sunlock(&allproc_lock);
6572                                                 return (npte2);
6573                                         }
6574                                         pte2p = pmap_pte2(pmap, va);
6575                                         pte2 = pte2_load(pte2p);
6576                                         pmap_pte2_release(pte2p);
6577                                         if (!pte2_is_valid(pte2))
6578                                                 continue;
6579
6580                                         pa = pte2_pa(pte2);
6581                                         m = PHYS_TO_VM_PAGE(pa);
6582                                         printf("va: 0x%x, pa: 0x%x, h: %d, w:"
6583                                             " %d, f: 0x%x", va, pa,
6584                                             m->hold_count, m->wire_count,
6585                                             m->flags);
6586                                         npte2++;
6587                                         index++;
6588                                         if (index >= 2) {
6589                                                 index = 0;
6590                                                 printf("\n");
6591                                         } else {
6592                                                 printf(" ");
6593                                         }
6594                                 }
6595                         }
6596                 }
6597         }
6598         sx_sunlock(&allproc_lock);
6599         return (npte2);
6600 }
6601
6602 #endif
6603
6604 #ifdef DDB
6605 static pt2_entry_t *
6606 pmap_pte2_ddb(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
6607 {
6608         pt1_entry_t pte1;
6609         vm_paddr_t pt2pg_pa;
6610
6611         pte1 = pte1_load(pmap_pte1(pmap, va));
6612         if (!pte1_is_link(pte1))
6613                 return (NULL);
6614
6615         if (pmap_is_current(pmap))
6616                 return (pt2map_entry(va));
6617
6618         /* Note that L2 page table size is not equal to PAGE_SIZE. */
6619         pt2pg_pa = trunc_page(pte1_link_pa(pte1));
6620         if (pte2_pa(pte2_load(PMAP3)) != pt2pg_pa) {
6621                 pte2_store(PMAP3, PTE2_KPT(pt2pg_pa));
6622 #ifdef SMP
6623                 PMAP3cpu = PCPU_GET(cpuid);
6624 #endif
6625                 tlb_flush_local((vm_offset_t)PADDR3);
6626         }
6627 #ifdef SMP
6628         else if (PMAP3cpu != PCPU_GET(cpuid)) {
6629                 PMAP3cpu = PCPU_GET(cpuid);
6630                 tlb_flush_local((vm_offset_t)PADDR3);
6631         }
6632 #endif
6633         return (PADDR3 + (arm32_btop(va) & (NPTE2_IN_PG - 1)));
6634 }
6635
6636 static void
6637 dump_pmap(pmap_t pmap)
6638 {
6639
6640         printf("pmap %p\n", pmap);
6641         printf("  pm_pt1: %p\n", pmap->pm_pt1);
6642         printf("  pm_pt2tab: %p\n", pmap->pm_pt2tab);
6643         printf("  pm_active: 0x%08lX\n", pmap->pm_active.__bits[0]);
6644 }
6645
6646 DB_SHOW_COMMAND(pmaps, pmap_list_pmaps)
6647 {
6648
6649         pmap_t pmap;
6650         LIST_FOREACH(pmap, &allpmaps, pm_list) {
6651                 dump_pmap(pmap);
6652         }
6653 }
6654
6655 static int
6656 pte2_class(pt2_entry_t pte2)
6657 {
6658         int cls;
6659
6660         cls = (pte2 >> 2) & 0x03;
6661         cls |= (pte2 >> 4) & 0x04;
6662         return (cls);
6663 }
6664
6665 static void
6666 dump_section(pmap_t pmap, uint32_t pte1_idx)
6667 {
6668 }
6669
6670 static void
6671 dump_link(pmap_t pmap, uint32_t pte1_idx, boolean_t invalid_ok)
6672 {
6673         uint32_t i;
6674         vm_offset_t va;
6675         pt2_entry_t *pte2p, pte2;
6676         vm_page_t m;
6677
6678         va = pte1_idx << PTE1_SHIFT;
6679         pte2p = pmap_pte2_ddb(pmap, va);
6680         for (i = 0; i < NPTE2_IN_PT2; i++, pte2p++, va += PAGE_SIZE) {
6681                 pte2 = pte2_load(pte2p);
6682                 if (pte2 == 0)
6683                         continue;
6684                 if (!pte2_is_valid(pte2)) {
6685                         printf(" 0x%08X: 0x%08X", va, pte2);
6686                         if (!invalid_ok)
6687                                 printf(" - not valid !!!");
6688                         printf("\n");
6689                         continue;
6690                 }
6691                 m = PHYS_TO_VM_PAGE(pte2_pa(pte2));
6692                 printf(" 0x%08X: 0x%08X, TEX%d, s:%d, g:%d, m:%p", va , pte2,
6693                     pte2_class(pte2), !!(pte2 & PTE2_S), !(pte2 & PTE2_NG), m);
6694                 if (m != NULL) {
6695                         printf(" v:%d h:%d w:%d f:0x%04X\n", m->valid,
6696                             m->hold_count, m->wire_count, m->flags);
6697                 } else {
6698                         printf("\n");
6699                 }
6700         }
6701 }
6702
6703 static __inline boolean_t
6704 is_pv_chunk_space(vm_offset_t va)
6705 {
6706
6707         if ((((vm_offset_t)pv_chunkbase) <= va) &&
6708             (va < ((vm_offset_t)pv_chunkbase + PAGE_SIZE * pv_maxchunks)))
6709                 return (TRUE);
6710         return (FALSE);
6711 }
6712
6713 DB_SHOW_COMMAND(pmap, pmap_pmap_print)
6714 {
6715         /* XXX convert args. */
6716         pmap_t pmap = (pmap_t)addr;
6717         pt1_entry_t pte1;
6718         pt2_entry_t pte2;
6719         vm_offset_t va, eva;
6720         vm_page_t m;
6721         uint32_t i;
6722         boolean_t invalid_ok, dump_link_ok, dump_pv_chunk;
6723
6724         if (have_addr) {
6725                 pmap_t pm;
6726
6727                 LIST_FOREACH(pm, &allpmaps, pm_list)
6728                         if (pm == pmap) break;
6729                 if (pm == NULL) {
6730                         printf("given pmap %p is not in allpmaps list\n", pmap);
6731                         return;
6732                 }
6733         } else
6734                 pmap = PCPU_GET(curpmap);
6735
6736         eva = (modif[0] == 'u') ? VM_MAXUSER_ADDRESS : 0xFFFFFFFF;
6737         dump_pv_chunk = FALSE; /* XXX evaluate from modif[] */
6738
6739         printf("pmap: 0x%08X\n", (uint32_t)pmap);
6740         printf("PT2MAP: 0x%08X\n", (uint32_t)PT2MAP);
6741         printf("pt2tab: 0x%08X\n", (uint32_t)pmap->pm_pt2tab);
6742
6743         for(i = 0; i < NPTE1_IN_PT1; i++) {
6744                 pte1 = pte1_load(&pmap->pm_pt1[i]);
6745                 if (pte1 == 0)
6746                         continue;
6747                 va = i << PTE1_SHIFT;
6748                 if (va >= eva)
6749                         break;
6750
6751                 if (pte1_is_section(pte1)) {
6752                         printf("0x%08X: Section 0x%08X, s:%d g:%d\n", va, pte1,
6753                             !!(pte1 & PTE1_S), !(pte1 & PTE1_NG));
6754                         dump_section(pmap, i);
6755                 } else if (pte1_is_link(pte1)) {
6756                         dump_link_ok = TRUE;
6757                         invalid_ok = FALSE;
6758                         pte2 = pte2_load(pmap_pt2tab_entry(pmap, va));
6759                         m = PHYS_TO_VM_PAGE(pte1_link_pa(pte1));
6760                         printf("0x%08X: Link 0x%08X, pt2tab: 0x%08X m: %p",
6761                             va, pte1, pte2, m);
6762                         if (is_pv_chunk_space(va)) {
6763                                 printf(" - pv_chunk space");
6764                                 if (dump_pv_chunk)
6765                                         invalid_ok = TRUE;
6766                                 else
6767                                         dump_link_ok = FALSE;
6768                         }
6769                         else if (m != NULL)
6770                                 printf(" w:%d w2:%u", m->wire_count,
6771                                     pt2_wirecount_get(m, pte1_index(va)));
6772                         if (pte2 == 0)
6773                                 printf(" !!! pt2tab entry is ZERO");
6774                         else if (pte2_pa(pte1) != pte2_pa(pte2))
6775                                 printf(" !!! pt2tab entry is DIFFERENT - m: %p",
6776                                     PHYS_TO_VM_PAGE(pte2_pa(pte2)));
6777                         printf("\n");
6778                         if (dump_link_ok)
6779                                 dump_link(pmap, i, invalid_ok);
6780                 } else
6781                         printf("0x%08X: Invalid entry 0x%08X\n", va, pte1);
6782         }
6783 }
6784
6785 static void
6786 dump_pt2tab(pmap_t pmap)
6787 {
6788         uint32_t i;
6789         pt2_entry_t pte2;
6790         vm_offset_t va;
6791         vm_paddr_t pa;
6792         vm_page_t m;
6793
6794         printf("PT2TAB:\n");
6795         for (i = 0; i < PT2TAB_ENTRIES; i++) {
6796                 pte2 = pte2_load(&pmap->pm_pt2tab[i]);
6797                 if (!pte2_is_valid(pte2))
6798                         continue;
6799                 va = i << PT2TAB_SHIFT;
6800                 pa = pte2_pa(pte2);
6801                 m = PHYS_TO_VM_PAGE(pa);
6802                 printf(" 0x%08X: 0x%08X, TEX%d, s:%d, m:%p", va, pte2,
6803                     pte2_class(pte2), !!(pte2 & PTE2_S), m);
6804                 if (m != NULL)
6805                         printf(" , h: %d, w: %d, f: 0x%04X pidx: %lld",
6806                             m->hold_count, m->wire_count, m->flags, m->pindex);
6807                 printf("\n");
6808         }
6809 }
6810
6811 DB_SHOW_COMMAND(pmap_pt2tab, pmap_pt2tab_print)
6812 {
6813         /* XXX convert args. */
6814         pmap_t pmap = (pmap_t)addr;
6815         pt1_entry_t pte1;
6816         pt2_entry_t pte2;
6817         vm_offset_t va;
6818         uint32_t i, start;
6819
6820         if (have_addr) {
6821                 printf("supported only on current pmap\n");
6822                 return;
6823         }
6824
6825         pmap = PCPU_GET(curpmap);
6826         printf("curpmap: 0x%08X\n", (uint32_t)pmap);
6827         printf("PT2MAP: 0x%08X\n", (uint32_t)PT2MAP);
6828         printf("pt2tab: 0x%08X\n", (uint32_t)pmap->pm_pt2tab);
6829
6830         start = pte1_index((vm_offset_t)PT2MAP);
6831         for (i = start; i < (start + NPT2_IN_PT2TAB); i++) {
6832                 pte1 = pte1_load(&pmap->pm_pt1[i]);
6833                 if (pte1 == 0)
6834                         continue;
6835                 va = i << PTE1_SHIFT;
6836                 if (pte1_is_section(pte1)) {
6837                         printf("0x%08X: Section 0x%08X, s:%d\n", va, pte1,
6838                             !!(pte1 & PTE1_S));
6839                         dump_section(pmap, i);
6840                 } else if (pte1_is_link(pte1)) {
6841                         pte2 = pte2_load(pmap_pt2tab_entry(pmap, va));
6842                         printf("0x%08X: Link 0x%08X, pt2tab: 0x%08X\n", va,
6843                             pte1, pte2);
6844                         if (pte2 == 0)
6845                                 printf("  !!! pt2tab entry is ZERO\n");
6846                 } else
6847                         printf("0x%08X: Invalid entry 0x%08X\n", va, pte1);
6848         }
6849         dump_pt2tab(pmap);
6850 }
6851 #endif