]> CyberLeo.Net >> Repos - FreeBSD/FreeBSD.git/blob - sys/arm/arm/pmap-v6.c
Import ClangFormat.cpp from ^/vendor/clang/clang-release_380-r262564
[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 #ifdef SMP
114 #include <sys/smp.h>
115 #else
116 #include <sys/cpuset.h>
117 #endif
118
119 #ifdef DDB
120 #include <ddb/ddb.h>
121 #endif
122
123 #include <machine/physmem.h>
124
125 #include <vm/vm.h>
126 #include <vm/uma.h>
127 #include <vm/pmap.h>
128 #include <vm/vm_param.h>
129 #include <vm/vm_kern.h>
130 #include <vm/vm_object.h>
131 #include <vm/vm_map.h>
132 #include <vm/vm_page.h>
133 #include <vm/vm_pageout.h>
134 #include <vm/vm_phys.h>
135 #include <vm/vm_extern.h>
136 #include <vm/vm_reserv.h>
137 #include <sys/lock.h>
138 #include <sys/mutex.h>
139
140 #include <machine/md_var.h>
141 #include <machine/pmap_var.h>
142 #include <machine/cpu.h>
143 #include <machine/pcb.h>
144 #include <machine/sf_buf.h>
145 #ifdef SMP
146 #include <machine/smp.h>
147 #endif
148
149 #ifndef PMAP_SHPGPERPROC
150 #define PMAP_SHPGPERPROC 200
151 #endif
152
153 #ifndef DIAGNOSTIC
154 #define PMAP_INLINE     __inline
155 #else
156 #define PMAP_INLINE
157 #endif
158
159 #ifdef PMAP_DEBUG
160 static void pmap_zero_page_check(vm_page_t m);
161 void pmap_debug(int level);
162 int pmap_pid_dump(int pid);
163
164 #define PDEBUG(_lev_,_stat_) \
165         if (pmap_debug_level >= (_lev_)) \
166                 ((_stat_))
167 #define dprintf printf
168 int pmap_debug_level = 1;
169 #else   /* PMAP_DEBUG */
170 #define PDEBUG(_lev_,_stat_) /* Nothing */
171 #define dprintf(x, arg...)
172 #endif  /* PMAP_DEBUG */
173
174 /*
175  *  Level 2 page tables map definion ('max' is excluded).
176  */
177
178 #define PT2V_MIN_ADDRESS        ((vm_offset_t)PT2MAP)
179 #define PT2V_MAX_ADDRESS        ((vm_offset_t)PT2MAP + PT2MAP_SIZE)
180
181 #define UPT2V_MIN_ADDRESS       ((vm_offset_t)PT2MAP)
182 #define UPT2V_MAX_ADDRESS \
183     ((vm_offset_t)(PT2MAP + (KERNBASE >> PT2MAP_SHIFT)))
184
185 /*
186  *  Promotion to a 1MB (PTE1) page mapping requires that the corresponding
187  *  4KB (PTE2) page mappings have identical settings for the following fields:
188  */
189 #define PTE2_PROMOTE    (PTE2_V | PTE2_A | PTE2_NM | PTE2_S | PTE2_NG | \
190                          PTE2_NX | PTE2_RO | PTE2_U | PTE2_W |          \
191                          PTE2_ATTR_MASK)
192
193 #define PTE1_PROMOTE    (PTE1_V | PTE1_A | PTE1_NM | PTE1_S | PTE1_NG | \
194                          PTE1_NX | PTE1_RO | PTE1_U | PTE1_W |          \
195                          PTE1_ATTR_MASK)
196
197 #define ATTR_TO_L1(l2_attr)     ((((l2_attr) & L2_TEX0) ? L1_S_TEX0 : 0) | \
198                                  (((l2_attr) & L2_C)    ? L1_S_C    : 0) | \
199                                  (((l2_attr) & L2_B)    ? L1_S_B    : 0) | \
200                                  (((l2_attr) & PTE2_A)  ? PTE1_A    : 0) | \
201                                  (((l2_attr) & PTE2_NM) ? PTE1_NM   : 0) | \
202                                  (((l2_attr) & PTE2_S)  ? PTE1_S    : 0) | \
203                                  (((l2_attr) & PTE2_NG) ? PTE1_NG   : 0) | \
204                                  (((l2_attr) & PTE2_NX) ? PTE1_NX   : 0) | \
205                                  (((l2_attr) & PTE2_RO) ? PTE1_RO   : 0) | \
206                                  (((l2_attr) & PTE2_U)  ? PTE1_U    : 0) | \
207                                  (((l2_attr) & PTE2_W)  ? PTE1_W    : 0))
208
209 #define ATTR_TO_L2(l1_attr)     ((((l1_attr) & L1_S_TEX0) ? L2_TEX0 : 0) | \
210                                  (((l1_attr) & L1_S_C)    ? L2_C    : 0) | \
211                                  (((l1_attr) & L1_S_B)    ? L2_B    : 0) | \
212                                  (((l1_attr) & PTE1_A)    ? PTE2_A  : 0) | \
213                                  (((l1_attr) & PTE1_NM)   ? PTE2_NM : 0) | \
214                                  (((l1_attr) & PTE1_S)    ? PTE2_S  : 0) | \
215                                  (((l1_attr) & PTE1_NG)   ? PTE2_NG : 0) | \
216                                  (((l1_attr) & PTE1_NX)   ? PTE2_NX : 0) | \
217                                  (((l1_attr) & PTE1_RO)   ? PTE2_RO : 0) | \
218                                  (((l1_attr) & PTE1_U)    ? PTE2_U  : 0) | \
219                                  (((l1_attr) & PTE1_W)    ? PTE2_W  : 0))
220
221 /*
222  *  PTE2 descriptors creation macros.
223  */
224 #define PTE2_ATTR_DEFAULT       vm_memattr_to_pte2(VM_MEMATTR_DEFAULT)
225 #define PTE2_ATTR_PT            vm_memattr_to_pte2(pt_memattr)
226
227 #define PTE2_KPT(pa)    PTE2_KERN(pa, PTE2_AP_KRW, PTE2_ATTR_PT)
228 #define PTE2_KPT_NG(pa) PTE2_KERN_NG(pa, PTE2_AP_KRW, PTE2_ATTR_PT)
229
230 #define PTE2_KRW(pa)    PTE2_KERN(pa, PTE2_AP_KRW, PTE2_ATTR_DEFAULT)
231 #define PTE2_KRO(pa)    PTE2_KERN(pa, PTE2_AP_KR, PTE2_ATTR_DEFAULT)
232
233 #define PV_STATS
234 #ifdef PV_STATS
235 #define PV_STAT(x)      do { x ; } while (0)
236 #else
237 #define PV_STAT(x)      do { } while (0)
238 #endif
239
240 /*
241  *  The boot_pt1 is used temporary in very early boot stage as L1 page table.
242  *  We can init many things with no memory allocation thanks to its static
243  *  allocation and this brings two main advantages:
244  *  (1) other cores can be started very simply,
245  *  (2) various boot loaders can be supported as its arguments can be processed
246  *      in virtual address space and can be moved to safe location before
247  *      first allocation happened.
248  *  Only disadvantage is that boot_pt1 is used only in very early boot stage.
249  *  However, the table is uninitialized and so lays in bss. Therefore kernel
250  *  image size is not influenced.
251  *
252  *  QQQ: In the future, maybe, boot_pt1 can be used for soft reset and
253  *       CPU suspend/resume game.
254  */
255 extern pt1_entry_t boot_pt1[];
256
257 vm_paddr_t base_pt1;
258 pt1_entry_t *kern_pt1;
259 pt2_entry_t *kern_pt2tab;
260 pt2_entry_t *PT2MAP;
261
262 static uint32_t ttb_flags;
263 static vm_memattr_t pt_memattr;
264 ttb_entry_t pmap_kern_ttb;
265
266 struct pmap kernel_pmap_store;
267 LIST_HEAD(pmaplist, pmap);
268 static struct pmaplist allpmaps;
269 static struct mtx allpmaps_lock;
270
271 vm_offset_t virtual_avail;      /* VA of first avail page (after kernel bss) */
272 vm_offset_t virtual_end;        /* VA of last avail page (end of kernel AS) */
273
274 static vm_offset_t kernel_vm_end_new;
275 vm_offset_t kernel_vm_end = KERNBASE + NKPT2PG * NPT2_IN_PG * PTE1_SIZE;
276 vm_offset_t vm_max_kernel_address;
277 vm_paddr_t kernel_l1pa;
278
279 static struct rwlock __aligned(CACHE_LINE_SIZE) pvh_global_lock;
280
281 /*
282  *  Data for the pv entry allocation mechanism
283  */
284 static TAILQ_HEAD(pch, pv_chunk) pv_chunks = TAILQ_HEAD_INITIALIZER(pv_chunks);
285 static int pv_entry_count = 0, pv_entry_max = 0, pv_entry_high_water = 0;
286 static struct md_page *pv_table; /* XXX: Is it used only the list in md_page? */
287 static int shpgperproc = PMAP_SHPGPERPROC;
288
289 struct pv_chunk *pv_chunkbase;          /* KVA block for pv_chunks */
290 int pv_maxchunks;                       /* How many chunks we have KVA for */
291 vm_offset_t pv_vafree;                  /* freelist stored in the PTE */
292
293 vm_paddr_t first_managed_pa;
294 #define pa_to_pvh(pa)   (&pv_table[pte1_index(pa - first_managed_pa)])
295
296 /*
297  *  All those kernel PT submaps that BSD is so fond of
298  */
299 struct sysmaps {
300         struct  mtx lock;
301         pt2_entry_t *CMAP1;
302         pt2_entry_t *CMAP2;
303         pt2_entry_t *CMAP3;
304         caddr_t CADDR1;
305         caddr_t CADDR2;
306         caddr_t CADDR3;
307 };
308 static struct sysmaps sysmaps_pcpu[MAXCPU];
309 static pt2_entry_t *CMAP3;
310 static caddr_t CADDR3;
311 caddr_t _tmppt = 0;
312
313 struct msgbuf *msgbufp = NULL; /* XXX move it to machdep.c */
314
315 /*
316  *  Crashdump maps.
317  */
318 static caddr_t crashdumpmap;
319
320 static pt2_entry_t *PMAP1 = NULL, *PMAP2;
321 static pt2_entry_t *PADDR1 = NULL, *PADDR2;
322 #ifdef DDB
323 static pt2_entry_t *PMAP3;
324 static pt2_entry_t *PADDR3;
325 static int PMAP3cpu __unused; /* for SMP only */
326 #endif
327 #ifdef SMP
328 static int PMAP1cpu;
329 static int PMAP1changedcpu;
330 SYSCTL_INT(_debug, OID_AUTO, PMAP1changedcpu, CTLFLAG_RD,
331     &PMAP1changedcpu, 0,
332     "Number of times pmap_pte2_quick changed CPU with same PMAP1");
333 #endif
334 static int PMAP1changed;
335 SYSCTL_INT(_debug, OID_AUTO, PMAP1changed, CTLFLAG_RD,
336     &PMAP1changed, 0,
337     "Number of times pmap_pte2_quick changed PMAP1");
338 static int PMAP1unchanged;
339 SYSCTL_INT(_debug, OID_AUTO, PMAP1unchanged, CTLFLAG_RD,
340     &PMAP1unchanged, 0,
341     "Number of times pmap_pte2_quick didn't change PMAP1");
342 static struct mtx PMAP2mutex;
343
344 static __inline void pt2_wirecount_init(vm_page_t m);
345 static boolean_t pmap_demote_pte1(pmap_t pmap, pt1_entry_t *pte1p,
346     vm_offset_t va);
347 void cache_icache_sync_fresh(vm_offset_t va, vm_paddr_t pa, vm_size_t size);
348
349 /*
350  *  Function to set the debug level of the pmap code.
351  */
352 #ifdef PMAP_DEBUG
353 void
354 pmap_debug(int level)
355 {
356
357         pmap_debug_level = level;
358         dprintf("pmap_debug: level=%d\n", pmap_debug_level);
359 }
360 #endif /* PMAP_DEBUG */
361
362 /*
363  *  This table must corespond with memory attribute configuration in vm.h.
364  *  First entry is used for normal system mapping.
365  *
366  *  Device memory is always marked as shared.
367  *  Normal memory is shared only in SMP .
368  *  Not outer shareable bits are not used yet.
369  *  Class 6 cannot be used on ARM11.
370  */
371 #define TEXDEF_TYPE_SHIFT       0
372 #define TEXDEF_TYPE_MASK        0x3
373 #define TEXDEF_INNER_SHIFT      2
374 #define TEXDEF_INNER_MASK       0x3
375 #define TEXDEF_OUTER_SHIFT      4
376 #define TEXDEF_OUTER_MASK       0x3
377 #define TEXDEF_NOS_SHIFT        6
378 #define TEXDEF_NOS_MASK         0x1
379
380 #define TEX(t, i, o, s)                         \
381                 ((t) << TEXDEF_TYPE_SHIFT) |    \
382                 ((i) << TEXDEF_INNER_SHIFT) |   \
383                 ((o) << TEXDEF_OUTER_SHIFT |    \
384                 ((s) << TEXDEF_NOS_SHIFT))
385
386 static uint32_t tex_class[8] = {
387 /*          type      inner cache outer cache */
388         TEX(PRRR_MEM, NMRR_WB_WA, NMRR_WB_WA, 0),  /* 0 - ATTR_WB_WA    */
389         TEX(PRRR_MEM, NMRR_NC,    NMRR_NC,    0),  /* 1 - ATTR_NOCACHE  */
390         TEX(PRRR_DEV, NMRR_NC,    NMRR_NC,    0),  /* 2 - ATTR_DEVICE   */
391         TEX(PRRR_SO,  NMRR_NC,    NMRR_NC,    0),  /* 3 - ATTR_SO       */
392         TEX(PRRR_MEM, NMRR_WT,    NMRR_WT,    0),  /* 4 - ATTR_WT       */
393         TEX(PRRR_MEM, NMRR_NC,    NMRR_NC,    0),  /* 5 - NOT USED YET  */
394         TEX(PRRR_MEM, NMRR_NC,    NMRR_NC,    0),  /* 6 - NOT USED YET  */
395         TEX(PRRR_MEM, NMRR_NC,    NMRR_NC,    0),  /* 7 - NOT USED YET  */
396 };
397 #undef TEX
398
399 static uint32_t pte2_attr_tab[8] = {
400         PTE2_ATTR_WB_WA,        /* 0 - VM_MEMATTR_WB_WA */
401         PTE2_ATTR_NOCACHE,      /* 1 - VM_MEMATTR_NOCACHE */
402         PTE2_ATTR_DEVICE,       /* 2 - VM_MEMATTR_DEVICE */
403         PTE2_ATTR_SO,           /* 3 - VM_MEMATTR_SO */
404         PTE2_ATTR_WT,           /* 4 - VM_MEMATTR_WRITE_THROUGH */
405         0,                      /* 5 - NOT USED YET */
406         0,                      /* 6 - NOT USED YET */
407         0                       /* 7 - NOT USED YET */
408 };
409 CTASSERT(VM_MEMATTR_WB_WA == 0);
410 CTASSERT(VM_MEMATTR_NOCACHE == 1);
411 CTASSERT(VM_MEMATTR_DEVICE == 2);
412 CTASSERT(VM_MEMATTR_SO == 3);
413 CTASSERT(VM_MEMATTR_WRITE_THROUGH == 4);
414
415 static inline uint32_t
416 vm_memattr_to_pte2(vm_memattr_t ma)
417 {
418
419         KASSERT((u_int)ma < 5, ("%s: bad vm_memattr_t %d", __func__, ma));
420         return (pte2_attr_tab[(u_int)ma]);
421 }
422
423 static inline uint32_t
424 vm_page_pte2_attr(vm_page_t m)
425 {
426
427         return (vm_memattr_to_pte2(m->md.pat_mode));
428 }
429
430 /*
431  * Convert TEX definition entry to TTB flags.
432  */
433 static uint32_t
434 encode_ttb_flags(int idx)
435 {
436         uint32_t inner, outer, nos, reg;
437
438         inner = (tex_class[idx] >> TEXDEF_INNER_SHIFT) &
439                 TEXDEF_INNER_MASK;
440         outer = (tex_class[idx] >> TEXDEF_OUTER_SHIFT) &
441                 TEXDEF_OUTER_MASK;
442         nos = (tex_class[idx] >> TEXDEF_NOS_SHIFT) &
443                 TEXDEF_NOS_MASK;
444
445         reg = nos << 5;
446         reg |= outer << 3;
447         if (cpuinfo.coherent_walk)
448                 reg |= (inner & 0x1) << 6;
449         reg |= (inner & 0x2) >> 1;
450 #ifdef SMP
451         reg |= 1 << 1;
452 #endif
453         return reg;
454 }
455
456 /*
457  *  Set TEX remapping registers in current CPU.
458  */
459 void
460 pmap_set_tex(void)
461 {
462         uint32_t prrr, nmrr;
463         uint32_t type, inner, outer, nos;
464         int i;
465
466 #ifdef PMAP_PTE_NOCACHE
467         /* XXX fixme */
468         if (cpuinfo.coherent_walk) {
469                 pt_memattr = VM_MEMATTR_WB_WA;
470                 ttb_flags = encode_ttb_flags(0);
471         }
472         else {
473                 pt_memattr = VM_MEMATTR_NOCACHE;
474                 ttb_flags = encode_ttb_flags(1);
475         }
476 #else
477         pt_memattr = VM_MEMATTR_WB_WA;
478         ttb_flags = encode_ttb_flags(0);
479 #endif
480
481         prrr = 0;
482         nmrr = 0;
483
484         /* Build remapping register from TEX classes. */
485         for (i = 0; i < 8; i++) {
486                 type = (tex_class[i] >> TEXDEF_TYPE_SHIFT) &
487                         TEXDEF_TYPE_MASK;
488                 inner = (tex_class[i] >> TEXDEF_INNER_SHIFT) &
489                         TEXDEF_INNER_MASK;
490                 outer = (tex_class[i] >> TEXDEF_OUTER_SHIFT) &
491                         TEXDEF_OUTER_MASK;
492                 nos = (tex_class[i] >> TEXDEF_NOS_SHIFT) &
493                         TEXDEF_NOS_MASK;
494
495                 prrr |= type  << (i * 2);
496                 prrr |= nos   << (i + 24);
497                 nmrr |= inner << (i * 2);
498                 nmrr |= outer << (i * 2 + 16);
499         }
500         /* Add shareable bits for device memory. */
501         prrr |= PRRR_DS0 | PRRR_DS1;
502
503         /* Add shareable bits for normal memory in SMP case. */
504 #ifdef SMP
505         prrr |= PRRR_NS1;
506 #endif
507         cp15_prrr_set(prrr);
508         cp15_nmrr_set(nmrr);
509
510         /* Caches are disabled, so full TLB flush should be enough. */
511         tlb_flush_all_local();
512 }
513
514 /*
515  * KERNBASE must be multiple of NPT2_IN_PG * PTE1_SIZE. In other words,
516  * KERNBASE is mapped by first L2 page table in L2 page table page. It
517  * meets same constrain due to PT2MAP being placed just under KERNBASE.
518  */
519 CTASSERT((KERNBASE & (NPT2_IN_PG * PTE1_SIZE - 1)) == 0);
520 CTASSERT((KERNBASE - VM_MAXUSER_ADDRESS) >= PT2MAP_SIZE);
521
522 /*
523  *  In crazy dreams, PAGE_SIZE could be a multiple of PTE2_SIZE in general.
524  *  For now, anyhow, the following check must be fulfilled.
525  */
526 CTASSERT(PAGE_SIZE == PTE2_SIZE);
527 /*
528  *  We don't want to mess up MI code with all MMU and PMAP definitions,
529  *  so some things, which depend on other ones, are defined independently.
530  *  Now, it is time to check that we don't screw up something.
531  */
532 CTASSERT(PDRSHIFT == PTE1_SHIFT);
533 /*
534  *  Check L1 and L2 page table entries definitions consistency.
535  */
536 CTASSERT(NB_IN_PT1 == (sizeof(pt1_entry_t) * NPTE1_IN_PT1));
537 CTASSERT(NB_IN_PT2 == (sizeof(pt2_entry_t) * NPTE2_IN_PT2));
538 /*
539  *  Check L2 page tables page consistency.
540  */
541 CTASSERT(PAGE_SIZE == (NPT2_IN_PG * NB_IN_PT2));
542 CTASSERT((1 << PT2PG_SHIFT) == NPT2_IN_PG);
543 /*
544  *  Check PT2TAB consistency.
545  *  PT2TAB_ENTRIES is defined as a division of NPTE1_IN_PT1 by NPT2_IN_PG.
546  *  This should be done without remainder.
547  */
548 CTASSERT(NPTE1_IN_PT1 == (PT2TAB_ENTRIES * NPT2_IN_PG));
549
550 /*
551  *      A PT2MAP magic.
552  *
553  *  All level 2 page tables (PT2s) are mapped continuously and accordingly
554  *  into PT2MAP address space. As PT2 size is less than PAGE_SIZE, this can
555  *  be done only if PAGE_SIZE is a multiple of PT2 size. All PT2s in one page
556  *  must be used together, but not necessary at once. The first PT2 in a page
557  *  must map things on correctly aligned address and the others must follow
558  *  in right order.
559  */
560 #define NB_IN_PT2TAB    (PT2TAB_ENTRIES * sizeof(pt2_entry_t))
561 #define NPT2_IN_PT2TAB  (NB_IN_PT2TAB / NB_IN_PT2)
562 #define NPG_IN_PT2TAB   (NB_IN_PT2TAB / PAGE_SIZE)
563
564 /*
565  *  Check PT2TAB consistency.
566  *  NPT2_IN_PT2TAB is defined as a division of NB_IN_PT2TAB by NB_IN_PT2.
567  *  NPG_IN_PT2TAB is defined as a division of NB_IN_PT2TAB by PAGE_SIZE.
568  *  The both should be done without remainder.
569  */
570 CTASSERT(NB_IN_PT2TAB == (NPT2_IN_PT2TAB * NB_IN_PT2));
571 CTASSERT(NB_IN_PT2TAB == (NPG_IN_PT2TAB * PAGE_SIZE));
572 /*
573  *  The implementation was made general, however, with the assumption
574  *  bellow in mind. In case of another value of NPG_IN_PT2TAB,
575  *  the code should be once more rechecked.
576  */
577 CTASSERT(NPG_IN_PT2TAB == 1);
578
579 /*
580  *  Get offset of PT2 in a page
581  *  associated with given PT1 index.
582  */
583 static __inline u_int
584 page_pt2off(u_int pt1_idx)
585 {
586
587         return ((pt1_idx & PT2PG_MASK) * NB_IN_PT2);
588 }
589
590 /*
591  *  Get physical address of PT2
592  *  associated with given PT2s page and PT1 index.
593  */
594 static __inline vm_paddr_t
595 page_pt2pa(vm_paddr_t pgpa, u_int pt1_idx)
596 {
597
598         return (pgpa + page_pt2off(pt1_idx));
599 }
600
601 /*
602  *  Get first entry of PT2
603  *  associated with given PT2s page and PT1 index.
604  */
605 static __inline pt2_entry_t *
606 page_pt2(vm_offset_t pgva, u_int pt1_idx)
607 {
608
609         return ((pt2_entry_t *)(pgva + page_pt2off(pt1_idx)));
610 }
611
612 /*
613  *  Get virtual address of PT2s page (mapped in PT2MAP)
614  *  which holds PT2 which holds entry which maps given virtual address.
615  */
616 static __inline vm_offset_t
617 pt2map_pt2pg(vm_offset_t va)
618 {
619
620         va &= ~(NPT2_IN_PG * PTE1_SIZE - 1);
621         return ((vm_offset_t)pt2map_entry(va));
622 }
623
624 /*****************************************************************************
625  *
626  *     THREE pmap initialization milestones exist:
627  *
628  *  locore.S
629  *    -> fundamental init (including MMU) in ASM
630  *
631  *  initarm()
632  *    -> fundamental init continues in C
633  *    -> first available physical address is known
634  *
635  *    pmap_bootstrap_prepare() -> FIRST PMAP MILESTONE (first epoch begins)
636  *      -> basic (safe) interface for physical address allocation is made
637  *      -> basic (safe) interface for virtual mapping is made
638  *      -> limited not SMP coherent work is possible
639  *
640  *    -> more fundamental init continues in C
641  *    -> locks and some more things are available
642  *    -> all fundamental allocations and mappings are done
643  *
644  *    pmap_bootstrap() -> SECOND PMAP MILESTONE (second epoch begins)
645  *      -> phys_avail[] and virtual_avail is set
646  *      -> control is passed to vm subsystem
647  *      -> physical and virtual address allocation are off limit
648  *      -> low level mapping functions, some SMP coherent,
649  *         are available, which cannot be used before vm subsystem
650  *         is being inited
651  *
652  *  mi_startup()
653  *    -> vm subsystem is being inited
654  *
655  *      pmap_init() -> THIRD PMAP MILESTONE (third epoch begins)
656  *        -> pmap is fully inited
657  *
658  *****************************************************************************/
659
660 /*****************************************************************************
661  *
662  *      PMAP first stage initialization and utility functions
663  *      for pre-bootstrap epoch.
664  *
665  *  After pmap_bootstrap_prepare() is called, the following functions
666  *  can be used:
667  *
668  *  (1) strictly only for this stage functions for physical page allocations,
669  *      virtual space allocations, and mappings:
670  *
671  *  vm_paddr_t pmap_preboot_get_pages(u_int num);
672  *  void pmap_preboot_map_pages(vm_paddr_t pa, vm_offset_t va, u_int num);
673  *  vm_offset_t pmap_preboot_reserve_pages(u_int num);
674  *  vm_offset_t pmap_preboot_get_vpages(u_int num);
675  *  void pmap_preboot_map_attr(vm_paddr_t pa, vm_offset_t va, vm_size_t size,
676  *      vm_prot_t prot, vm_memattr_t attr);
677  *
678  *  (2) for all stages:
679  *
680  *  vm_paddr_t pmap_kextract(vm_offset_t va);
681  *
682  *  NOTE: This is not SMP coherent stage.
683  *
684  *****************************************************************************/
685
686 #define KERNEL_P2V(pa) \
687     ((vm_offset_t)((pa) - arm_physmem_kernaddr + KERNVIRTADDR))
688 #define KERNEL_V2P(va) \
689     ((vm_paddr_t)((va) - KERNVIRTADDR + arm_physmem_kernaddr))
690
691 static vm_paddr_t last_paddr;
692
693 /*
694  *  Pre-bootstrap epoch page allocator.
695  */
696 vm_paddr_t
697 pmap_preboot_get_pages(u_int num)
698 {
699         vm_paddr_t ret;
700
701         ret = last_paddr;
702         last_paddr += num * PAGE_SIZE;
703
704         return (ret);
705 }
706
707 /*
708  *      The fundamental initialization of PMAP stuff.
709  *
710  *  Some things already happened in locore.S and some things could happen
711  *  before pmap_bootstrap_prepare() is called, so let's recall what is done:
712  *  1. Caches are disabled.
713  *  2. We are running on virtual addresses already with 'boot_pt1'
714  *     as L1 page table.
715  *  3. So far, all virtual addresses can be converted to physical ones and
716  *     vice versa by the following macros:
717  *       KERNEL_P2V(pa) .... physical to virtual ones,
718  *       KERNEL_V2P(va) .... virtual to physical ones.
719  *
720  *  What is done herein:
721  *  1. The 'boot_pt1' is replaced by real kernel L1 page table 'kern_pt1'.
722  *  2. PT2MAP magic is brought to live.
723  *  3. Basic preboot functions for page allocations and mappings can be used.
724  *  4. Everything is prepared for L1 cache enabling.
725  *
726  *  Variations:
727  *  1. To use second TTB register, so kernel and users page tables will be
728  *     separated. This way process forking - pmap_pinit() - could be faster,
729  *     it saves physical pages and KVA per a process, and it's simple change.
730  *     However, it will lead, due to hardware matter, to the following:
731  *     (a) 2G space for kernel and 2G space for users.
732  *     (b) 1G space for kernel in low addresses and 3G for users above it.
733  *     A question is: Is the case (b) really an option? Note that case (b)
734  *     does save neither physical memory and KVA.
735  */
736 void
737 pmap_bootstrap_prepare(vm_paddr_t last)
738 {
739         vm_paddr_t pt2pg_pa, pt2tab_pa, pa, size;
740         vm_offset_t pt2pg_va;
741         pt1_entry_t *pte1p;
742         pt2_entry_t *pte2p;
743         u_int i;
744         uint32_t actlr_mask, actlr_set, l1_attr;
745
746         /*
747          * Now, we are going to make real kernel mapping. Note that we are
748          * already running on some mapping made in locore.S and we expect
749          * that it's large enough to ensure nofault access to physical memory
750          * allocated herein before switch.
751          *
752          * As kernel image and everything needed before are and will be mapped
753          * by section mappings, we align last physical address to PTE1_SIZE.
754          */
755         last_paddr = pte1_roundup(last);
756
757         /*
758          * Allocate and zero page(s) for kernel L1 page table.
759          *
760          * Note that it's first allocation on space which was PTE1_SIZE
761          * aligned and as such base_pt1 is aligned to NB_IN_PT1 too.
762          */
763         base_pt1 = pmap_preboot_get_pages(NPG_IN_PT1);
764         kern_pt1 = (pt1_entry_t *)KERNEL_P2V(base_pt1);
765         bzero((void*)kern_pt1, NB_IN_PT1);
766         pte1_sync_range(kern_pt1, NB_IN_PT1);
767
768         /* Allocate and zero page(s) for kernel PT2TAB. */
769         pt2tab_pa = pmap_preboot_get_pages(NPG_IN_PT2TAB);
770         kern_pt2tab = (pt2_entry_t *)KERNEL_P2V(pt2tab_pa);
771         bzero(kern_pt2tab, NB_IN_PT2TAB);
772         pte2_sync_range(kern_pt2tab, NB_IN_PT2TAB);
773
774         /* Allocate and zero page(s) for kernel L2 page tables. */
775         pt2pg_pa = pmap_preboot_get_pages(NKPT2PG);
776         pt2pg_va = KERNEL_P2V(pt2pg_pa);
777         size = NKPT2PG * PAGE_SIZE;
778         bzero((void*)pt2pg_va, size);
779         pte2_sync_range((pt2_entry_t *)pt2pg_va, size);
780
781         /*
782          * Add a physical memory segment (vm_phys_seg) corresponding to the
783          * preallocated pages for kernel L2 page tables so that vm_page
784          * structures representing these pages will be created. The vm_page
785          * structures are required for promotion of the corresponding kernel
786          * virtual addresses to section mappings.
787          */
788         vm_phys_add_seg(pt2tab_pa, pmap_preboot_get_pages(0));
789
790         /*
791          * Insert allocated L2 page table pages to PT2TAB and make
792          * link to all PT2s in L1 page table. See how kernel_vm_end
793          * is initialized.
794          *
795          * We play simple and safe. So every KVA will have underlaying
796          * L2 page table, even kernel image mapped by sections.
797          */
798         pte2p = kern_pt2tab_entry(KERNBASE);
799         for (pa = pt2pg_pa; pa < pt2pg_pa + size; pa += PTE2_SIZE)
800                 pt2tab_store(pte2p++, PTE2_KPT(pa));
801
802         pte1p = kern_pte1(KERNBASE);
803         for (pa = pt2pg_pa; pa < pt2pg_pa + size; pa += NB_IN_PT2)
804                 pte1_store(pte1p++, PTE1_LINK(pa));
805
806         /* Make section mappings for kernel. */
807         l1_attr = ATTR_TO_L1(PTE2_ATTR_DEFAULT);
808         pte1p = kern_pte1(KERNBASE);
809         for (pa = KERNEL_V2P(KERNBASE); pa < last; pa += PTE1_SIZE)
810                 pte1_store(pte1p++, PTE1_KERN(pa, PTE1_AP_KRW, l1_attr));
811
812         /*
813          * Get free and aligned space for PT2MAP and make L1 page table links
814          * to L2 page tables held in PT2TAB.
815          *
816          * Note that pages holding PT2s are stored in PT2TAB as pt2_entry_t
817          * descriptors and PT2TAB page(s) itself is(are) used as PT2s. Thus
818          * each entry in PT2TAB maps all PT2s in a page. This implies that
819          * virtual address of PT2MAP must be aligned to NPT2_IN_PG * PTE1_SIZE.
820          */
821         PT2MAP = (pt2_entry_t *)(KERNBASE - PT2MAP_SIZE);
822         pte1p = kern_pte1((vm_offset_t)PT2MAP);
823         for (pa = pt2tab_pa, i = 0; i < NPT2_IN_PT2TAB; i++, pa += NB_IN_PT2) {
824                 pte1_store(pte1p++, PTE1_LINK(pa));
825         }
826
827         /*
828          * Store PT2TAB in PT2TAB itself, i.e. self reference mapping.
829          * Each pmap will hold own PT2TAB, so the mapping should be not global.
830          */
831         pte2p = kern_pt2tab_entry((vm_offset_t)PT2MAP);
832         for (pa = pt2tab_pa, i = 0; i < NPG_IN_PT2TAB; i++, pa += PTE2_SIZE) {
833                 pt2tab_store(pte2p++, PTE2_KPT_NG(pa));
834         }
835
836         /*
837          * Choose correct L2 page table and make mappings for allocations
838          * made herein which replaces temporary locore.S mappings after a while.
839          * Note that PT2MAP cannot be used until we switch to kern_pt1.
840          *
841          * Note, that these allocations started aligned on 1M section and
842          * kernel PT1 was allocated first. Making of mappings must follow
843          * order of physical allocations as we've used KERNEL_P2V() macro
844          * for virtual addresses resolution.
845          */
846         pte2p = kern_pt2tab_entry((vm_offset_t)kern_pt1);
847         pt2pg_va = KERNEL_P2V(pte2_pa(pte2_load(pte2p)));
848
849         pte2p = page_pt2(pt2pg_va, pte1_index((vm_offset_t)kern_pt1));
850
851         /* Make mapping for kernel L1 page table. */
852         for (pa = base_pt1, i = 0; i < NPG_IN_PT1; i++, pa += PTE2_SIZE)
853                 pte2_store(pte2p++, PTE2_KPT(pa));
854
855         /* Make mapping for kernel PT2TAB. */
856         for (pa = pt2tab_pa, i = 0; i < NPG_IN_PT2TAB; i++, pa += PTE2_SIZE)
857                 pte2_store(pte2p++, PTE2_KPT(pa));
858
859         /* Finally, switch from 'boot_pt1' to 'kern_pt1'. */
860         pmap_kern_ttb = base_pt1 | ttb_flags;
861         cpuinfo_get_actlr_modifier(&actlr_mask, &actlr_set);
862         reinit_mmu(pmap_kern_ttb, actlr_mask, actlr_set);
863         /*
864          * Initialize the first available KVA. As kernel image is mapped by
865          * sections, we are leaving some gap behind.
866          */
867         virtual_avail = (vm_offset_t)kern_pt2tab + NPG_IN_PT2TAB * PAGE_SIZE;
868 }
869
870 /*
871  *  Setup L2 page table page for given KVA.
872  *  Used in pre-bootstrap epoch.
873  *
874  *  Note that we have allocated NKPT2PG pages for L2 page tables in advance
875  *  and used them for mapping KVA starting from KERNBASE. However, this is not
876  *  enough. Vectors and devices need L2 page tables too. Note that they are
877  *  even above VM_MAX_KERNEL_ADDRESS.
878  */
879 static __inline vm_paddr_t
880 pmap_preboot_pt2pg_setup(vm_offset_t va)
881 {
882         pt2_entry_t *pte2p, pte2;
883         vm_paddr_t pt2pg_pa;
884
885         /* Get associated entry in PT2TAB. */
886         pte2p = kern_pt2tab_entry(va);
887
888         /* Just return, if PT2s page exists already. */
889         pte2 = pt2tab_load(pte2p);
890         if (pte2_is_valid(pte2))
891                 return (pte2_pa(pte2));
892
893         KASSERT(va >= VM_MAX_KERNEL_ADDRESS,
894             ("%s: NKPT2PG too small", __func__));
895
896         /*
897          * Allocate page for PT2s and insert it to PT2TAB.
898          * In other words, map it into PT2MAP space.
899          */
900         pt2pg_pa = pmap_preboot_get_pages(1);
901         pt2tab_store(pte2p, PTE2_KPT(pt2pg_pa));
902
903         /* Zero all PT2s in allocated page. */
904         bzero((void*)pt2map_pt2pg(va), PAGE_SIZE);
905         pte2_sync_range((pt2_entry_t *)pt2map_pt2pg(va), PAGE_SIZE);
906
907         return (pt2pg_pa);
908 }
909
910 /*
911  *  Setup L2 page table for given KVA.
912  *  Used in pre-bootstrap epoch.
913  */
914 static void
915 pmap_preboot_pt2_setup(vm_offset_t va)
916 {
917         pt1_entry_t *pte1p;
918         vm_paddr_t pt2pg_pa, pt2_pa;
919
920         /* Setup PT2's page. */
921         pt2pg_pa = pmap_preboot_pt2pg_setup(va);
922         pt2_pa = page_pt2pa(pt2pg_pa, pte1_index(va));
923
924         /* Insert PT2 to PT1. */
925         pte1p = kern_pte1(va);
926         pte1_store(pte1p, PTE1_LINK(pt2_pa));
927 }
928
929 /*
930  *  Get L2 page entry associated with given KVA.
931  *  Used in pre-bootstrap epoch.
932  */
933 static __inline pt2_entry_t*
934 pmap_preboot_vtopte2(vm_offset_t va)
935 {
936         pt1_entry_t *pte1p;
937
938         /* Setup PT2 if needed. */
939         pte1p = kern_pte1(va);
940         if (!pte1_is_valid(pte1_load(pte1p))) /* XXX - sections ?! */
941                 pmap_preboot_pt2_setup(va);
942
943         return (pt2map_entry(va));
944 }
945
946 /*
947  *  Pre-bootstrap epoch page(s) mapping(s).
948  */
949 void
950 pmap_preboot_map_pages(vm_paddr_t pa, vm_offset_t va, u_int num)
951 {
952         u_int i;
953         pt2_entry_t *pte2p;
954
955         /* Map all the pages. */
956         for (i = 0; i < num; i++) {
957                 pte2p = pmap_preboot_vtopte2(va);
958                 pte2_store(pte2p, PTE2_KRW(pa));
959                 va += PAGE_SIZE;
960                 pa += PAGE_SIZE;
961         }
962 }
963
964 /*
965  *  Pre-bootstrap epoch virtual space alocator.
966  */
967 vm_offset_t
968 pmap_preboot_reserve_pages(u_int num)
969 {
970         u_int i;
971         vm_offset_t start, va;
972         pt2_entry_t *pte2p;
973
974         /* Allocate virtual space. */
975         start = va = virtual_avail;
976         virtual_avail += num * PAGE_SIZE;
977
978         /* Zero the mapping. */
979         for (i = 0; i < num; i++) {
980                 pte2p = pmap_preboot_vtopte2(va);
981                 pte2_store(pte2p, 0);
982                 va += PAGE_SIZE;
983         }
984
985         return (start);
986 }
987
988 /*
989  *  Pre-bootstrap epoch page(s) allocation and mapping(s).
990  */
991 vm_offset_t
992 pmap_preboot_get_vpages(u_int num)
993 {
994         vm_paddr_t  pa;
995         vm_offset_t va;
996
997         /* Allocate physical page(s). */
998         pa = pmap_preboot_get_pages(num);
999
1000         /* Allocate virtual space. */
1001         va = virtual_avail;
1002         virtual_avail += num * PAGE_SIZE;
1003
1004         /* Map and zero all. */
1005         pmap_preboot_map_pages(pa, va, num);
1006         bzero((void *)va, num * PAGE_SIZE);
1007
1008         return (va);
1009 }
1010
1011 /*
1012  *  Pre-bootstrap epoch page mapping(s) with attributes.
1013  */
1014 void
1015 pmap_preboot_map_attr(vm_paddr_t pa, vm_offset_t va, vm_size_t size,
1016     vm_prot_t prot, vm_memattr_t attr)
1017 {
1018         u_int num;
1019         u_int l1_attr, l1_prot, l2_prot, l2_attr;
1020         pt1_entry_t *pte1p;
1021         pt2_entry_t *pte2p;
1022
1023         l2_prot = prot & VM_PROT_WRITE ? PTE2_AP_KRW : PTE2_AP_KR;
1024         l2_prot |= (prot & VM_PROT_EXECUTE) ? PTE2_X : PTE2_NX;
1025         l2_attr = vm_memattr_to_pte2(attr);
1026         l1_prot = ATTR_TO_L1(l2_prot);
1027         l1_attr = ATTR_TO_L1(l2_attr);
1028
1029         /* Map all the pages. */
1030         num = round_page(size);
1031         while (num > 0) {
1032                 if ((((va | pa) & PTE1_OFFSET) == 0) && (num >= PTE1_SIZE)) {
1033                         pte1p = kern_pte1(va);
1034                         pte1_store(pte1p, PTE1_KERN(pa, l1_prot, l1_attr));
1035                         va += PTE1_SIZE;
1036                         pa += PTE1_SIZE;
1037                         num -= PTE1_SIZE;
1038                 } else {
1039                         pte2p = pmap_preboot_vtopte2(va);
1040                         pte2_store(pte2p, PTE2_KERN(pa, l2_prot, l2_attr));
1041                         va += PAGE_SIZE;
1042                         pa += PAGE_SIZE;
1043                         num -= PAGE_SIZE;
1044                 }
1045         }
1046 }
1047
1048 /*
1049  *  Extract from the kernel page table the physical address
1050  *  that is mapped by the given virtual address "va".
1051  */
1052 vm_paddr_t
1053 pmap_kextract(vm_offset_t va)
1054 {
1055         vm_paddr_t pa;
1056         pt1_entry_t pte1;
1057         pt2_entry_t pte2;
1058
1059         pte1 = pte1_load(kern_pte1(va));
1060         if (pte1_is_section(pte1)) {
1061                 pa = pte1_pa(pte1) | (va & PTE1_OFFSET);
1062         } else if (pte1_is_link(pte1)) {
1063                 /*
1064                  * We should beware of concurrent promotion that changes
1065                  * pte1 at this point. However, it's not a problem as PT2
1066                  * page is preserved by promotion in PT2TAB. So even if
1067                  * it happens, using of PT2MAP is still safe.
1068                  *
1069                  * QQQ: However, concurrent removing is a problem which
1070                  *      ends in abort on PT2MAP space. Locking must be used
1071                  *      to deal with this.
1072                  */
1073                 pte2 = pte2_load(pt2map_entry(va));
1074                 pa = pte2_pa(pte2) | (va & PTE2_OFFSET);
1075         }
1076         else {
1077                 panic("%s: va %#x pte1 %#x", __func__, va, pte1);
1078         }
1079         return (pa);
1080 }
1081
1082 /*
1083  *  Extract from the kernel page table the physical address
1084  *  that is mapped by the given virtual address "va". Also
1085  *  return L2 page table entry which maps the address.
1086  *
1087  *  This is only intended to be used for panic dumps.
1088  */
1089 vm_paddr_t
1090 pmap_dump_kextract(vm_offset_t va, pt2_entry_t *pte2p)
1091 {
1092         vm_paddr_t pa;
1093         pt1_entry_t pte1;
1094         pt2_entry_t pte2;
1095
1096         pte1 = pte1_load(kern_pte1(va));
1097         if (pte1_is_section(pte1)) {
1098                 pa = pte1_pa(pte1) | (va & PTE1_OFFSET);
1099                 pte2 = pa | ATTR_TO_L2(pte1) | PTE2_V;
1100         } else if (pte1_is_link(pte1)) {
1101                 pte2 = pte2_load(pt2map_entry(va));
1102                 pa = pte2_pa(pte2);
1103         } else {
1104                 pte2 = 0;
1105                 pa = 0;
1106         }
1107         if (pte2p != NULL)
1108                 *pte2p = pte2;
1109         return (pa);
1110 }
1111
1112 /*****************************************************************************
1113  *
1114  *      PMAP second stage initialization and utility functions
1115  *      for bootstrap epoch.
1116  *
1117  *  After pmap_bootstrap() is called, the following functions for
1118  *  mappings can be used:
1119  *
1120  *  void pmap_kenter(vm_offset_t va, vm_paddr_t pa);
1121  *  void pmap_kremove(vm_offset_t va);
1122  *  vm_offset_t pmap_map(vm_offset_t *virt, vm_paddr_t start, vm_paddr_t end,
1123  *      int prot);
1124  *
1125  *  NOTE: This is not SMP coherent stage. And physical page allocation is not
1126  *        allowed during this stage.
1127  *
1128  *****************************************************************************/
1129
1130 /*
1131  *  Initialize kernel PMAP locks and lists, kernel_pmap itself, and
1132  *  reserve various virtual spaces for temporary mappings.
1133  */
1134 void
1135 pmap_bootstrap(vm_offset_t firstaddr)
1136 {
1137         pt2_entry_t *unused __unused;
1138         struct sysmaps *sysmaps;
1139         u_int i;
1140
1141         /*
1142          * Initialize the kernel pmap (which is statically allocated).
1143          */
1144         PMAP_LOCK_INIT(kernel_pmap);
1145         kernel_l1pa = (vm_paddr_t)kern_pt1;  /* for libkvm */
1146         kernel_pmap->pm_pt1 = kern_pt1;
1147         kernel_pmap->pm_pt2tab = kern_pt2tab;
1148         CPU_FILL(&kernel_pmap->pm_active);  /* don't allow deactivation */
1149         TAILQ_INIT(&kernel_pmap->pm_pvchunk);
1150
1151         /*
1152          * Initialize the global pv list lock.
1153          */
1154         rw_init(&pvh_global_lock, "pmap pv global");
1155
1156         LIST_INIT(&allpmaps);
1157
1158         /*
1159          * Request a spin mutex so that changes to allpmaps cannot be
1160          * preempted by smp_rendezvous_cpus().
1161          */
1162         mtx_init(&allpmaps_lock, "allpmaps", NULL, MTX_SPIN);
1163         mtx_lock_spin(&allpmaps_lock);
1164         LIST_INSERT_HEAD(&allpmaps, kernel_pmap, pm_list);
1165         mtx_unlock_spin(&allpmaps_lock);
1166
1167         /*
1168          * Reserve some special page table entries/VA space for temporary
1169          * mapping of pages.
1170          */
1171 #define SYSMAP(c, p, v, n)  do {                \
1172         v = (c)pmap_preboot_reserve_pages(n);   \
1173         p = pt2map_entry((vm_offset_t)v);       \
1174         } while (0)
1175
1176         /*
1177          * Local CMAP1/CMAP2 are used for zeroing and copying pages.
1178          * Local CMAP3 is used for data cache cleaning.
1179          * Global CMAP3 is used for the idle process page zeroing.
1180          */
1181         for (i = 0; i < MAXCPU; i++) {
1182                 sysmaps = &sysmaps_pcpu[i];
1183                 mtx_init(&sysmaps->lock, "SYSMAPS", NULL, MTX_DEF);
1184                 SYSMAP(caddr_t, sysmaps->CMAP1, sysmaps->CADDR1, 1);
1185                 SYSMAP(caddr_t, sysmaps->CMAP2, sysmaps->CADDR2, 1);
1186                 SYSMAP(caddr_t, sysmaps->CMAP3, sysmaps->CADDR3, 1);
1187         }
1188         SYSMAP(caddr_t, CMAP3, CADDR3, 1);
1189
1190         /*
1191          * Crashdump maps.
1192          */
1193         SYSMAP(caddr_t, unused, crashdumpmap, MAXDUMPPGS);
1194
1195         /*
1196          * _tmppt is used for reading arbitrary physical pages via /dev/mem.
1197          */
1198         SYSMAP(caddr_t, unused, _tmppt, 1);
1199
1200         /*
1201          * PADDR1 and PADDR2 are used by pmap_pte2_quick() and pmap_pte2(),
1202          * respectively. PADDR3 is used by pmap_pte2_ddb().
1203          */
1204         SYSMAP(pt2_entry_t *, PMAP1, PADDR1, 1);
1205         SYSMAP(pt2_entry_t *, PMAP2, PADDR2, 1);
1206 #ifdef DDB
1207         SYSMAP(pt2_entry_t *, PMAP3, PADDR3, 1);
1208 #endif
1209         mtx_init(&PMAP2mutex, "PMAP2", NULL, MTX_DEF);
1210
1211         /*
1212          * Note that in very short time in initarm(), we are going to
1213          * initialize phys_avail[] array and no further page allocation
1214          * can happen after that until vm subsystem will be initialized.
1215          */
1216         kernel_vm_end_new = kernel_vm_end;
1217         virtual_end = vm_max_kernel_address;
1218 }
1219
1220 static void
1221 pmap_init_qpages(void)
1222 {
1223         struct pcpu *pc;
1224         int i;
1225
1226         CPU_FOREACH(i) {
1227                 pc = pcpu_find(i);
1228                 pc->pc_qmap_addr = kva_alloc(PAGE_SIZE);
1229                 if (pc->pc_qmap_addr == 0)
1230                         panic("%s: unable to allocate KVA", __func__);
1231         }
1232 }
1233 SYSINIT(qpages_init, SI_SUB_CPU, SI_ORDER_ANY, pmap_init_qpages, NULL);
1234
1235 /*
1236  *  The function can already be use in second initialization stage.
1237  *  As such, the function DOES NOT call pmap_growkernel() where PT2
1238  *  allocation can happen. So if used, be sure that PT2 for given
1239  *  virtual address is allocated already!
1240  *
1241  *  Add a wired page to the kva.
1242  *  Note: not SMP coherent.
1243  */
1244 static __inline void
1245 pmap_kenter_prot_attr(vm_offset_t va, vm_paddr_t pa, uint32_t prot,
1246     uint32_t attr)
1247 {
1248         pt1_entry_t *pte1p;
1249         pt2_entry_t *pte2p;
1250
1251         pte1p = kern_pte1(va);
1252         if (!pte1_is_valid(pte1_load(pte1p))) { /* XXX - sections ?! */
1253                 /*
1254                  * This is a very low level function, so PT2 and particularly
1255                  * PT2PG associated with given virtual address must be already
1256                  * allocated. It's a pain mainly during pmap initialization
1257                  * stage. However, called after pmap initialization with
1258                  * virtual address not under kernel_vm_end will lead to
1259                  * the same misery.
1260                  */
1261                 if (!pte2_is_valid(pte2_load(kern_pt2tab_entry(va))))
1262                         panic("%s: kernel PT2 not allocated!", __func__);
1263         }
1264
1265         pte2p = pt2map_entry(va);
1266         pte2_store(pte2p, PTE2_KERN(pa, prot, attr));
1267 }
1268
1269 PMAP_INLINE void
1270 pmap_kenter(vm_offset_t va, vm_paddr_t pa)
1271 {
1272
1273         pmap_kenter_prot_attr(va, pa, PTE2_AP_KRW, PTE2_ATTR_DEFAULT);
1274 }
1275
1276 /*
1277  *  Remove a page from the kernel pagetables.
1278  *  Note: not SMP coherent.
1279  */
1280 PMAP_INLINE void
1281 pmap_kremove(vm_offset_t va)
1282 {
1283         pt2_entry_t *pte2p;
1284
1285         pte2p = pt2map_entry(va);
1286         pte2_clear(pte2p);
1287 }
1288
1289 /*
1290  *  Share new kernel PT2PG with all pmaps.
1291  *  The caller is responsible for maintaining TLB consistency.
1292  */
1293 static void
1294 pmap_kenter_pt2tab(vm_offset_t va, pt2_entry_t npte2)
1295 {
1296         pmap_t pmap;
1297         pt2_entry_t *pte2p;
1298
1299         mtx_lock_spin(&allpmaps_lock);
1300         LIST_FOREACH(pmap, &allpmaps, pm_list) {
1301                 pte2p = pmap_pt2tab_entry(pmap, va);
1302                 pt2tab_store(pte2p, npte2);
1303         }
1304         mtx_unlock_spin(&allpmaps_lock);
1305 }
1306
1307 /*
1308  *  Share new kernel PTE1 with all pmaps.
1309  *  The caller is responsible for maintaining TLB consistency.
1310  */
1311 static void
1312 pmap_kenter_pte1(vm_offset_t va, pt1_entry_t npte1)
1313 {
1314         pmap_t pmap;
1315         pt1_entry_t *pte1p;
1316
1317         mtx_lock_spin(&allpmaps_lock);
1318         LIST_FOREACH(pmap, &allpmaps, pm_list) {
1319                 pte1p = pmap_pte1(pmap, va);
1320                 pte1_store(pte1p, npte1);
1321         }
1322         mtx_unlock_spin(&allpmaps_lock);
1323 }
1324
1325 /*
1326  *  Used to map a range of physical addresses into kernel
1327  *  virtual address space.
1328  *
1329  *  The value passed in '*virt' is a suggested virtual address for
1330  *  the mapping. Architectures which can support a direct-mapped
1331  *  physical to virtual region can return the appropriate address
1332  *  within that region, leaving '*virt' unchanged. Other
1333  *  architectures should map the pages starting at '*virt' and
1334  *  update '*virt' with the first usable address after the mapped
1335  *  region.
1336  *
1337  *  NOTE: Read the comments above pmap_kenter_prot_attr() as
1338  *        the function is used herein!
1339  */
1340 vm_offset_t
1341 pmap_map(vm_offset_t *virt, vm_paddr_t start, vm_paddr_t end, int prot)
1342 {
1343         vm_offset_t va, sva;
1344         vm_paddr_t pte1_offset;
1345         pt1_entry_t npte1;
1346         uint32_t l1prot, l2prot;
1347         uint32_t l1attr, l2attr;
1348
1349         PDEBUG(1, printf("%s: virt = %#x, start = %#x, end = %#x (size = %#x),"
1350             " prot = %d\n", __func__, *virt, start, end, end - start,  prot));
1351
1352         l2prot = (prot & VM_PROT_WRITE) ? PTE2_AP_KRW : PTE2_AP_KR;
1353         l2prot |= (prot & VM_PROT_EXECUTE) ? PTE2_X : PTE2_NX;
1354         l1prot = ATTR_TO_L1(l2prot);
1355
1356         l2attr = PTE2_ATTR_DEFAULT;
1357         l1attr = ATTR_TO_L1(l2attr);
1358
1359         va = *virt;
1360         /*
1361          * Does the physical address range's size and alignment permit at
1362          * least one section mapping to be created?
1363          */
1364         pte1_offset = start & PTE1_OFFSET;
1365         if ((end - start) - ((PTE1_SIZE - pte1_offset) & PTE1_OFFSET) >=
1366             PTE1_SIZE) {
1367                 /*
1368                  * Increase the starting virtual address so that its alignment
1369                  * does not preclude the use of section mappings.
1370                  */
1371                 if ((va & PTE1_OFFSET) < pte1_offset)
1372                         va = pte1_trunc(va) + pte1_offset;
1373                 else if ((va & PTE1_OFFSET) > pte1_offset)
1374                         va = pte1_roundup(va) + pte1_offset;
1375         }
1376         sva = va;
1377         while (start < end) {
1378                 if ((start & PTE1_OFFSET) == 0 && end - start >= PTE1_SIZE) {
1379                         KASSERT((va & PTE1_OFFSET) == 0,
1380                             ("%s: misaligned va %#x", __func__, va));
1381                         npte1 = PTE1_KERN(start, l1prot, l1attr);
1382                         pmap_kenter_pte1(va, npte1);
1383                         va += PTE1_SIZE;
1384                         start += PTE1_SIZE;
1385                 } else {
1386                         pmap_kenter_prot_attr(va, start, l2prot, l2attr);
1387                         va += PAGE_SIZE;
1388                         start += PAGE_SIZE;
1389                 }
1390         }
1391         tlb_flush_range(sva, va - sva);
1392         *virt = va;
1393         return (sva);
1394 }
1395
1396 /*
1397  *  Make a temporary mapping for a physical address.
1398  *  This is only intended to be used for panic dumps.
1399  */
1400 void *
1401 pmap_kenter_temporary(vm_paddr_t pa, int i)
1402 {
1403         vm_offset_t va;
1404
1405         /* QQQ: 'i' should be less or equal to MAXDUMPPGS. */
1406
1407         va = (vm_offset_t)crashdumpmap + (i * PAGE_SIZE);
1408         pmap_kenter(va, pa);
1409         tlb_flush_local(va);
1410         return ((void *)crashdumpmap);
1411 }
1412
1413
1414 /*************************************
1415  *
1416  *  TLB & cache maintenance routines.
1417  *
1418  *************************************/
1419
1420 /*
1421  *  We inline these within pmap.c for speed.
1422  */
1423 PMAP_INLINE void
1424 pmap_tlb_flush(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
1425 {
1426
1427         if (pmap == kernel_pmap || !CPU_EMPTY(&pmap->pm_active))
1428                 tlb_flush(va);
1429 }
1430
1431 PMAP_INLINE void
1432 pmap_tlb_flush_range(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_size_t size)
1433 {
1434
1435         if (pmap == kernel_pmap || !CPU_EMPTY(&pmap->pm_active))
1436                 tlb_flush_range(sva, size);
1437 }
1438
1439 /*
1440  *  Abuse the pte2 nodes for unmapped kva to thread a kva freelist through.
1441  *  Requirements:
1442  *   - Must deal with pages in order to ensure that none of the PTE2_* bits
1443  *     are ever set, PTE2_V in particular.
1444  *   - Assumes we can write to pte2s without pte2_store() atomic ops.
1445  *   - Assumes nothing will ever test these addresses for 0 to indicate
1446  *     no mapping instead of correctly checking PTE2_V.
1447  *   - Assumes a vm_offset_t will fit in a pte2 (true for arm).
1448  *  Because PTE2_V is never set, there can be no mappings to invalidate.
1449  */
1450 static vm_offset_t
1451 pmap_pte2list_alloc(vm_offset_t *head)
1452 {
1453         pt2_entry_t *pte2p;
1454         vm_offset_t va;
1455
1456         va = *head;
1457         if (va == 0)
1458                 panic("pmap_ptelist_alloc: exhausted ptelist KVA");
1459         pte2p = pt2map_entry(va);
1460         *head = *pte2p;
1461         if (*head & PTE2_V)
1462                 panic("%s: va with PTE2_V set!", __func__);
1463         *pte2p = 0;
1464         return (va);
1465 }
1466
1467 static void
1468 pmap_pte2list_free(vm_offset_t *head, vm_offset_t va)
1469 {
1470         pt2_entry_t *pte2p;
1471
1472         if (va & PTE2_V)
1473                 panic("%s: freeing va with PTE2_V set!", __func__);
1474         pte2p = pt2map_entry(va);
1475         *pte2p = *head;         /* virtual! PTE2_V is 0 though */
1476         *head = va;
1477 }
1478
1479 static void
1480 pmap_pte2list_init(vm_offset_t *head, void *base, int npages)
1481 {
1482         int i;
1483         vm_offset_t va;
1484
1485         *head = 0;
1486         for (i = npages - 1; i >= 0; i--) {
1487                 va = (vm_offset_t)base + i * PAGE_SIZE;
1488                 pmap_pte2list_free(head, va);
1489         }
1490 }
1491
1492 /*****************************************************************************
1493  *
1494  *      PMAP third and final stage initialization.
1495  *
1496  *  After pmap_init() is called, PMAP subsystem is fully initialized.
1497  *
1498  *****************************************************************************/
1499
1500 SYSCTL_NODE(_vm, OID_AUTO, pmap, CTLFLAG_RD, 0, "VM/pmap parameters");
1501
1502 SYSCTL_INT(_vm_pmap, OID_AUTO, pv_entry_max, CTLFLAG_RD, &pv_entry_max, 0,
1503     "Max number of PV entries");
1504 SYSCTL_INT(_vm_pmap, OID_AUTO, shpgperproc, CTLFLAG_RD, &shpgperproc, 0,
1505     "Page share factor per proc");
1506
1507 static u_long nkpt2pg = NKPT2PG;
1508 SYSCTL_ULONG(_vm_pmap, OID_AUTO, nkpt2pg, CTLFLAG_RD,
1509     &nkpt2pg, 0, "Pre-allocated pages for kernel PT2s");
1510
1511 static int sp_enabled = 1;
1512 SYSCTL_INT(_vm_pmap, OID_AUTO, sp_enabled, CTLFLAG_RDTUN | CTLFLAG_NOFETCH,
1513     &sp_enabled, 0, "Are large page mappings enabled?");
1514
1515 static SYSCTL_NODE(_vm_pmap, OID_AUTO, pte1, CTLFLAG_RD, 0,
1516     "1MB page mapping counters");
1517
1518 static u_long pmap_pte1_demotions;
1519 SYSCTL_ULONG(_vm_pmap_pte1, OID_AUTO, demotions, CTLFLAG_RD,
1520     &pmap_pte1_demotions, 0, "1MB page demotions");
1521
1522 static u_long pmap_pte1_mappings;
1523 SYSCTL_ULONG(_vm_pmap_pte1, OID_AUTO, mappings, CTLFLAG_RD,
1524     &pmap_pte1_mappings, 0, "1MB page mappings");
1525
1526 static u_long pmap_pte1_p_failures;
1527 SYSCTL_ULONG(_vm_pmap_pte1, OID_AUTO, p_failures, CTLFLAG_RD,
1528     &pmap_pte1_p_failures, 0, "1MB page promotion failures");
1529
1530 static u_long pmap_pte1_promotions;
1531 SYSCTL_ULONG(_vm_pmap_pte1, OID_AUTO, promotions, CTLFLAG_RD,
1532     &pmap_pte1_promotions, 0, "1MB page promotions");
1533
1534 static u_long pmap_pte1_kern_demotions;
1535 SYSCTL_ULONG(_vm_pmap_pte1, OID_AUTO, kern_demotions, CTLFLAG_RD,
1536     &pmap_pte1_kern_demotions, 0, "1MB page kernel demotions");
1537
1538 static u_long pmap_pte1_kern_promotions;
1539 SYSCTL_ULONG(_vm_pmap_pte1, OID_AUTO, kern_promotions, CTLFLAG_RD,
1540     &pmap_pte1_kern_promotions, 0, "1MB page kernel promotions");
1541
1542 static __inline ttb_entry_t
1543 pmap_ttb_get(pmap_t pmap)
1544 {
1545
1546         return (vtophys(pmap->pm_pt1) | ttb_flags);
1547 }
1548
1549 /*
1550  *  Initialize a vm_page's machine-dependent fields.
1551  *
1552  *  Variations:
1553  *  1. Pages for L2 page tables are always not managed. So, pv_list and
1554  *     pt2_wirecount can share same physical space. However, proper
1555  *     initialization on a page alloc for page tables and reinitialization
1556  *     on the page free must be ensured.
1557  */
1558 void
1559 pmap_page_init(vm_page_t m)
1560 {
1561
1562         TAILQ_INIT(&m->md.pv_list);
1563         pt2_wirecount_init(m);
1564         m->md.pat_mode = VM_MEMATTR_DEFAULT;
1565 }
1566
1567 /*
1568  *  Virtualization for faster way how to zero whole page.
1569  */
1570 static __inline void
1571 pagezero(void *page)
1572 {
1573
1574         bzero(page, PAGE_SIZE);
1575 }
1576
1577 /*
1578  *  Zero L2 page table page.
1579  *  Use same KVA as in pmap_zero_page().
1580  */
1581 static __inline vm_paddr_t
1582 pmap_pt2pg_zero(vm_page_t m)
1583 {
1584         vm_paddr_t pa;
1585         struct sysmaps *sysmaps;
1586
1587         pa = VM_PAGE_TO_PHYS(m);
1588
1589         /*
1590          * XXX: For now, we map whole page even if it's already zero,
1591          *      to sync it even if the sync is only DSB.
1592          */
1593         sched_pin();
1594         sysmaps = &sysmaps_pcpu[PCPU_GET(cpuid)];
1595         mtx_lock(&sysmaps->lock);
1596         if (pte2_load(sysmaps->CMAP2) != 0)
1597                 panic("%s: CMAP2 busy", __func__);
1598         pte2_store(sysmaps->CMAP2, PTE2_KERN_NG(pa, PTE2_AP_KRW,
1599             vm_page_pte2_attr(m)));
1600         /*  Even VM_ALLOC_ZERO request is only advisory. */
1601         if ((m->flags & PG_ZERO) == 0)
1602                 pagezero(sysmaps->CADDR2);
1603         pte2_sync_range((pt2_entry_t *)sysmaps->CADDR2, PAGE_SIZE);
1604         pte2_clear(sysmaps->CMAP2);
1605         tlb_flush((vm_offset_t)sysmaps->CADDR2);
1606         sched_unpin();
1607         mtx_unlock(&sysmaps->lock);
1608
1609         return (pa);
1610 }
1611
1612 /*
1613  *  Init just allocated page as L2 page table(s) holder
1614  *  and return its physical address.
1615  */
1616 static __inline vm_paddr_t
1617 pmap_pt2pg_init(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m)
1618 {
1619         vm_paddr_t pa;
1620         pt2_entry_t *pte2p;
1621
1622         /* Check page attributes. */
1623         if (m->md.pat_mode != pt_memattr)
1624                 pmap_page_set_memattr(m, pt_memattr);
1625
1626         /* Zero page and init wire counts. */
1627         pa = pmap_pt2pg_zero(m);
1628         pt2_wirecount_init(m);
1629
1630         /*
1631          * Map page to PT2MAP address space for given pmap.
1632          * Note that PT2MAP space is shared with all pmaps.
1633          */
1634         if (pmap == kernel_pmap)
1635                 pmap_kenter_pt2tab(va, PTE2_KPT(pa));
1636         else {
1637                 pte2p = pmap_pt2tab_entry(pmap, va);
1638                 pt2tab_store(pte2p, PTE2_KPT_NG(pa));
1639         }
1640
1641         return (pa);
1642 }
1643
1644 /*
1645  *  Initialize the pmap module.
1646  *  Called by vm_init, to initialize any structures that the pmap
1647  *  system needs to map virtual memory.
1648  */
1649 void
1650 pmap_init(void)
1651 {
1652         vm_size_t s;
1653         pt2_entry_t *pte2p, pte2;
1654         u_int i, pte1_idx, pv_npg;
1655
1656         PDEBUG(1, printf("%s: phys_start = %#x\n", __func__, PHYSADDR));
1657
1658         /*
1659          * Initialize the vm page array entries for kernel pmap's
1660          * L2 page table pages allocated in advance.
1661          */
1662         pte1_idx = pte1_index(KERNBASE - PT2MAP_SIZE);
1663         pte2p = kern_pt2tab_entry(KERNBASE - PT2MAP_SIZE);
1664         for (i = 0; i < nkpt2pg + NPG_IN_PT2TAB; i++, pte2p++) {
1665                 vm_paddr_t pa;
1666                 vm_page_t m;
1667
1668                 pte2 = pte2_load(pte2p);
1669                 KASSERT(pte2_is_valid(pte2), ("%s: no valid entry", __func__));
1670
1671                 pa = pte2_pa(pte2);
1672                 m = PHYS_TO_VM_PAGE(pa);
1673                 KASSERT(m >= vm_page_array &&
1674                     m < &vm_page_array[vm_page_array_size],
1675                     ("%s: L2 page table page is out of range", __func__));
1676
1677                 m->pindex = pte1_idx;
1678                 m->phys_addr = pa;
1679                 pte1_idx += NPT2_IN_PG;
1680         }
1681
1682         /*
1683          * Initialize the address space (zone) for the pv entries.  Set a
1684          * high water mark so that the system can recover from excessive
1685          * numbers of pv entries.
1686          */
1687         TUNABLE_INT_FETCH("vm.pmap.shpgperproc", &shpgperproc);
1688         pv_entry_max = shpgperproc * maxproc + vm_cnt.v_page_count;
1689         TUNABLE_INT_FETCH("vm.pmap.pv_entries", &pv_entry_max);
1690         pv_entry_max = roundup(pv_entry_max, _NPCPV);
1691         pv_entry_high_water = 9 * (pv_entry_max / 10);
1692
1693         /*
1694          * Are large page mappings enabled?
1695          */
1696         TUNABLE_INT_FETCH("vm.pmap.sp_enabled", &sp_enabled);
1697         if (sp_enabled) {
1698                 KASSERT(MAXPAGESIZES > 1 && pagesizes[1] == 0,
1699                     ("%s: can't assign to pagesizes[1]", __func__));
1700                 pagesizes[1] = PTE1_SIZE;
1701         }
1702
1703         /*
1704          * Calculate the size of the pv head table for sections.
1705          * Handle the possibility that "vm_phys_segs[...].end" is zero.
1706          * Note that the table is only for sections which could be promoted.
1707          */
1708         first_managed_pa = pte1_trunc(vm_phys_segs[0].start);
1709         pv_npg = (pte1_trunc(vm_phys_segs[vm_phys_nsegs - 1].end - PAGE_SIZE)
1710             - first_managed_pa) / PTE1_SIZE + 1;
1711
1712         /*
1713          * Allocate memory for the pv head table for sections.
1714          */
1715         s = (vm_size_t)(pv_npg * sizeof(struct md_page));
1716         s = round_page(s);
1717         pv_table = (struct md_page *)kmem_malloc(kernel_arena, s,
1718             M_WAITOK | M_ZERO);
1719         for (i = 0; i < pv_npg; i++)
1720                 TAILQ_INIT(&pv_table[i].pv_list);
1721
1722         pv_maxchunks = MAX(pv_entry_max / _NPCPV, maxproc);
1723         pv_chunkbase = (struct pv_chunk *)kva_alloc(PAGE_SIZE * pv_maxchunks);
1724         if (pv_chunkbase == NULL)
1725                 panic("%s: not enough kvm for pv chunks", __func__);
1726         pmap_pte2list_init(&pv_vafree, pv_chunkbase, pv_maxchunks);
1727 }
1728
1729 /*
1730  *  Add a list of wired pages to the kva
1731  *  this routine is only used for temporary
1732  *  kernel mappings that do not need to have
1733  *  page modification or references recorded.
1734  *  Note that old mappings are simply written
1735  *  over.  The page *must* be wired.
1736  *  Note: SMP coherent.  Uses a ranged shootdown IPI.
1737  */
1738 void
1739 pmap_qenter(vm_offset_t sva, vm_page_t *ma, int count)
1740 {
1741         u_int anychanged;
1742         pt2_entry_t *epte2p, *pte2p, pte2;
1743         vm_page_t m;
1744         vm_paddr_t pa;
1745
1746         anychanged = 0;
1747         pte2p = pt2map_entry(sva);
1748         epte2p = pte2p + count;
1749         while (pte2p < epte2p) {
1750                 m = *ma++;
1751                 pa = VM_PAGE_TO_PHYS(m);
1752                 pte2 = pte2_load(pte2p);
1753                 if ((pte2_pa(pte2) != pa) ||
1754                     (pte2_attr(pte2) != vm_page_pte2_attr(m))) {
1755                         anychanged++;
1756                         pte2_store(pte2p, PTE2_KERN(pa, PTE2_AP_KRW,
1757                             vm_page_pte2_attr(m)));
1758                 }
1759                 pte2p++;
1760         }
1761         if (__predict_false(anychanged))
1762                 tlb_flush_range(sva, count * PAGE_SIZE);
1763 }
1764
1765 /*
1766  *  This routine tears out page mappings from the
1767  *  kernel -- it is meant only for temporary mappings.
1768  *  Note: SMP coherent.  Uses a ranged shootdown IPI.
1769  */
1770 void
1771 pmap_qremove(vm_offset_t sva, int count)
1772 {
1773         vm_offset_t va;
1774
1775         va = sva;
1776         while (count-- > 0) {
1777                 pmap_kremove(va);
1778                 va += PAGE_SIZE;
1779         }
1780         tlb_flush_range(sva, va - sva);
1781 }
1782
1783 /*
1784  *  Are we current address space or kernel?
1785  */
1786 static __inline int
1787 pmap_is_current(pmap_t pmap)
1788 {
1789
1790         return (pmap == kernel_pmap ||
1791                 (pmap == vmspace_pmap(curthread->td_proc->p_vmspace)));
1792 }
1793
1794 /*
1795  *  If the given pmap is not the current or kernel pmap, the returned
1796  *  pte2 must be released by passing it to pmap_pte2_release().
1797  */
1798 static pt2_entry_t *
1799 pmap_pte2(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
1800 {
1801         pt1_entry_t pte1;
1802         vm_paddr_t pt2pg_pa;
1803
1804         pte1 = pte1_load(pmap_pte1(pmap, va));
1805         if (pte1_is_section(pte1))
1806                 panic("%s: attempt to map PTE1", __func__);
1807         if (pte1_is_link(pte1)) {
1808                 /* Are we current address space or kernel? */
1809                 if (pmap_is_current(pmap))
1810                         return (pt2map_entry(va));
1811                 /* Note that L2 page table size is not equal to PAGE_SIZE. */
1812                 pt2pg_pa = trunc_page(pte1_link_pa(pte1));
1813                 mtx_lock(&PMAP2mutex);
1814                 if (pte2_pa(pte2_load(PMAP2)) != pt2pg_pa) {
1815                         pte2_store(PMAP2, PTE2_KPT(pt2pg_pa));
1816                         tlb_flush((vm_offset_t)PADDR2);
1817                 }
1818                 return (PADDR2 + (arm32_btop(va) & (NPTE2_IN_PG - 1)));
1819         }
1820         return (NULL);
1821 }
1822
1823 /*
1824  *  Releases a pte2 that was obtained from pmap_pte2().
1825  *  Be prepared for the pte2p being NULL.
1826  */
1827 static __inline void
1828 pmap_pte2_release(pt2_entry_t *pte2p)
1829 {
1830
1831         if ((pt2_entry_t *)(trunc_page((vm_offset_t)pte2p)) == PADDR2) {
1832                 mtx_unlock(&PMAP2mutex);
1833         }
1834 }
1835
1836 /*
1837  *  Super fast pmap_pte2 routine best used when scanning
1838  *  the pv lists.  This eliminates many coarse-grained
1839  *  invltlb calls.  Note that many of the pv list
1840  *  scans are across different pmaps.  It is very wasteful
1841  *  to do an entire tlb flush for checking a single mapping.
1842  *
1843  *  If the given pmap is not the current pmap, pvh_global_lock
1844  *  must be held and curthread pinned to a CPU.
1845  */
1846 static pt2_entry_t *
1847 pmap_pte2_quick(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
1848 {
1849         pt1_entry_t pte1;
1850         vm_paddr_t pt2pg_pa;
1851
1852         pte1 = pte1_load(pmap_pte1(pmap, va));
1853         if (pte1_is_section(pte1))
1854                 panic("%s: attempt to map PTE1", __func__);
1855         if (pte1_is_link(pte1)) {
1856                 /* Are we current address space or kernel? */
1857                 if (pmap_is_current(pmap))
1858                         return (pt2map_entry(va));
1859                 rw_assert(&pvh_global_lock, RA_WLOCKED);
1860                 KASSERT(curthread->td_pinned > 0,
1861                     ("%s: curthread not pinned", __func__));
1862                 /* Note that L2 page table size is not equal to PAGE_SIZE. */
1863                 pt2pg_pa = trunc_page(pte1_link_pa(pte1));
1864                 if (pte2_pa(pte2_load(PMAP1)) != pt2pg_pa) {
1865                         pte2_store(PMAP1, PTE2_KPT(pt2pg_pa));
1866 #ifdef SMP
1867                         PMAP1cpu = PCPU_GET(cpuid);
1868 #endif
1869                         tlb_flush_local((vm_offset_t)PADDR1);
1870                         PMAP1changed++;
1871                 } else
1872 #ifdef SMP
1873                 if (PMAP1cpu != PCPU_GET(cpuid)) {
1874                         PMAP1cpu = PCPU_GET(cpuid);
1875                         tlb_flush_local((vm_offset_t)PADDR1);
1876                         PMAP1changedcpu++;
1877                 } else
1878 #endif
1879                         PMAP1unchanged++;
1880                 return (PADDR1 + (arm32_btop(va) & (NPTE2_IN_PG - 1)));
1881         }
1882         return (NULL);
1883 }
1884
1885 /*
1886  *  Routine: pmap_extract
1887  *  Function:
1888  *      Extract the physical page address associated
1889  *      with the given map/virtual_address pair.
1890  */
1891 vm_paddr_t
1892 pmap_extract(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
1893 {
1894         vm_paddr_t pa;
1895         pt1_entry_t pte1;
1896         pt2_entry_t *pte2p;
1897
1898         PMAP_LOCK(pmap);
1899         pte1 = pte1_load(pmap_pte1(pmap, va));
1900         if (pte1_is_section(pte1))
1901                 pa = pte1_pa(pte1) | (va & PTE1_OFFSET);
1902         else if (pte1_is_link(pte1)) {
1903                 pte2p = pmap_pte2(pmap, va);
1904                 pa = pte2_pa(pte2_load(pte2p)) | (va & PTE2_OFFSET);
1905                 pmap_pte2_release(pte2p);
1906         } else
1907                 pa = 0;
1908         PMAP_UNLOCK(pmap);
1909         return (pa);
1910 }
1911
1912 /*
1913  *  Routine: pmap_extract_and_hold
1914  *  Function:
1915  *      Atomically extract and hold the physical page
1916  *      with the given pmap and virtual address pair
1917  *      if that mapping permits the given protection.
1918  */
1919 vm_page_t
1920 pmap_extract_and_hold(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_prot_t prot)
1921 {
1922         vm_paddr_t pa, lockpa;
1923         pt1_entry_t pte1;
1924         pt2_entry_t pte2, *pte2p;
1925         vm_page_t m;
1926
1927         lockpa = 0;
1928         m = NULL;
1929         PMAP_LOCK(pmap);
1930 retry:
1931         pte1 = pte1_load(pmap_pte1(pmap, va));
1932         if (pte1_is_section(pte1)) {
1933                 if (!(pte1 & PTE1_RO) || !(prot & VM_PROT_WRITE)) {
1934                         pa = pte1_pa(pte1) | (va & PTE1_OFFSET);
1935                         if (vm_page_pa_tryrelock(pmap, pa, &lockpa))
1936                                 goto retry;
1937                         m = PHYS_TO_VM_PAGE(pa);
1938                         vm_page_hold(m);
1939                 }
1940         } else if (pte1_is_link(pte1)) {
1941                 pte2p = pmap_pte2(pmap, va);
1942                 pte2 = pte2_load(pte2p);
1943                 pmap_pte2_release(pte2p);
1944                 if (pte2_is_valid(pte2) &&
1945                     (!(pte2 & PTE2_RO) || !(prot & VM_PROT_WRITE))) {
1946                         pa = pte2_pa(pte2);
1947                         if (vm_page_pa_tryrelock(pmap, pa, &lockpa))
1948                                 goto retry;
1949                         m = PHYS_TO_VM_PAGE(pa);
1950                         vm_page_hold(m);
1951                 }
1952         }
1953         PA_UNLOCK_COND(lockpa);
1954         PMAP_UNLOCK(pmap);
1955         return (m);
1956 }
1957
1958 /*
1959  *  Grow the number of kernel L2 page table entries, if needed.
1960  */
1961 void
1962 pmap_growkernel(vm_offset_t addr)
1963 {
1964         vm_page_t m;
1965         vm_paddr_t pt2pg_pa, pt2_pa;
1966         pt1_entry_t pte1;
1967         pt2_entry_t pte2;
1968
1969         PDEBUG(1, printf("%s: addr = %#x\n", __func__, addr));
1970         /*
1971          * All the time kernel_vm_end is first KVA for which underlying
1972          * L2 page table is either not allocated or linked from L1 page table
1973          * (not considering sections). Except for two possible cases:
1974          *
1975          *   (1) in the very beginning as long as pmap_growkernel() was
1976          *       not called, it could be first unused KVA (which is not
1977          *       rounded up to PTE1_SIZE),
1978          *
1979          *   (2) when all KVA space is mapped and kernel_map->max_offset
1980          *       address is not rounded up to PTE1_SIZE. (For example,
1981          *       it could be 0xFFFFFFFF.)
1982          */
1983         kernel_vm_end = pte1_roundup(kernel_vm_end);
1984         mtx_assert(&kernel_map->system_mtx, MA_OWNED);
1985         addr = roundup2(addr, PTE1_SIZE);
1986         if (addr - 1 >= kernel_map->max_offset)
1987                 addr = kernel_map->max_offset;
1988         while (kernel_vm_end < addr) {
1989                 pte1 = pte1_load(kern_pte1(kernel_vm_end));
1990                 if (pte1_is_valid(pte1)) {
1991                         kernel_vm_end += PTE1_SIZE;
1992                         if (kernel_vm_end - 1 >= kernel_map->max_offset) {
1993                                 kernel_vm_end = kernel_map->max_offset;
1994                                 break;
1995                         }
1996                         continue;
1997                 }
1998
1999                 /*
2000                  * kernel_vm_end_new is used in pmap_pinit() when kernel
2001                  * mappings are entered to new pmap all at once to avoid race
2002                  * between pmap_kenter_pte1() and kernel_vm_end increase.
2003                  * The same aplies to pmap_kenter_pt2tab().
2004                  */
2005                 kernel_vm_end_new = kernel_vm_end + PTE1_SIZE;
2006
2007                 pte2 = pt2tab_load(kern_pt2tab_entry(kernel_vm_end));
2008                 if (!pte2_is_valid(pte2)) {
2009                         /*
2010                          * Install new PT2s page into kernel PT2TAB.
2011                          */
2012                         m = vm_page_alloc(NULL,
2013                             pte1_index(kernel_vm_end) & ~PT2PG_MASK,
2014                             VM_ALLOC_INTERRUPT | VM_ALLOC_NOOBJ |
2015                             VM_ALLOC_WIRED | VM_ALLOC_ZERO);
2016                         if (m == NULL)
2017                                 panic("%s: no memory to grow kernel", __func__);
2018                         /*
2019                          * QQQ: To link all new L2 page tables from L1 page
2020                          *      table now and so pmap_kenter_pte1() them
2021                          *      at once together with pmap_kenter_pt2tab()
2022                          *      could be nice speed up. However,
2023                          *      pmap_growkernel() does not happen so often...
2024                          * QQQ: The other TTBR is another option.
2025                          */
2026                         pt2pg_pa = pmap_pt2pg_init(kernel_pmap, kernel_vm_end,
2027                             m);
2028                 } else
2029                         pt2pg_pa = pte2_pa(pte2);
2030
2031                 pt2_pa = page_pt2pa(pt2pg_pa, pte1_index(kernel_vm_end));
2032                 pmap_kenter_pte1(kernel_vm_end, PTE1_LINK(pt2_pa));
2033
2034                 kernel_vm_end = kernel_vm_end_new;
2035                 if (kernel_vm_end - 1 >= kernel_map->max_offset) {
2036                         kernel_vm_end = kernel_map->max_offset;
2037                         break;
2038                 }
2039         }
2040 }
2041
2042 static int
2043 kvm_size(SYSCTL_HANDLER_ARGS)
2044 {
2045         unsigned long ksize = vm_max_kernel_address - KERNBASE;
2046
2047         return (sysctl_handle_long(oidp, &ksize, 0, req));
2048 }
2049 SYSCTL_PROC(_vm, OID_AUTO, kvm_size, CTLTYPE_LONG|CTLFLAG_RD,
2050     0, 0, kvm_size, "IU", "Size of KVM");
2051
2052 static int
2053 kvm_free(SYSCTL_HANDLER_ARGS)
2054 {
2055         unsigned long kfree = vm_max_kernel_address - kernel_vm_end;
2056
2057         return (sysctl_handle_long(oidp, &kfree, 0, req));
2058 }
2059 SYSCTL_PROC(_vm, OID_AUTO, kvm_free, CTLTYPE_LONG|CTLFLAG_RD,
2060     0, 0, kvm_free, "IU", "Amount of KVM free");
2061
2062 /***********************************************
2063  *
2064  *  Pmap allocation/deallocation routines.
2065  *
2066  ***********************************************/
2067
2068 /*
2069  *  Initialize the pmap for the swapper process.
2070  */
2071 void
2072 pmap_pinit0(pmap_t pmap)
2073 {
2074         PDEBUG(1, printf("%s: pmap = %p\n", __func__, pmap));
2075
2076         PMAP_LOCK_INIT(pmap);
2077
2078         /*
2079          * Kernel page table directory and pmap stuff around is already
2080          * initialized, we are using it right now and here. So, finish
2081          * only PMAP structures initialization for process0 ...
2082          *
2083          * Since the L1 page table and PT2TAB is shared with the kernel pmap,
2084          * which is already included in the list "allpmaps", this pmap does
2085          * not need to be inserted into that list.
2086          */
2087         pmap->pm_pt1 = kern_pt1;
2088         pmap->pm_pt2tab = kern_pt2tab;
2089         CPU_ZERO(&pmap->pm_active);
2090         PCPU_SET(curpmap, pmap);
2091         TAILQ_INIT(&pmap->pm_pvchunk);
2092         bzero(&pmap->pm_stats, sizeof pmap->pm_stats);
2093         CPU_SET(0, &pmap->pm_active);
2094 }
2095
2096 static __inline void
2097 pte1_copy_nosync(pt1_entry_t *spte1p, pt1_entry_t *dpte1p, vm_offset_t sva,
2098     vm_offset_t eva)
2099 {
2100         u_int idx, count;
2101
2102         idx = pte1_index(sva);
2103         count = (pte1_index(eva) - idx + 1) * sizeof(pt1_entry_t);
2104         bcopy(spte1p + idx, dpte1p + idx, count);
2105 }
2106
2107 static __inline void
2108 pt2tab_copy_nosync(pt2_entry_t *spte2p, pt2_entry_t *dpte2p, vm_offset_t sva,
2109     vm_offset_t eva)
2110 {
2111         u_int idx, count;
2112
2113         idx = pt2tab_index(sva);
2114         count = (pt2tab_index(eva) - idx + 1) * sizeof(pt2_entry_t);
2115         bcopy(spte2p + idx, dpte2p + idx, count);
2116 }
2117
2118 /*
2119  *  Initialize a preallocated and zeroed pmap structure,
2120  *  such as one in a vmspace structure.
2121  */
2122 int
2123 pmap_pinit(pmap_t pmap)
2124 {
2125         pt1_entry_t *pte1p;
2126         pt2_entry_t *pte2p;
2127         vm_paddr_t pa, pt2tab_pa;
2128         u_int i;
2129
2130         PDEBUG(6, printf("%s: pmap = %p, pm_pt1 = %p\n", __func__, pmap,
2131             pmap->pm_pt1));
2132
2133         /*
2134          * No need to allocate L2 page table space yet but we do need
2135          * a valid L1 page table and PT2TAB table.
2136          *
2137          * Install shared kernel mappings to these tables. It's a little
2138          * tricky as some parts of KVA are reserved for vectors, devices,
2139          * and whatever else. These parts are supposed to be above
2140          * vm_max_kernel_address. Thus two regions should be installed:
2141          *
2142          *   (1) <KERNBASE, kernel_vm_end),
2143          *   (2) <vm_max_kernel_address, 0xFFFFFFFF>.
2144          *
2145          * QQQ: The second region should be stable enough to be installed
2146          *      only once in time when the tables are allocated.
2147          * QQQ: Maybe copy of both regions at once could be faster ...
2148          * QQQ: Maybe the other TTBR is an option.
2149          *
2150          * Finally, install own PT2TAB table to these tables.
2151          */
2152
2153         if (pmap->pm_pt1 == NULL) {
2154                 pmap->pm_pt1 = (pt1_entry_t *)kmem_alloc_contig(kernel_arena,
2155                     NB_IN_PT1, M_NOWAIT | M_ZERO, 0, -1UL, NB_IN_PT1, 0,
2156                     pt_memattr);
2157                 if (pmap->pm_pt1 == NULL)
2158                         return (0);
2159         }
2160         if (pmap->pm_pt2tab == NULL) {
2161                 /*
2162                  * QQQ: (1) PT2TAB must be contiguous. If PT2TAB is one page
2163                  *      only, what should be the only size for 32 bit systems,
2164                  *      then we could allocate it with vm_page_alloc() and all
2165                  *      the stuff needed as other L2 page table pages.
2166                  *      (2) Note that a process PT2TAB is special L2 page table
2167                  *      page. Its mapping in kernel_arena is permanent and can
2168                  *      be used no matter which process is current. Its mapping
2169                  *      in PT2MAP can be used only for current process.
2170                  */
2171                 pmap->pm_pt2tab = (pt2_entry_t *)kmem_alloc_attr(kernel_arena,
2172                     NB_IN_PT2TAB, M_NOWAIT | M_ZERO, 0, -1UL, pt_memattr);
2173                 if (pmap->pm_pt2tab == NULL) {
2174                         /*
2175                          * QQQ: As struct pmap is allocated from UMA with
2176                          *      UMA_ZONE_NOFREE flag, it's important to leave
2177                          *      no allocation in pmap if initialization failed.
2178                          */
2179                         kmem_free(kernel_arena, (vm_offset_t)pmap->pm_pt1,
2180                             NB_IN_PT1);
2181                         pmap->pm_pt1 = NULL;
2182                         return (0);
2183                 }
2184                 /*
2185                  * QQQ: Each L2 page table page vm_page_t has pindex set to
2186                  *      pte1 index of virtual address mapped by this page.
2187                  *      It's not valid for non kernel PT2TABs themselves.
2188                  *      The pindex of these pages can not be altered because
2189                  *      of the way how they are allocated now. However, it
2190                  *      should not be a problem.
2191                  */
2192         }
2193
2194         mtx_lock_spin(&allpmaps_lock);
2195         /*
2196          * To avoid race with pmap_kenter_pte1() and pmap_kenter_pt2tab(),
2197          * kernel_vm_end_new is used here instead of kernel_vm_end.
2198          */
2199         pte1_copy_nosync(kern_pt1, pmap->pm_pt1, KERNBASE,
2200             kernel_vm_end_new - 1);
2201         pte1_copy_nosync(kern_pt1, pmap->pm_pt1, vm_max_kernel_address,
2202             0xFFFFFFFF);
2203         pt2tab_copy_nosync(kern_pt2tab, pmap->pm_pt2tab, KERNBASE,
2204             kernel_vm_end_new - 1);
2205         pt2tab_copy_nosync(kern_pt2tab, pmap->pm_pt2tab, vm_max_kernel_address,
2206             0xFFFFFFFF);
2207         LIST_INSERT_HEAD(&allpmaps, pmap, pm_list);
2208         mtx_unlock_spin(&allpmaps_lock);
2209
2210         /*
2211          * Store PT2MAP PT2 pages (a.k.a. PT2TAB) in PT2TAB itself.
2212          * I.e. self reference mapping.  The PT2TAB is private, however mapped
2213          * into shared PT2MAP space, so the mapping should be not global.
2214          */
2215         pt2tab_pa = vtophys(pmap->pm_pt2tab);
2216         pte2p = pmap_pt2tab_entry(pmap, (vm_offset_t)PT2MAP);
2217         for (pa = pt2tab_pa, i = 0; i < NPG_IN_PT2TAB; i++, pa += PTE2_SIZE) {
2218                 pt2tab_store(pte2p++, PTE2_KPT_NG(pa));
2219         }
2220
2221         /* Insert PT2MAP PT2s into pmap PT1. */
2222         pte1p = pmap_pte1(pmap, (vm_offset_t)PT2MAP);
2223         for (pa = pt2tab_pa, i = 0; i < NPT2_IN_PT2TAB; i++, pa += NB_IN_PT2) {
2224                 pte1_store(pte1p++, PTE1_LINK(pa));
2225         }
2226
2227         /*
2228          * Now synchronize new mapping which was made above.
2229          */
2230         pte1_sync_range(pmap->pm_pt1, NB_IN_PT1);
2231         pte2_sync_range(pmap->pm_pt2tab, NB_IN_PT2TAB);
2232
2233         CPU_ZERO(&pmap->pm_active);
2234         TAILQ_INIT(&pmap->pm_pvchunk);
2235         bzero(&pmap->pm_stats, sizeof pmap->pm_stats);
2236
2237         return (1);
2238 }
2239
2240 #ifdef INVARIANTS
2241 static boolean_t
2242 pt2tab_user_is_empty(pt2_entry_t *tab)
2243 {
2244         u_int i, end;
2245
2246         end = pt2tab_index(VM_MAXUSER_ADDRESS);
2247         for (i = 0; i < end; i++)
2248                 if (tab[i] != 0) return (FALSE);
2249         return (TRUE);
2250 }
2251 #endif
2252 /*
2253  *  Release any resources held by the given physical map.
2254  *  Called when a pmap initialized by pmap_pinit is being released.
2255  *  Should only be called if the map contains no valid mappings.
2256  */
2257 void
2258 pmap_release(pmap_t pmap)
2259 {
2260 #ifdef INVARIANTS
2261         vm_offset_t start, end;
2262 #endif
2263         KASSERT(pmap->pm_stats.resident_count == 0,
2264             ("%s: pmap resident count %ld != 0", __func__,
2265             pmap->pm_stats.resident_count));
2266         KASSERT(pt2tab_user_is_empty(pmap->pm_pt2tab),
2267             ("%s: has allocated user PT2(s)", __func__));
2268         KASSERT(CPU_EMPTY(&pmap->pm_active),
2269             ("%s: pmap %p is active on some CPU(s)", __func__, pmap));
2270
2271         mtx_lock_spin(&allpmaps_lock);
2272         LIST_REMOVE(pmap, pm_list);
2273         mtx_unlock_spin(&allpmaps_lock);
2274
2275 #ifdef INVARIANTS
2276         start = pte1_index(KERNBASE) * sizeof(pt1_entry_t);
2277         end = (pte1_index(0xFFFFFFFF) + 1) * sizeof(pt1_entry_t);
2278         bzero((char *)pmap->pm_pt1 + start, end - start);
2279
2280         start = pt2tab_index(KERNBASE) * sizeof(pt2_entry_t);
2281         end = (pt2tab_index(0xFFFFFFFF) + 1) * sizeof(pt2_entry_t);
2282         bzero((char *)pmap->pm_pt2tab + start, end - start);
2283 #endif
2284         /*
2285          * We are leaving PT1 and PT2TAB allocated on released pmap,
2286          * so hopefully UMA vmspace_zone will always be inited with
2287          * UMA_ZONE_NOFREE flag.
2288          */
2289 }
2290
2291 /*********************************************************
2292  *
2293  *  L2 table pages and their pages management routines.
2294  *
2295  *********************************************************/
2296
2297 /*
2298  *  Virtual interface for L2 page table wire counting.
2299  *
2300  *  Each L2 page table in a page has own counter which counts a number of
2301  *  valid mappings in a table. Global page counter counts mappings in all
2302  *  tables in a page plus a single itself mapping in PT2TAB.
2303  *
2304  *  During a promotion we leave the associated L2 page table counter
2305  *  untouched, so the table (strictly speaking a page which holds it)
2306  *  is never freed if promoted.
2307  *
2308  *  If a page m->wire_count == 1 then no valid mappings exist in any L2 page
2309  *  table in the page and the page itself is only mapped in PT2TAB.
2310  */
2311
2312 static __inline void
2313 pt2_wirecount_init(vm_page_t m)
2314 {
2315         u_int i;
2316
2317         /*
2318          * Note: A page m is allocated with VM_ALLOC_WIRED flag and
2319          *       m->wire_count should be already set correctly.
2320          *       So, there is no need to set it again herein.
2321          */
2322         for (i = 0; i < NPT2_IN_PG; i++)
2323                 m->md.pt2_wirecount[i] = 0;
2324 }
2325
2326 static __inline void
2327 pt2_wirecount_inc(vm_page_t m, uint32_t pte1_idx)
2328 {
2329
2330         /*
2331          * Note: A just modificated pte2 (i.e. already allocated)
2332          *       is acquiring one extra reference which must be
2333          *       explicitly cleared. It influences the KASSERTs herein.
2334          *       All L2 page tables in a page always belong to the same
2335          *       pmap, so we allow only one extra reference for the page.
2336          */
2337         KASSERT(m->md.pt2_wirecount[pte1_idx & PT2PG_MASK] < (NPTE2_IN_PT2 + 1),
2338             ("%s: PT2 is overflowing ...", __func__));
2339         KASSERT(m->wire_count <= (NPTE2_IN_PG + 1),
2340             ("%s: PT2PG is overflowing ...", __func__));
2341
2342         m->wire_count++;
2343         m->md.pt2_wirecount[pte1_idx & PT2PG_MASK]++;
2344 }
2345
2346 static __inline void
2347 pt2_wirecount_dec(vm_page_t m, uint32_t pte1_idx)
2348 {
2349
2350         KASSERT(m->md.pt2_wirecount[pte1_idx & PT2PG_MASK] != 0,
2351             ("%s: PT2 is underflowing ...", __func__));
2352         KASSERT(m->wire_count > 1,
2353             ("%s: PT2PG is underflowing ...", __func__));
2354
2355         m->wire_count--;
2356         m->md.pt2_wirecount[pte1_idx & PT2PG_MASK]--;
2357 }
2358
2359 static __inline void
2360 pt2_wirecount_set(vm_page_t m, uint32_t pte1_idx, uint16_t count)
2361 {
2362
2363         KASSERT(count <= NPTE2_IN_PT2,
2364             ("%s: invalid count %u", __func__, count));
2365         KASSERT(m->wire_count >  m->md.pt2_wirecount[pte1_idx & PT2PG_MASK],
2366             ("%s: PT2PG corrupting (%u, %u) ...", __func__, m->wire_count,
2367             m->md.pt2_wirecount[pte1_idx & PT2PG_MASK]));
2368
2369         m->wire_count -= m->md.pt2_wirecount[pte1_idx & PT2PG_MASK];
2370         m->wire_count += count;
2371         m->md.pt2_wirecount[pte1_idx & PT2PG_MASK] = count;
2372
2373         KASSERT(m->wire_count <= (NPTE2_IN_PG + 1),
2374             ("%s: PT2PG is overflowed (%u) ...", __func__, m->wire_count));
2375 }
2376
2377 static __inline uint32_t
2378 pt2_wirecount_get(vm_page_t m, uint32_t pte1_idx)
2379 {
2380
2381         return (m->md.pt2_wirecount[pte1_idx & PT2PG_MASK]);
2382 }
2383
2384 static __inline boolean_t
2385 pt2_is_empty(vm_page_t m, vm_offset_t va)
2386 {
2387
2388         return (m->md.pt2_wirecount[pte1_index(va) & PT2PG_MASK] == 0);
2389 }
2390
2391 static __inline boolean_t
2392 pt2_is_full(vm_page_t m, vm_offset_t va)
2393 {
2394
2395         return (m->md.pt2_wirecount[pte1_index(va) & PT2PG_MASK] ==
2396             NPTE2_IN_PT2);
2397 }
2398
2399 static __inline boolean_t
2400 pt2pg_is_empty(vm_page_t m)
2401 {
2402
2403         return (m->wire_count == 1);
2404 }
2405
2406 /*
2407  *  This routine is called if the L2 page table
2408  *  is not mapped correctly.
2409  */
2410 static vm_page_t
2411 _pmap_allocpte2(pmap_t pmap, vm_offset_t va, u_int flags)
2412 {
2413         uint32_t pte1_idx;
2414         pt1_entry_t *pte1p;
2415         pt2_entry_t pte2;
2416         vm_page_t  m;
2417         vm_paddr_t pt2pg_pa, pt2_pa;
2418
2419         pte1_idx = pte1_index(va);
2420         pte1p = pmap->pm_pt1 + pte1_idx;
2421
2422         KASSERT(pte1_load(pte1p) == 0,
2423             ("%s: pm_pt1[%#x] is not zero: %#x", __func__, pte1_idx,
2424             pte1_load(pte1p)));
2425
2426         pte2 = pt2tab_load(pmap_pt2tab_entry(pmap, va));
2427         if (!pte2_is_valid(pte2)) {
2428                 /*
2429                  * Install new PT2s page into pmap PT2TAB.
2430                  */
2431                 m = vm_page_alloc(NULL, pte1_idx & ~PT2PG_MASK,
2432                     VM_ALLOC_NOOBJ | VM_ALLOC_WIRED | VM_ALLOC_ZERO);
2433                 if (m == NULL) {
2434                         if ((flags & PMAP_ENTER_NOSLEEP) == 0) {
2435                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
2436                                 rw_wunlock(&pvh_global_lock);
2437                                 VM_WAIT;
2438                                 rw_wlock(&pvh_global_lock);
2439                                 PMAP_LOCK(pmap);
2440                         }
2441
2442                         /*
2443                          * Indicate the need to retry.  While waiting,
2444                          * the L2 page table page may have been allocated.
2445                          */
2446                         return (NULL);
2447                 }
2448                 pmap->pm_stats.resident_count++;
2449                 pt2pg_pa = pmap_pt2pg_init(pmap, va, m);
2450         } else {
2451                 pt2pg_pa = pte2_pa(pte2);
2452                 m = PHYS_TO_VM_PAGE(pt2pg_pa);
2453         }
2454
2455         pt2_wirecount_inc(m, pte1_idx);
2456         pt2_pa = page_pt2pa(pt2pg_pa, pte1_idx);
2457         pte1_store(pte1p, PTE1_LINK(pt2_pa));
2458
2459         return (m);
2460 }
2461
2462 static vm_page_t
2463 pmap_allocpte2(pmap_t pmap, vm_offset_t va, u_int flags)
2464 {
2465         u_int pte1_idx;
2466         pt1_entry_t *pte1p, pte1;
2467         vm_page_t m;
2468
2469         pte1_idx = pte1_index(va);
2470 retry:
2471         pte1p = pmap->pm_pt1 + pte1_idx;
2472         pte1 = pte1_load(pte1p);
2473
2474         /*
2475          * This supports switching from a 1MB page to a
2476          * normal 4K page.
2477          */
2478         if (pte1_is_section(pte1)) {
2479                 (void)pmap_demote_pte1(pmap, pte1p, va);
2480                 /*
2481                  * Reload pte1 after demotion.
2482                  *
2483                  * Note: Demotion can even fail as either PT2 is not find for
2484                  *       the virtual address or PT2PG can not be allocated.
2485                  */
2486                 pte1 = pte1_load(pte1p);
2487         }
2488
2489         /*
2490          * If the L2 page table page is mapped, we just increment the
2491          * hold count, and activate it.
2492          */
2493         if (pte1_is_link(pte1)) {
2494                 m = PHYS_TO_VM_PAGE(pte1_link_pa(pte1));
2495                 pt2_wirecount_inc(m, pte1_idx);
2496         } else  {
2497                 /*
2498                  * Here if the PT2 isn't mapped, or if it has
2499                  * been deallocated.
2500                  */
2501                 m = _pmap_allocpte2(pmap, va, flags);
2502                 if (m == NULL && (flags & PMAP_ENTER_NOSLEEP) == 0)
2503                         goto retry;
2504         }
2505
2506         return (m);
2507 }
2508
2509 static __inline void
2510 pmap_free_zero_pages(struct spglist *free)
2511 {
2512         vm_page_t m;
2513
2514         while ((m = SLIST_FIRST(free)) != NULL) {
2515                 SLIST_REMOVE_HEAD(free, plinks.s.ss);
2516                 /* Preserve the page's PG_ZERO setting. */
2517                 vm_page_free_toq(m);
2518         }
2519 }
2520
2521 /*
2522  *  Schedule the specified unused L2 page table page to be freed. Specifically,
2523  *  add the page to the specified list of pages that will be released to the
2524  *  physical memory manager after the TLB has been updated.
2525  */
2526 static __inline void
2527 pmap_add_delayed_free_list(vm_page_t m, struct spglist *free)
2528 {
2529
2530         /*
2531          * Put page on a list so that it is released after
2532          * *ALL* TLB shootdown is done
2533          */
2534 #ifdef PMAP_DEBUG
2535         pmap_zero_page_check(m);
2536 #endif
2537         m->flags |= PG_ZERO;
2538         SLIST_INSERT_HEAD(free, m, plinks.s.ss);
2539 }
2540
2541 /*
2542  *  Unwire L2 page tables page.
2543  */
2544 static void
2545 pmap_unwire_pt2pg(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m)
2546 {
2547         pt1_entry_t *pte1p, opte1 __unused;
2548         pt2_entry_t *pte2p;
2549         uint32_t i;
2550
2551         KASSERT(pt2pg_is_empty(m),
2552             ("%s: pmap %p PT2PG %p wired", __func__, pmap, m));
2553
2554         /*
2555          * Unmap all L2 page tables in the page from L1 page table.
2556          *
2557          * QQQ: Individual L2 page tables (except the last one) can be unmapped
2558          * earlier. However, we are doing that this way.
2559          */
2560         KASSERT(m->pindex == (pte1_index(va) & ~PT2PG_MASK),
2561             ("%s: pmap %p va %#x PT2PG %p bad index", __func__, pmap, va, m));
2562         pte1p = pmap->pm_pt1 + m->pindex;
2563         for (i = 0; i < NPT2_IN_PG; i++, pte1p++) {
2564                 KASSERT(m->md.pt2_wirecount[i] == 0,
2565                     ("%s: pmap %p PT2 %u (PG %p) wired", __func__, pmap, i, m));
2566                 opte1 = pte1_load(pte1p);
2567                 if (pte1_is_link(opte1)) {
2568                         pte1_clear(pte1p);
2569                         /*
2570                          * Flush intermediate TLB cache.
2571                          */
2572                         pmap_tlb_flush(pmap, (m->pindex + i) << PTE1_SHIFT);
2573                 }
2574 #ifdef INVARIANTS
2575                 else
2576                         KASSERT((opte1 == 0) || pte1_is_section(opte1),
2577                             ("%s: pmap %p va %#x bad pte1 %x at %u", __func__,
2578                             pmap, va, opte1, i));
2579 #endif
2580         }
2581
2582         /*
2583          * Unmap the page from PT2TAB.
2584          */
2585         pte2p = pmap_pt2tab_entry(pmap, va);
2586         (void)pt2tab_load_clear(pte2p);
2587         pmap_tlb_flush(pmap, pt2map_pt2pg(va));
2588
2589         m->wire_count = 0;
2590         pmap->pm_stats.resident_count--;
2591
2592         /*
2593          * This is a release store so that the ordinary store unmapping
2594          * the L2 page table page is globally performed before TLB shoot-
2595          * down is begun.
2596          */
2597         atomic_subtract_rel_int(&vm_cnt.v_wire_count, 1);
2598 }
2599
2600 /*
2601  *  Decrements a L2 page table page's wire count, which is used to record the
2602  *  number of valid page table entries within the page.  If the wire count
2603  *  drops to zero, then the page table page is unmapped.  Returns TRUE if the
2604  *  page table page was unmapped and FALSE otherwise.
2605  */
2606 static __inline boolean_t
2607 pmap_unwire_pt2(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m, struct spglist *free)
2608 {
2609         pt2_wirecount_dec(m, pte1_index(va));
2610         if (pt2pg_is_empty(m)) {
2611                 /*
2612                  * QQQ: Wire count is zero, so whole page should be zero and
2613                  *      we can set PG_ZERO flag to it.
2614                  *      Note that when promotion is enabled, it takes some
2615                  *      more efforts. See pmap_unwire_pt2_all() below.
2616                  */
2617                 pmap_unwire_pt2pg(pmap, va, m);
2618                 pmap_add_delayed_free_list(m, free);
2619                 return (TRUE);
2620         } else
2621                 return (FALSE);
2622 }
2623
2624 /*
2625  *  Drop a L2 page table page's wire count at once, which is used to record
2626  *  the number of valid L2 page table entries within the page. If the wire
2627  *  count drops to zero, then the L2 page table page is unmapped.
2628  */
2629 static __inline void
2630 pmap_unwire_pt2_all(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m,
2631     struct spglist *free)
2632 {
2633         u_int pte1_idx = pte1_index(va);
2634
2635         KASSERT(m->pindex == (pte1_idx & ~PT2PG_MASK),
2636                 ("%s: PT2 page's pindex is wrong", __func__));
2637         KASSERT(m->wire_count > pt2_wirecount_get(m, pte1_idx),
2638             ("%s: bad pt2 wire count %u > %u", __func__, m->wire_count,
2639             pt2_wirecount_get(m, pte1_idx)));
2640
2641         /*
2642          * It's possible that the L2 page table was never used.
2643          * It happened in case that a section was created without promotion.
2644          */
2645         if (pt2_is_full(m, va)) {
2646                 pt2_wirecount_set(m, pte1_idx, 0);
2647
2648                 /*
2649                  * QQQ: We clear L2 page table now, so when L2 page table page
2650                  *      is going to be freed, we can set it PG_ZERO flag ...
2651                  *      This function is called only on section mappings, so
2652                  *      hopefully it's not to big overload.
2653                  *
2654                  * XXX: If pmap is current, existing PT2MAP mapping could be
2655                  *      used for zeroing.
2656                  */
2657                 pmap_zero_page_area(m, page_pt2off(pte1_idx), NB_IN_PT2);
2658         }
2659 #ifdef INVARIANTS
2660         else
2661                 KASSERT(pt2_is_empty(m, va), ("%s: PT2 is not empty (%u)",
2662                     __func__, pt2_wirecount_get(m, pte1_idx)));
2663 #endif
2664         if (pt2pg_is_empty(m)) {
2665                 pmap_unwire_pt2pg(pmap, va, m);
2666                 pmap_add_delayed_free_list(m, free);
2667         }
2668 }
2669
2670 /*
2671  *  After removing a L2 page table entry, this routine is used to
2672  *  conditionally free the page, and manage the hold/wire counts.
2673  */
2674 static boolean_t
2675 pmap_unuse_pt2(pmap_t pmap, vm_offset_t va, struct spglist *free)
2676 {
2677         pt1_entry_t pte1;
2678         vm_page_t mpte;
2679
2680         if (va >= VM_MAXUSER_ADDRESS)
2681                 return (FALSE);
2682         pte1 = pte1_load(pmap_pte1(pmap, va));
2683         mpte = PHYS_TO_VM_PAGE(pte1_link_pa(pte1));
2684         return (pmap_unwire_pt2(pmap, va, mpte, free));
2685 }
2686
2687 /*************************************
2688  *
2689  *  Page management routines.
2690  *
2691  *************************************/
2692
2693 CTASSERT(sizeof(struct pv_chunk) == PAGE_SIZE);
2694 CTASSERT(_NPCM == 11);
2695 CTASSERT(_NPCPV == 336);
2696
2697 static __inline struct pv_chunk *
2698 pv_to_chunk(pv_entry_t pv)
2699 {
2700
2701         return ((struct pv_chunk *)((uintptr_t)pv & ~(uintptr_t)PAGE_MASK));
2702 }
2703
2704 #define PV_PMAP(pv) (pv_to_chunk(pv)->pc_pmap)
2705
2706 #define PC_FREE0_9      0xfffffffful    /* Free values for index 0 through 9 */
2707 #define PC_FREE10       0x0000fffful    /* Free values for index 10 */
2708
2709 static const uint32_t pc_freemask[_NPCM] = {
2710         PC_FREE0_9, PC_FREE0_9, PC_FREE0_9,
2711         PC_FREE0_9, PC_FREE0_9, PC_FREE0_9,
2712         PC_FREE0_9, PC_FREE0_9, PC_FREE0_9,
2713         PC_FREE0_9, PC_FREE10
2714 };
2715
2716 SYSCTL_INT(_vm_pmap, OID_AUTO, pv_entry_count, CTLFLAG_RD, &pv_entry_count, 0,
2717         "Current number of pv entries");
2718
2719 #ifdef PV_STATS
2720 static int pc_chunk_count, pc_chunk_allocs, pc_chunk_frees, pc_chunk_tryfail;
2721
2722 SYSCTL_INT(_vm_pmap, OID_AUTO, pc_chunk_count, CTLFLAG_RD, &pc_chunk_count, 0,
2723     "Current number of pv entry chunks");
2724 SYSCTL_INT(_vm_pmap, OID_AUTO, pc_chunk_allocs, CTLFLAG_RD, &pc_chunk_allocs, 0,
2725     "Current number of pv entry chunks allocated");
2726 SYSCTL_INT(_vm_pmap, OID_AUTO, pc_chunk_frees, CTLFLAG_RD, &pc_chunk_frees, 0,
2727     "Current number of pv entry chunks frees");
2728 SYSCTL_INT(_vm_pmap, OID_AUTO, pc_chunk_tryfail, CTLFLAG_RD, &pc_chunk_tryfail,
2729     0, "Number of times tried to get a chunk page but failed.");
2730
2731 static long pv_entry_frees, pv_entry_allocs;
2732 static int pv_entry_spare;
2733
2734 SYSCTL_LONG(_vm_pmap, OID_AUTO, pv_entry_frees, CTLFLAG_RD, &pv_entry_frees, 0,
2735     "Current number of pv entry frees");
2736 SYSCTL_LONG(_vm_pmap, OID_AUTO, pv_entry_allocs, CTLFLAG_RD, &pv_entry_allocs,
2737     0, "Current number of pv entry allocs");
2738 SYSCTL_INT(_vm_pmap, OID_AUTO, pv_entry_spare, CTLFLAG_RD, &pv_entry_spare, 0,
2739     "Current number of spare pv entries");
2740 #endif
2741
2742 /*
2743  *  Is given page managed?
2744  */
2745 static __inline boolean_t
2746 is_managed(vm_paddr_t pa)
2747 {
2748         vm_offset_t pgnum;
2749         vm_page_t m;
2750
2751         pgnum = atop(pa);
2752         if (pgnum >= first_page) {
2753                 m = PHYS_TO_VM_PAGE(pa);
2754                 if (m == NULL)
2755                         return (FALSE);
2756                 if ((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0)
2757                         return (TRUE);
2758         }
2759         return (FALSE);
2760 }
2761
2762 static __inline boolean_t
2763 pte1_is_managed(pt1_entry_t pte1)
2764 {
2765
2766         return (is_managed(pte1_pa(pte1)));
2767 }
2768
2769 static __inline boolean_t
2770 pte2_is_managed(pt2_entry_t pte2)
2771 {
2772
2773         return (is_managed(pte2_pa(pte2)));
2774 }
2775
2776 /*
2777  *  We are in a serious low memory condition.  Resort to
2778  *  drastic measures to free some pages so we can allocate
2779  *  another pv entry chunk.
2780  */
2781 static vm_page_t
2782 pmap_pv_reclaim(pmap_t locked_pmap)
2783 {
2784         struct pch newtail;
2785         struct pv_chunk *pc;
2786         struct md_page *pvh;
2787         pt1_entry_t *pte1p;
2788         pmap_t pmap;
2789         pt2_entry_t *pte2p, tpte2;
2790         pv_entry_t pv;
2791         vm_offset_t va;
2792         vm_page_t m, m_pc;
2793         struct spglist free;
2794         uint32_t inuse;
2795         int bit, field, freed;
2796
2797         PMAP_LOCK_ASSERT(locked_pmap, MA_OWNED);
2798         pmap = NULL;
2799         m_pc = NULL;
2800         SLIST_INIT(&free);
2801         TAILQ_INIT(&newtail);
2802         while ((pc = TAILQ_FIRST(&pv_chunks)) != NULL && (pv_vafree == 0 ||
2803             SLIST_EMPTY(&free))) {
2804                 TAILQ_REMOVE(&pv_chunks, pc, pc_lru);
2805                 if (pmap != pc->pc_pmap) {
2806                         if (pmap != NULL) {
2807                                 if (pmap != locked_pmap)
2808                                         PMAP_UNLOCK(pmap);
2809                         }
2810                         pmap = pc->pc_pmap;
2811                         /* Avoid deadlock and lock recursion. */
2812                         if (pmap > locked_pmap)
2813                                 PMAP_LOCK(pmap);
2814                         else if (pmap != locked_pmap && !PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
2815                                 pmap = NULL;
2816                                 TAILQ_INSERT_TAIL(&newtail, pc, pc_lru);
2817                                 continue;
2818                         }
2819                 }
2820
2821                 /*
2822                  * Destroy every non-wired, 4 KB page mapping in the chunk.
2823                  */
2824                 freed = 0;
2825                 for (field = 0; field < _NPCM; field++) {
2826                         for (inuse = ~pc->pc_map[field] & pc_freemask[field];
2827                             inuse != 0; inuse &= ~(1UL << bit)) {
2828                                 bit = ffs(inuse) - 1;
2829                                 pv = &pc->pc_pventry[field * 32 + bit];
2830                                 va = pv->pv_va;
2831                                 pte1p = pmap_pte1(pmap, va);
2832                                 if (pte1_is_section(pte1_load(pte1p)))
2833                                         continue;
2834                                 pte2p = pmap_pte2(pmap, va);
2835                                 tpte2 = pte2_load(pte2p);
2836                                 if ((tpte2 & PTE2_W) == 0)
2837                                         tpte2 = pte2_load_clear(pte2p);
2838                                 pmap_pte2_release(pte2p);
2839                                 if ((tpte2 & PTE2_W) != 0)
2840                                         continue;
2841                                 KASSERT(tpte2 != 0,
2842                                     ("pmap_pv_reclaim: pmap %p va %#x zero pte",
2843                                     pmap, va));
2844                                 pmap_tlb_flush(pmap, va);
2845                                 m = PHYS_TO_VM_PAGE(pte2_pa(tpte2));
2846                                 if (pte2_is_dirty(tpte2))
2847                                         vm_page_dirty(m);
2848                                 if ((tpte2 & PTE2_A) != 0)
2849                                         vm_page_aflag_set(m, PGA_REFERENCED);
2850                                 TAILQ_REMOVE(&m->md.pv_list, pv, pv_next);
2851                                 if (TAILQ_EMPTY(&m->md.pv_list) &&
2852                                     (m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0) {
2853                                         pvh = pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
2854                                         if (TAILQ_EMPTY(&pvh->pv_list)) {
2855                                                 vm_page_aflag_clear(m,
2856                                                     PGA_WRITEABLE);
2857                                         }
2858                                 }
2859                                 pc->pc_map[field] |= 1UL << bit;
2860                                 pmap_unuse_pt2(pmap, va, &free);
2861                                 freed++;
2862                         }
2863                 }
2864                 if (freed == 0) {
2865                         TAILQ_INSERT_TAIL(&newtail, pc, pc_lru);
2866                         continue;
2867                 }
2868                 /* Every freed mapping is for a 4 KB page. */
2869                 pmap->pm_stats.resident_count -= freed;
2870                 PV_STAT(pv_entry_frees += freed);
2871                 PV_STAT(pv_entry_spare += freed);
2872                 pv_entry_count -= freed;
2873                 TAILQ_REMOVE(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
2874                 for (field = 0; field < _NPCM; field++)
2875                         if (pc->pc_map[field] != pc_freemask[field]) {
2876                                 TAILQ_INSERT_HEAD(&pmap->pm_pvchunk, pc,
2877                                     pc_list);
2878                                 TAILQ_INSERT_TAIL(&newtail, pc, pc_lru);
2879
2880                                 /*
2881                                  * One freed pv entry in locked_pmap is
2882                                  * sufficient.
2883                                  */
2884                                 if (pmap == locked_pmap)
2885                                         goto out;
2886                                 break;
2887                         }
2888                 if (field == _NPCM) {
2889                         PV_STAT(pv_entry_spare -= _NPCPV);
2890                         PV_STAT(pc_chunk_count--);
2891                         PV_STAT(pc_chunk_frees++);
2892                         /* Entire chunk is free; return it. */
2893                         m_pc = PHYS_TO_VM_PAGE(pmap_kextract((vm_offset_t)pc));
2894                         pmap_qremove((vm_offset_t)pc, 1);
2895                         pmap_pte2list_free(&pv_vafree, (vm_offset_t)pc);
2896                         break;
2897                 }
2898         }
2899 out:
2900         TAILQ_CONCAT(&pv_chunks, &newtail, pc_lru);
2901         if (pmap != NULL) {
2902                 if (pmap != locked_pmap)
2903                         PMAP_UNLOCK(pmap);
2904         }
2905         if (m_pc == NULL && pv_vafree != 0 && SLIST_EMPTY(&free)) {
2906                 m_pc = SLIST_FIRST(&free);
2907                 SLIST_REMOVE_HEAD(&free, plinks.s.ss);
2908                 /* Recycle a freed page table page. */
2909                 m_pc->wire_count = 1;
2910                 atomic_add_int(&vm_cnt.v_wire_count, 1);
2911         }
2912         pmap_free_zero_pages(&free);
2913         return (m_pc);
2914 }
2915
2916 static void
2917 free_pv_chunk(struct pv_chunk *pc)
2918 {
2919         vm_page_t m;
2920
2921         TAILQ_REMOVE(&pv_chunks, pc, pc_lru);
2922         PV_STAT(pv_entry_spare -= _NPCPV);
2923         PV_STAT(pc_chunk_count--);
2924         PV_STAT(pc_chunk_frees++);
2925         /* entire chunk is free, return it */
2926         m = PHYS_TO_VM_PAGE(pmap_kextract((vm_offset_t)pc));
2927         pmap_qremove((vm_offset_t)pc, 1);
2928         vm_page_unwire(m, PQ_NONE);
2929         vm_page_free(m);
2930         pmap_pte2list_free(&pv_vafree, (vm_offset_t)pc);
2931 }
2932
2933 /*
2934  *  Free the pv_entry back to the free list.
2935  */
2936 static void
2937 free_pv_entry(pmap_t pmap, pv_entry_t pv)
2938 {
2939         struct pv_chunk *pc;
2940         int idx, field, bit;
2941
2942         rw_assert(&pvh_global_lock, RA_WLOCKED);
2943         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
2944         PV_STAT(pv_entry_frees++);
2945         PV_STAT(pv_entry_spare++);
2946         pv_entry_count--;
2947         pc = pv_to_chunk(pv);
2948         idx = pv - &pc->pc_pventry[0];
2949         field = idx / 32;
2950         bit = idx % 32;
2951         pc->pc_map[field] |= 1ul << bit;
2952         for (idx = 0; idx < _NPCM; idx++)
2953                 if (pc->pc_map[idx] != pc_freemask[idx]) {
2954                         /*
2955                          * 98% of the time, pc is already at the head of the
2956                          * list.  If it isn't already, move it to the head.
2957                          */
2958                         if (__predict_false(TAILQ_FIRST(&pmap->pm_pvchunk) !=
2959                             pc)) {
2960                                 TAILQ_REMOVE(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
2961                                 TAILQ_INSERT_HEAD(&pmap->pm_pvchunk, pc,
2962                                     pc_list);
2963                         }
2964                         return;
2965                 }
2966         TAILQ_REMOVE(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
2967         free_pv_chunk(pc);
2968 }
2969
2970 /*
2971  *  Get a new pv_entry, allocating a block from the system
2972  *  when needed.
2973  */
2974 static pv_entry_t
2975 get_pv_entry(pmap_t pmap, boolean_t try)
2976 {
2977         static const struct timeval printinterval = { 60, 0 };
2978         static struct timeval lastprint;
2979         int bit, field;
2980         pv_entry_t pv;
2981         struct pv_chunk *pc;
2982         vm_page_t m;
2983
2984         rw_assert(&pvh_global_lock, RA_WLOCKED);
2985         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
2986         PV_STAT(pv_entry_allocs++);
2987         pv_entry_count++;
2988         if (pv_entry_count > pv_entry_high_water)
2989                 if (ratecheck(&lastprint, &printinterval))
2990                         printf("Approaching the limit on PV entries, consider "
2991                             "increasing either the vm.pmap.shpgperproc or the "
2992                             "vm.pmap.pv_entry_max tunable.\n");
2993 retry:
2994         pc = TAILQ_FIRST(&pmap->pm_pvchunk);
2995         if (pc != NULL) {
2996                 for (field = 0; field < _NPCM; field++) {
2997                         if (pc->pc_map[field]) {
2998                                 bit = ffs(pc->pc_map[field]) - 1;
2999                                 break;
3000                         }
3001                 }
3002                 if (field < _NPCM) {
3003                         pv = &pc->pc_pventry[field * 32 + bit];
3004                         pc->pc_map[field] &= ~(1ul << bit);
3005                         /* If this was the last item, move it to tail */
3006                         for (field = 0; field < _NPCM; field++)
3007                                 if (pc->pc_map[field] != 0) {
3008                                         PV_STAT(pv_entry_spare--);
3009                                         return (pv);    /* not full, return */
3010                                 }
3011                         TAILQ_REMOVE(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
3012                         TAILQ_INSERT_TAIL(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
3013                         PV_STAT(pv_entry_spare--);
3014                         return (pv);
3015                 }
3016         }
3017         /*
3018          * Access to the pte2list "pv_vafree" is synchronized by the pvh
3019          * global lock.  If "pv_vafree" is currently non-empty, it will
3020          * remain non-empty until pmap_pte2list_alloc() completes.
3021          */
3022         if (pv_vafree == 0 || (m = vm_page_alloc(NULL, 0, VM_ALLOC_NORMAL |
3023             VM_ALLOC_NOOBJ | VM_ALLOC_WIRED)) == NULL) {
3024                 if (try) {
3025                         pv_entry_count--;
3026                         PV_STAT(pc_chunk_tryfail++);
3027                         return (NULL);
3028                 }
3029                 m = pmap_pv_reclaim(pmap);
3030                 if (m == NULL)
3031                         goto retry;
3032         }
3033         PV_STAT(pc_chunk_count++);
3034         PV_STAT(pc_chunk_allocs++);
3035         pc = (struct pv_chunk *)pmap_pte2list_alloc(&pv_vafree);
3036         pmap_qenter((vm_offset_t)pc, &m, 1);
3037         pc->pc_pmap = pmap;
3038         pc->pc_map[0] = pc_freemask[0] & ~1ul;  /* preallocated bit 0 */
3039         for (field = 1; field < _NPCM; field++)
3040                 pc->pc_map[field] = pc_freemask[field];
3041         TAILQ_INSERT_TAIL(&pv_chunks, pc, pc_lru);
3042         pv = &pc->pc_pventry[0];
3043         TAILQ_INSERT_HEAD(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
3044         PV_STAT(pv_entry_spare += _NPCPV - 1);
3045         return (pv);
3046 }
3047
3048 /*
3049  *  Create a pv entry for page at pa for
3050  *  (pmap, va).
3051  */
3052 static void
3053 pmap_insert_entry(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m)
3054 {
3055         pv_entry_t pv;
3056
3057         rw_assert(&pvh_global_lock, RA_WLOCKED);
3058         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
3059         pv = get_pv_entry(pmap, FALSE);
3060         pv->pv_va = va;
3061         TAILQ_INSERT_TAIL(&m->md.pv_list, pv, pv_next);
3062 }
3063
3064 static __inline pv_entry_t
3065 pmap_pvh_remove(struct md_page *pvh, pmap_t pmap, vm_offset_t va)
3066 {
3067         pv_entry_t pv;
3068
3069         rw_assert(&pvh_global_lock, RA_WLOCKED);
3070         TAILQ_FOREACH(pv, &pvh->pv_list, pv_next) {
3071                 if (pmap == PV_PMAP(pv) && va == pv->pv_va) {
3072                         TAILQ_REMOVE(&pvh->pv_list, pv, pv_next);
3073                         break;
3074                 }
3075         }
3076         return (pv);
3077 }
3078
3079 static void
3080 pmap_pvh_free(struct md_page *pvh, pmap_t pmap, vm_offset_t va)
3081 {
3082         pv_entry_t pv;
3083
3084         pv = pmap_pvh_remove(pvh, pmap, va);
3085         KASSERT(pv != NULL, ("pmap_pvh_free: pv not found"));
3086         free_pv_entry(pmap, pv);
3087 }
3088
3089 static void
3090 pmap_remove_entry(pmap_t pmap, vm_page_t m, vm_offset_t va)
3091 {
3092         struct md_page *pvh;
3093
3094         rw_assert(&pvh_global_lock, RA_WLOCKED);
3095         pmap_pvh_free(&m->md, pmap, va);
3096         if (TAILQ_EMPTY(&m->md.pv_list) && (m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0) {
3097                 pvh = pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
3098                 if (TAILQ_EMPTY(&pvh->pv_list))
3099                         vm_page_aflag_clear(m, PGA_WRITEABLE);
3100         }
3101 }
3102
3103 static void
3104 pmap_pv_demote_pte1(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_paddr_t pa)
3105 {
3106         struct md_page *pvh;
3107         pv_entry_t pv;
3108         vm_offset_t va_last;
3109         vm_page_t m;
3110
3111         rw_assert(&pvh_global_lock, RA_WLOCKED);
3112         KASSERT((pa & PTE1_OFFSET) == 0,
3113             ("pmap_pv_demote_pte1: pa is not 1mpage aligned"));
3114
3115         /*
3116          * Transfer the 1mpage's pv entry for this mapping to the first
3117          * page's pv list.
3118          */
3119         pvh = pa_to_pvh(pa);
3120         va = pte1_trunc(va);
3121         pv = pmap_pvh_remove(pvh, pmap, va);
3122         KASSERT(pv != NULL, ("pmap_pv_demote_pte1: pv not found"));
3123         m = PHYS_TO_VM_PAGE(pa);
3124         TAILQ_INSERT_TAIL(&m->md.pv_list, pv, pv_next);
3125         /* Instantiate the remaining NPTE2_IN_PT2 - 1 pv entries. */
3126         va_last = va + PTE1_SIZE - PAGE_SIZE;
3127         do {
3128                 m++;
3129                 KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
3130                     ("pmap_pv_demote_pte1: page %p is not managed", m));
3131                 va += PAGE_SIZE;
3132                 pmap_insert_entry(pmap, va, m);
3133         } while (va < va_last);
3134 }
3135
3136 static void
3137 pmap_pv_promote_pte1(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_paddr_t pa)
3138 {
3139         struct md_page *pvh;
3140         pv_entry_t pv;
3141         vm_offset_t va_last;
3142         vm_page_t m;
3143
3144         rw_assert(&pvh_global_lock, RA_WLOCKED);
3145         KASSERT((pa & PTE1_OFFSET) == 0,
3146             ("pmap_pv_promote_pte1: pa is not 1mpage aligned"));
3147
3148         /*
3149          * Transfer the first page's pv entry for this mapping to the
3150          * 1mpage's pv list.  Aside from avoiding the cost of a call
3151          * to get_pv_entry(), a transfer avoids the possibility that
3152          * get_pv_entry() calls pmap_pv_reclaim() and that pmap_pv_reclaim()
3153          * removes one of the mappings that is being promoted.
3154          */
3155         m = PHYS_TO_VM_PAGE(pa);
3156         va = pte1_trunc(va);
3157         pv = pmap_pvh_remove(&m->md, pmap, va);
3158         KASSERT(pv != NULL, ("pmap_pv_promote_pte1: pv not found"));
3159         pvh = pa_to_pvh(pa);
3160         TAILQ_INSERT_TAIL(&pvh->pv_list, pv, pv_next);
3161         /* Free the remaining NPTE2_IN_PT2 - 1 pv entries. */
3162         va_last = va + PTE1_SIZE - PAGE_SIZE;
3163         do {
3164                 m++;
3165                 va += PAGE_SIZE;
3166                 pmap_pvh_free(&m->md, pmap, va);
3167         } while (va < va_last);
3168 }
3169
3170 /*
3171  *  Conditionally create a pv entry.
3172  */
3173 static boolean_t
3174 pmap_try_insert_pv_entry(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m)
3175 {
3176         pv_entry_t pv;
3177
3178         rw_assert(&pvh_global_lock, RA_WLOCKED);
3179         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
3180         if (pv_entry_count < pv_entry_high_water &&
3181             (pv = get_pv_entry(pmap, TRUE)) != NULL) {
3182                 pv->pv_va = va;
3183                 TAILQ_INSERT_TAIL(&m->md.pv_list, pv, pv_next);
3184                 return (TRUE);
3185         } else
3186                 return (FALSE);
3187 }
3188
3189 /*
3190  *  Create the pv entries for each of the pages within a section.
3191  */
3192 static boolean_t
3193 pmap_pv_insert_pte1(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_paddr_t pa)
3194 {
3195         struct md_page *pvh;
3196         pv_entry_t pv;
3197
3198         rw_assert(&pvh_global_lock, RA_WLOCKED);
3199         if (pv_entry_count < pv_entry_high_water &&
3200             (pv = get_pv_entry(pmap, TRUE)) != NULL) {
3201                 pv->pv_va = va;
3202                 pvh = pa_to_pvh(pa);
3203                 TAILQ_INSERT_TAIL(&pvh->pv_list, pv, pv_next);
3204                 return (TRUE);
3205         } else
3206                 return (FALSE);
3207 }
3208
3209 static inline void
3210 pmap_tlb_flush_pte1(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pt1_entry_t npte1)
3211 {
3212
3213         /* Kill all the small mappings or the big one only. */
3214         if (pte1_is_section(npte1))
3215                 pmap_tlb_flush_range(pmap, pte1_trunc(va), PTE1_SIZE);
3216         else
3217                 pmap_tlb_flush(pmap, pte1_trunc(va));
3218 }
3219
3220 /*
3221  *  Update kernel pte1 on all pmaps.
3222  *
3223  *  The following function is called only on one cpu with disabled interrupts.
3224  *  In SMP case, smp_rendezvous_cpus() is used to stop other cpus. This way
3225  *  nobody can invoke explicit hardware table walk during the update of pte1.
3226  *  Unsolicited hardware table walk can still happen, invoked by speculative
3227  *  data or instruction prefetch or even by speculative hardware table walk.
3228  *
3229  *  The break-before-make approach should be implemented here. However, it's
3230  *  not so easy to do that for kernel mappings as it would be unhappy to unmap
3231  *  itself unexpectedly but voluntarily.
3232  */
3233 static void
3234 pmap_update_pte1_kernel(vm_offset_t va, pt1_entry_t npte1)
3235 {
3236         pmap_t pmap;
3237         pt1_entry_t *pte1p;
3238
3239         /*
3240          * Get current pmap. Interrupts should be disabled here
3241          * so PCPU_GET() is done atomically.
3242          */
3243         pmap = PCPU_GET(curpmap);
3244         if (pmap == NULL)
3245                 pmap = kernel_pmap;
3246
3247         /*
3248          * (1) Change pte1 on current pmap.
3249          * (2) Flush all obsolete TLB entries on current CPU.
3250          * (3) Change pte1 on all pmaps.
3251          * (4) Flush all obsolete TLB entries on all CPUs in SMP case.
3252          */
3253
3254         pte1p = pmap_pte1(pmap, va);
3255         pte1_store(pte1p, npte1);
3256
3257         /* Kill all the small mappings or the big one only. */
3258         if (pte1_is_section(npte1)) {
3259                 pmap_pte1_kern_promotions++;
3260                 tlb_flush_range_local(pte1_trunc(va), PTE1_SIZE);
3261         } else {
3262                 pmap_pte1_kern_demotions++;
3263                 tlb_flush_local(pte1_trunc(va));
3264         }
3265
3266         /*
3267          * In SMP case, this function is called when all cpus are at smp
3268          * rendezvous, so there is no need to use 'allpmaps_lock' lock here.
3269          * In UP case, the function is called with this lock locked.
3270          */
3271         LIST_FOREACH(pmap, &allpmaps, pm_list) {
3272                 pte1p = pmap_pte1(pmap, va);
3273                 pte1_store(pte1p, npte1);
3274         }
3275
3276 #ifdef SMP
3277         /* Kill all the small mappings or the big one only. */
3278         if (pte1_is_section(npte1))
3279                 tlb_flush_range(pte1_trunc(va), PTE1_SIZE);
3280         else
3281                 tlb_flush(pte1_trunc(va));
3282 #endif
3283 }
3284
3285 #ifdef SMP
3286 struct pte1_action {
3287         vm_offset_t va;
3288         pt1_entry_t npte1;
3289         u_int update;           /* CPU that updates the PTE1 */
3290 };
3291
3292 static void
3293 pmap_update_pte1_action(void *arg)
3294 {
3295         struct pte1_action *act = arg;
3296
3297         if (act->update == PCPU_GET(cpuid))
3298                 pmap_update_pte1_kernel(act->va, act->npte1);
3299 }
3300
3301 /*
3302  *  Change pte1 on current pmap.
3303  *  Note that kernel pte1 must be changed on all pmaps.
3304  *
3305  *  According to the architecture reference manual published by ARM,
3306  *  the behaviour is UNPREDICTABLE when two or more TLB entries map the same VA.
3307  *  According to this manual, UNPREDICTABLE behaviours must never happen in
3308  *  a viable system. In contrast, on x86 processors, it is not specified which
3309  *  TLB entry mapping the virtual address will be used, but the MMU doesn't
3310  *  generate a bogus translation the way it does on Cortex-A8 rev 2 (Beaglebone
3311  *  Black).
3312  *
3313  *  It's a problem when either promotion or demotion is being done. The pte1
3314  *  update and appropriate TLB flush must be done atomically in general.
3315  */
3316 static void
3317 pmap_change_pte1(pmap_t pmap, pt1_entry_t *pte1p, vm_offset_t va,
3318     pt1_entry_t npte1)
3319 {
3320
3321         if (pmap == kernel_pmap) {
3322                 struct pte1_action act;
3323
3324                 sched_pin();
3325                 act.va = va;
3326                 act.npte1 = npte1;
3327                 act.update = PCPU_GET(cpuid);
3328                 smp_rendezvous_cpus(all_cpus, smp_no_rendevous_barrier,
3329                     pmap_update_pte1_action, NULL, &act);
3330                 sched_unpin();
3331         } else {
3332                 register_t cspr;
3333
3334                 /*
3335                  * Use break-before-make approach for changing userland
3336                  * mappings. It can cause L1 translation aborts on other
3337                  * cores in SMP case. So, special treatment is implemented
3338                  * in pmap_fault(). To reduce the likelihood that another core
3339                  * will be affected by the broken mapping, disable interrupts
3340                  * until the mapping change is completed.
3341                  */
3342                 cspr = disable_interrupts(PSR_I | PSR_F);
3343                 pte1_clear(pte1p);
3344                 pmap_tlb_flush_pte1(pmap, va, npte1);
3345                 pte1_store(pte1p, npte1);
3346                 restore_interrupts(cspr);
3347         }
3348 }
3349 #else
3350 static void
3351 pmap_change_pte1(pmap_t pmap, pt1_entry_t *pte1p, vm_offset_t va,
3352     pt1_entry_t npte1)
3353 {
3354
3355         if (pmap == kernel_pmap) {
3356                 mtx_lock_spin(&allpmaps_lock);
3357                 pmap_update_pte1_kernel(va, npte1);
3358                 mtx_unlock_spin(&allpmaps_lock);
3359         } else {
3360                 register_t cspr;
3361
3362                 /*
3363                  * Use break-before-make approach for changing userland
3364                  * mappings. It's absolutely safe in UP case when interrupts
3365                  * are disabled.
3366                  */
3367                 cspr = disable_interrupts(PSR_I | PSR_F);
3368                 pte1_clear(pte1p);
3369                 pmap_tlb_flush_pte1(pmap, va, npte1);
3370                 pte1_store(pte1p, npte1);
3371                 restore_interrupts(cspr);
3372         }
3373 }
3374 #endif
3375
3376 /*
3377  *  Tries to promote the NPTE2_IN_PT2, contiguous 4KB page mappings that are
3378  *  within a single page table page (PT2) to a single 1MB page mapping.
3379  *  For promotion to occur, two conditions must be met: (1) the 4KB page
3380  *  mappings must map aligned, contiguous physical memory and (2) the 4KB page
3381  *  mappings must have identical characteristics.
3382  *
3383  *  Managed (PG_MANAGED) mappings within the kernel address space are not
3384  *  promoted.  The reason is that kernel PTE1s are replicated in each pmap but
3385  *  pmap_remove_write(), pmap_clear_modify(), and pmap_clear_reference() only
3386  *  read the PTE1 from the kernel pmap.
3387  */
3388 static void
3389 pmap_promote_pte1(pmap_t pmap, pt1_entry_t *pte1p, vm_offset_t va)
3390 {
3391         pt1_entry_t npte1;
3392         pt2_entry_t *fpte2p, fpte2, fpte2_fav;
3393         pt2_entry_t *pte2p, pte2;
3394         vm_offset_t pteva __unused;
3395         vm_page_t m __unused;
3396
3397         PDEBUG(6, printf("%s(%p): try for va %#x pte1 %#x at %p\n", __func__,
3398             pmap, va, pte1_load(pte1p), pte1p));
3399
3400         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
3401
3402         /*
3403          * Examine the first PTE2 in the specified PT2. Abort if this PTE2 is
3404          * either invalid, unused, or does not map the first 4KB physical page
3405          * within a 1MB page.
3406          */
3407         fpte2p = pmap_pte2_quick(pmap, pte1_trunc(va));
3408         fpte2 = pte2_load(fpte2p);
3409         if ((fpte2 & ((PTE2_FRAME & PTE1_OFFSET) | PTE2_A | PTE2_V)) !=
3410             (PTE2_A | PTE2_V)) {
3411                 pmap_pte1_p_failures++;
3412                 CTR3(KTR_PMAP, "%s: failure(1) for va %#x in pmap %p",
3413                     __func__, va, pmap);
3414                 return;
3415         }
3416         if (pte2_is_managed(fpte2) && pmap == kernel_pmap) {
3417                 pmap_pte1_p_failures++;
3418                 CTR3(KTR_PMAP, "%s: failure(2) for va %#x in pmap %p",
3419                     __func__, va, pmap);
3420                 return;
3421         }
3422         if ((fpte2 & (PTE2_NM | PTE2_RO)) == PTE2_NM) {
3423                 /*
3424                  * When page is not modified, PTE2_RO can be set without
3425                  * a TLB invalidation.
3426                  */
3427                 fpte2 |= PTE2_RO;
3428                 pte2_store(fpte2p, fpte2);
3429         }
3430
3431         /*
3432          * Examine each of the other PTE2s in the specified PT2. Abort if this
3433          * PTE2 maps an unexpected 4KB physical page or does not have identical
3434          * characteristics to the first PTE2.
3435          */
3436         fpte2_fav = (fpte2 & (PTE2_FRAME | PTE2_A | PTE2_V));
3437         fpte2_fav += PTE1_SIZE - PTE2_SIZE; /* examine from the end */
3438         for (pte2p = fpte2p + NPTE2_IN_PT2 - 1; pte2p > fpte2p; pte2p--) {
3439                 pte2 = pte2_load(pte2p);
3440                 if ((pte2 & (PTE2_FRAME | PTE2_A | PTE2_V)) != fpte2_fav) {
3441                         pmap_pte1_p_failures++;
3442                         CTR3(KTR_PMAP, "%s: failure(3) for va %#x in pmap %p",
3443                             __func__, va, pmap);
3444                         return;
3445                 }
3446                 if ((pte2 & (PTE2_NM | PTE2_RO)) == PTE2_NM) {
3447                         /*
3448                          * When page is not modified, PTE2_RO can be set
3449                          * without a TLB invalidation. See note above.
3450                          */
3451                         pte2 |= PTE2_RO;
3452                         pte2_store(pte2p, pte2);
3453                         pteva = pte1_trunc(va) | (pte2 & PTE1_OFFSET &
3454                             PTE2_FRAME);
3455                         CTR3(KTR_PMAP, "%s: protect for va %#x in pmap %p",
3456                             __func__, pteva, pmap);
3457                 }
3458                 if ((pte2 & PTE2_PROMOTE) != (fpte2 & PTE2_PROMOTE)) {
3459                         pmap_pte1_p_failures++;
3460                         CTR3(KTR_PMAP, "%s: failure(4) for va %#x in pmap %p",
3461                             __func__, va, pmap);
3462                         return;
3463                 }
3464
3465                 fpte2_fav -= PTE2_SIZE;
3466         }
3467         /*
3468          * The page table page in its current state will stay in PT2TAB
3469          * until the PTE1 mapping the section is demoted by pmap_demote_pte1()
3470          * or destroyed by pmap_remove_pte1().
3471          *
3472          * Note that L2 page table size is not equal to PAGE_SIZE.
3473          */
3474         m = PHYS_TO_VM_PAGE(trunc_page(pte1_link_pa(pte1_load(pte1p))));
3475         KASSERT(m >= vm_page_array && m < &vm_page_array[vm_page_array_size],
3476             ("%s: PT2 page is out of range", __func__));
3477         KASSERT(m->pindex == (pte1_index(va) & ~PT2PG_MASK),
3478             ("%s: PT2 page's pindex is wrong", __func__));
3479
3480         /*
3481          * Get pte1 from pte2 format.
3482          */
3483         npte1 = (fpte2 & PTE1_FRAME) | ATTR_TO_L1(fpte2) | PTE1_V;
3484
3485         /*
3486          * Promote the pv entries.
3487          */
3488         if (pte2_is_managed(fpte2))
3489                 pmap_pv_promote_pte1(pmap, va, pte1_pa(npte1));
3490
3491         /*
3492          * Promote the mappings.
3493          */
3494         pmap_change_pte1(pmap, pte1p, va, npte1);
3495
3496         pmap_pte1_promotions++;
3497         CTR3(KTR_PMAP, "%s: success for va %#x in pmap %p",
3498             __func__, va, pmap);
3499
3500         PDEBUG(6, printf("%s(%p): success for va %#x pte1 %#x(%#x) at %p\n",
3501             __func__, pmap, va, npte1, pte1_load(pte1p), pte1p));
3502 }
3503
3504 /*
3505  *  Zero L2 page table page.
3506  */
3507 static __inline void
3508 pmap_clear_pt2(pt2_entry_t *fpte2p)
3509 {
3510         pt2_entry_t *pte2p;
3511
3512         for (pte2p = fpte2p; pte2p < fpte2p + NPTE2_IN_PT2; pte2p++)
3513                 pte2_clear(pte2p);
3514
3515 }
3516
3517 /*
3518  *  Removes a 1MB page mapping from the kernel pmap.
3519  */
3520 static void
3521 pmap_remove_kernel_pte1(pmap_t pmap, pt1_entry_t *pte1p, vm_offset_t va)
3522 {
3523         vm_page_t m;
3524         uint32_t pte1_idx;
3525         pt2_entry_t *fpte2p;
3526         vm_paddr_t pt2_pa;
3527
3528         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
3529         m = pmap_pt2_page(pmap, va);
3530         if (m == NULL)
3531                 /*
3532                  * QQQ: Is this function called only on promoted pte1?
3533                  *      We certainly do section mappings directly
3534                  *      (without promotion) in kernel !!!
3535                  */
3536                 panic("%s: missing pt2 page", __func__);
3537
3538         pte1_idx = pte1_index(va);
3539
3540         /*
3541          * Initialize the L2 page table.
3542          */
3543         fpte2p = page_pt2(pt2map_pt2pg(va), pte1_idx);
3544         pmap_clear_pt2(fpte2p);
3545
3546         /*
3547          * Remove the mapping.
3548          */
3549         pt2_pa = page_pt2pa(VM_PAGE_TO_PHYS(m), pte1_idx);
3550         pmap_kenter_pte1(va, PTE1_LINK(pt2_pa));
3551
3552         /*
3553          * QQQ: We do not need to invalidate PT2MAP mapping
3554          * as we did not change it. I.e. the L2 page table page
3555          * was and still is mapped the same way.
3556          */
3557 }
3558
3559 /*
3560  *  Do the things to unmap a section in a process
3561  */
3562 static void
3563 pmap_remove_pte1(pmap_t pmap, pt1_entry_t *pte1p, vm_offset_t sva,
3564     struct spglist *free)
3565 {
3566         pt1_entry_t opte1;
3567         struct md_page *pvh;
3568         vm_offset_t eva, va;
3569         vm_page_t m;
3570
3571         PDEBUG(6, printf("%s(%p): va %#x pte1 %#x at %p\n", __func__, pmap, sva,
3572             pte1_load(pte1p), pte1p));
3573
3574         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
3575         KASSERT((sva & PTE1_OFFSET) == 0,
3576             ("%s: sva is not 1mpage aligned", __func__));
3577
3578         /*
3579          * Clear and invalidate the mapping. It should occupy one and only TLB
3580          * entry. So, pmap_tlb_flush() called with aligned address should be
3581          * sufficient.
3582          */
3583         opte1 = pte1_load_clear(pte1p);
3584         pmap_tlb_flush(pmap, sva);
3585
3586         if (pte1_is_wired(opte1))
3587                 pmap->pm_stats.wired_count -= PTE1_SIZE / PAGE_SIZE;
3588         pmap->pm_stats.resident_count -= PTE1_SIZE / PAGE_SIZE;
3589         if (pte1_is_managed(opte1)) {
3590                 pvh = pa_to_pvh(pte1_pa(opte1));
3591                 pmap_pvh_free(pvh, pmap, sva);
3592                 eva = sva + PTE1_SIZE;
3593                 for (va = sva, m = PHYS_TO_VM_PAGE(pte1_pa(opte1));
3594                     va < eva; va += PAGE_SIZE, m++) {
3595                         if (pte1_is_dirty(opte1))
3596                                 vm_page_dirty(m);
3597                         if (opte1 & PTE1_A)
3598                                 vm_page_aflag_set(m, PGA_REFERENCED);
3599                         if (TAILQ_EMPTY(&m->md.pv_list) &&
3600                             TAILQ_EMPTY(&pvh->pv_list))
3601                                 vm_page_aflag_clear(m, PGA_WRITEABLE);
3602                 }
3603         }
3604         if (pmap == kernel_pmap) {
3605                 /*
3606                  * L2 page table(s) can't be removed from kernel map as
3607                  * kernel counts on it (stuff around pmap_growkernel()).
3608                  */
3609                  pmap_remove_kernel_pte1(pmap, pte1p, sva);
3610         } else {
3611                 /*
3612                  * Get associated L2 page table page.
3613                  * It's possible that the page was never allocated.
3614                  */
3615                 m = pmap_pt2_page(pmap, sva);
3616                 if (m != NULL)
3617                         pmap_unwire_pt2_all(pmap, sva, m, free);
3618         }
3619 }
3620
3621 /*
3622  *  Fills L2 page table page with mappings to consecutive physical pages.
3623  */
3624 static __inline void
3625 pmap_fill_pt2(pt2_entry_t *fpte2p, pt2_entry_t npte2)
3626 {
3627         pt2_entry_t *pte2p;
3628
3629         for (pte2p = fpte2p; pte2p < fpte2p + NPTE2_IN_PT2; pte2p++) {
3630                 pte2_store(pte2p, npte2);
3631                 npte2 += PTE2_SIZE;
3632         }
3633 }
3634
3635 /*
3636  *  Tries to demote a 1MB page mapping. If demotion fails, the
3637  *  1MB page mapping is invalidated.
3638  */
3639 static boolean_t
3640 pmap_demote_pte1(pmap_t pmap, pt1_entry_t *pte1p, vm_offset_t va)
3641 {
3642         pt1_entry_t opte1, npte1;
3643         pt2_entry_t *fpte2p, npte2;
3644         vm_paddr_t pt2pg_pa, pt2_pa;
3645         vm_page_t m;
3646         struct spglist free;
3647         uint32_t pte1_idx, isnew = 0;
3648
3649         PDEBUG(6, printf("%s(%p): try for va %#x pte1 %#x at %p\n", __func__,
3650             pmap, va, pte1_load(pte1p), pte1p));
3651
3652         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
3653
3654         opte1 = pte1_load(pte1p);
3655         KASSERT(pte1_is_section(opte1), ("%s: opte1 not a section", __func__));
3656
3657         if ((opte1 & PTE1_A) == 0 || (m = pmap_pt2_page(pmap, va)) == NULL) {
3658                 KASSERT(!pte1_is_wired(opte1),
3659                     ("%s: PT2 page for a wired mapping is missing", __func__));
3660
3661                 /*
3662                  * Invalidate the 1MB page mapping and return
3663                  * "failure" if the mapping was never accessed or the
3664                  * allocation of the new page table page fails.
3665                  */
3666                 if ((opte1 & PTE1_A) == 0 || (m = vm_page_alloc(NULL,
3667                     pte1_index(va) & ~PT2PG_MASK, VM_ALLOC_NOOBJ |
3668                     VM_ALLOC_NORMAL | VM_ALLOC_WIRED)) == NULL) {
3669                         SLIST_INIT(&free);
3670                         pmap_remove_pte1(pmap, pte1p, pte1_trunc(va), &free);
3671                         pmap_free_zero_pages(&free);
3672                         CTR3(KTR_PMAP, "%s: failure for va %#x in pmap %p",
3673                             __func__, va, pmap);
3674                         return (FALSE);
3675                 }
3676                 if (va < VM_MAXUSER_ADDRESS)
3677                         pmap->pm_stats.resident_count++;
3678
3679                 isnew = 1;
3680
3681                 /*
3682                  * We init all L2 page tables in the page even if
3683                  * we are going to change everything for one L2 page
3684                  * table in a while.
3685                  */
3686                 pt2pg_pa = pmap_pt2pg_init(pmap, va, m);
3687         } else {
3688                 if (va < VM_MAXUSER_ADDRESS) {
3689                         if (pt2_is_empty(m, va))
3690                                 isnew = 1; /* Demoting section w/o promotion. */
3691 #ifdef INVARIANTS
3692                         else
3693                                 KASSERT(pt2_is_full(m, va), ("%s: bad PT2 wire"
3694                                     " count %u", __func__,
3695                                     pt2_wirecount_get(m, pte1_index(va))));
3696 #endif
3697                 }
3698         }
3699
3700         pt2pg_pa = VM_PAGE_TO_PHYS(m);
3701         pte1_idx = pte1_index(va);
3702         /*
3703          * If the pmap is current, then the PT2MAP can provide access to
3704          * the page table page (promoted L2 page tables are not unmapped).
3705          * Otherwise, temporarily map the L2 page table page (m) into
3706          * the kernel's address space at either PADDR1 or PADDR2.
3707          *
3708          * Note that L2 page table size is not equal to PAGE_SIZE.
3709          */
3710         if (pmap_is_current(pmap))
3711                 fpte2p = page_pt2(pt2map_pt2pg(va), pte1_idx);
3712         else if (curthread->td_pinned > 0 && rw_wowned(&pvh_global_lock)) {
3713                 if (pte2_pa(pte2_load(PMAP1)) != pt2pg_pa) {
3714                         pte2_store(PMAP1, PTE2_KPT(pt2pg_pa));
3715 #ifdef SMP
3716                         PMAP1cpu = PCPU_GET(cpuid);
3717 #endif
3718                         tlb_flush_local((vm_offset_t)PADDR1);
3719                         PMAP1changed++;
3720                 } else
3721 #ifdef SMP
3722                 if (PMAP1cpu != PCPU_GET(cpuid)) {
3723                         PMAP1cpu = PCPU_GET(cpuid);
3724                         tlb_flush_local((vm_offset_t)PADDR1);
3725                         PMAP1changedcpu++;
3726                 } else
3727 #endif
3728                         PMAP1unchanged++;
3729                 fpte2p = page_pt2((vm_offset_t)PADDR1, pte1_idx);
3730         } else {
3731                 mtx_lock(&PMAP2mutex);
3732                 if (pte2_pa(pte2_load(PMAP2)) != pt2pg_pa) {
3733                         pte2_store(PMAP2, PTE2_KPT(pt2pg_pa));
3734                         tlb_flush((vm_offset_t)PADDR2);
3735                 }
3736                 fpte2p = page_pt2((vm_offset_t)PADDR2, pte1_idx);
3737         }
3738         pt2_pa = page_pt2pa(pt2pg_pa, pte1_idx);
3739         npte1 = PTE1_LINK(pt2_pa);
3740
3741         KASSERT((opte1 & PTE1_A) != 0,
3742             ("%s: opte1 is missing PTE1_A", __func__));
3743         KASSERT((opte1 & (PTE1_NM | PTE1_RO)) != PTE1_NM,
3744             ("%s: opte1 has PTE1_NM", __func__));
3745
3746         /*
3747          *  Get pte2 from pte1 format.
3748         */
3749         npte2 = pte1_pa(opte1) | ATTR_TO_L2(opte1) | PTE2_V;
3750
3751         /*
3752          * If the L2 page table page is new, initialize it. If the mapping
3753          * has changed attributes, update the page table entries.
3754          */
3755         if (isnew != 0) {
3756                 pt2_wirecount_set(m, pte1_idx, NPTE2_IN_PT2);
3757                 pmap_fill_pt2(fpte2p, npte2);
3758         } else if ((pte2_load(fpte2p) & PTE2_PROMOTE) !=
3759                     (npte2 & PTE2_PROMOTE))
3760                 pmap_fill_pt2(fpte2p, npte2);
3761
3762         KASSERT(pte2_pa(pte2_load(fpte2p)) == pte2_pa(npte2),
3763             ("%s: fpte2p and npte2 map different physical addresses",
3764             __func__));
3765
3766         if (fpte2p == PADDR2)
3767                 mtx_unlock(&PMAP2mutex);
3768
3769         /*
3770          * Demote the mapping. This pmap is locked. The old PTE1 has
3771          * PTE1_A set. If the old PTE1 has not PTE1_RO set, it also
3772          * has not PTE1_NM set. Thus, there is no danger of a race with
3773          * another processor changing the setting of PTE1_A and/or PTE1_NM
3774          * between the read above and the store below.
3775          */
3776         pmap_change_pte1(pmap, pte1p, va, npte1);
3777
3778         /*
3779          * Demote the pv entry. This depends on the earlier demotion
3780          * of the mapping. Specifically, the (re)creation of a per-
3781          * page pv entry might trigger the execution of pmap_pv_reclaim(),
3782          * which might reclaim a newly (re)created per-page pv entry
3783          * and destroy the associated mapping. In order to destroy
3784          * the mapping, the PTE1 must have already changed from mapping
3785          * the 1mpage to referencing the page table page.
3786          */
3787         if (pte1_is_managed(opte1))
3788                 pmap_pv_demote_pte1(pmap, va, pte1_pa(opte1));
3789
3790         pmap_pte1_demotions++;
3791         CTR3(KTR_PMAP, "%s: success for va %#x in pmap %p",
3792             __func__, va, pmap);
3793
3794         PDEBUG(6, printf("%s(%p): success for va %#x pte1 %#x(%#x) at %p\n",
3795             __func__, pmap, va, npte1, pte1_load(pte1p), pte1p));
3796         return (TRUE);
3797 }
3798
3799 /*
3800  *      Insert the given physical page (p) at
3801  *      the specified virtual address (v) in the
3802  *      target physical map with the protection requested.
3803  *
3804  *      If specified, the page will be wired down, meaning
3805  *      that the related pte can not be reclaimed.
3806  *
3807  *      NB:  This is the only routine which MAY NOT lazy-evaluate
3808  *      or lose information.  That is, this routine must actually
3809  *      insert this page into the given map NOW.
3810  */
3811 int
3812 pmap_enter(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m, vm_prot_t prot,
3813     u_int flags, int8_t psind)
3814 {
3815         pt1_entry_t *pte1p;
3816         pt2_entry_t *pte2p;
3817         pt2_entry_t npte2, opte2;
3818         pv_entry_t pv;
3819         vm_paddr_t opa, pa;
3820         vm_page_t mpte2, om;
3821         boolean_t wired;
3822
3823         va = trunc_page(va);
3824         mpte2 = NULL;
3825         wired = (flags & PMAP_ENTER_WIRED) != 0;
3826
3827         KASSERT(va <= vm_max_kernel_address, ("%s: toobig", __func__));
3828         KASSERT(va < UPT2V_MIN_ADDRESS || va >= UPT2V_MAX_ADDRESS,
3829             ("%s: invalid to pmap_enter page table pages (va: 0x%x)", __func__,
3830             va));
3831         if ((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0 && !vm_page_xbusied(m))
3832                 VM_OBJECT_ASSERT_LOCKED(m->object);
3833
3834         rw_wlock(&pvh_global_lock);
3835         PMAP_LOCK(pmap);
3836         sched_pin();
3837
3838         /*
3839          * In the case that a page table page is not
3840          * resident, we are creating it here.
3841          */
3842         if (va < VM_MAXUSER_ADDRESS) {
3843                 mpte2 = pmap_allocpte2(pmap, va, flags);
3844                 if (mpte2 == NULL) {
3845                         KASSERT((flags & PMAP_ENTER_NOSLEEP) != 0,
3846                             ("pmap_allocpte2 failed with sleep allowed"));
3847                         sched_unpin();
3848                         rw_wunlock(&pvh_global_lock);
3849                         PMAP_UNLOCK(pmap);
3850                         return (KERN_RESOURCE_SHORTAGE);
3851                 }
3852         }
3853         pte1p = pmap_pte1(pmap, va);
3854         if (pte1_is_section(pte1_load(pte1p)))
3855                 panic("%s: attempted on 1MB page", __func__);
3856         pte2p = pmap_pte2_quick(pmap, va);
3857         if (pte2p == NULL)
3858                 panic("%s: invalid L1 page table entry va=%#x", __func__, va);
3859
3860         om = NULL;
3861         pa = VM_PAGE_TO_PHYS(m);
3862         opte2 = pte2_load(pte2p);
3863         opa = pte2_pa(opte2);
3864         /*
3865          * Mapping has not changed, must be protection or wiring change.
3866          */
3867         if (pte2_is_valid(opte2) && (opa == pa)) {
3868                 /*
3869                  * Wiring change, just update stats. We don't worry about
3870                  * wiring PT2 pages as they remain resident as long as there
3871                  * are valid mappings in them. Hence, if a user page is wired,
3872                  * the PT2 page will be also.
3873                  */
3874                 if (wired && !pte2_is_wired(opte2))
3875                         pmap->pm_stats.wired_count++;
3876                 else if (!wired && pte2_is_wired(opte2))
3877                         pmap->pm_stats.wired_count--;
3878
3879                 /*
3880                  * Remove extra pte2 reference
3881                  */
3882                 if (mpte2)
3883                         pt2_wirecount_dec(mpte2, pte1_index(va));
3884                 if (pte2_is_managed(opte2))
3885                         om = m;
3886                 goto validate;
3887         }
3888
3889         /*
3890          * QQQ: We think that changing physical address on writeable mapping
3891          *      is not safe. Well, maybe on kernel address space with correct
3892          *      locking, it can make a sense. However, we have no idea why
3893          *      anyone should do that on user address space. Are we wrong?
3894          */
3895         KASSERT((opa == 0) || (opa == pa) ||
3896             !pte2_is_valid(opte2) || ((opte2 & PTE2_RO) != 0),
3897             ("%s: pmap %p va %#x(%#x) opa %#x pa %#x - gotcha %#x %#x!",
3898             __func__, pmap, va, opte2, opa, pa, flags, prot));
3899
3900         pv = NULL;
3901
3902         /*
3903          * Mapping has changed, invalidate old range and fall through to
3904          * handle validating new mapping.
3905          */
3906         if (opa) {
3907                 if (pte2_is_wired(opte2))
3908                         pmap->pm_stats.wired_count--;
3909                 if (pte2_is_managed(opte2)) {
3910                         om = PHYS_TO_VM_PAGE(opa);
3911                         pv = pmap_pvh_remove(&om->md, pmap, va);
3912                 }
3913                 /*
3914                  * Remove extra pte2 reference
3915                  */
3916                 if (mpte2 != NULL)
3917                         pt2_wirecount_dec(mpte2, va >> PTE1_SHIFT);
3918         } else
3919                 pmap->pm_stats.resident_count++;
3920
3921         /*
3922          * Enter on the PV list if part of our managed memory.
3923          */
3924         if ((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0) {
3925                 KASSERT(va < kmi.clean_sva || va >= kmi.clean_eva,
3926                     ("%s: managed mapping within the clean submap", __func__));
3927                 if (pv == NULL)
3928                         pv = get_pv_entry(pmap, FALSE);
3929                 pv->pv_va = va;
3930                 TAILQ_INSERT_TAIL(&m->md.pv_list, pv, pv_next);
3931         } else if (pv != NULL)
3932                 free_pv_entry(pmap, pv);
3933
3934         /*
3935          * Increment counters
3936          */
3937         if (wired)
3938                 pmap->pm_stats.wired_count++;
3939
3940 validate:
3941         /*
3942          * Now validate mapping with desired protection/wiring.
3943          */
3944         npte2 = PTE2(pa, PTE2_NM, vm_page_pte2_attr(m));
3945         if (prot & VM_PROT_WRITE) {
3946                 if (pte2_is_managed(npte2))
3947                         vm_page_aflag_set(m, PGA_WRITEABLE);
3948         }
3949         else
3950                 npte2 |= PTE2_RO;
3951         if ((prot & VM_PROT_EXECUTE) == 0)
3952                 npte2 |= PTE2_NX;
3953         if (wired)
3954                 npte2 |= PTE2_W;
3955         if (va < VM_MAXUSER_ADDRESS)
3956                 npte2 |= PTE2_U;
3957         if (pmap != kernel_pmap)
3958                 npte2 |= PTE2_NG;
3959
3960         /*
3961          * If the mapping or permission bits are different, we need
3962          * to update the pte2.
3963          *
3964          * QQQ: Think again and again what to do
3965          *      if the mapping is going to be changed!
3966          */
3967         if ((opte2 & ~(PTE2_NM | PTE2_A)) != (npte2 & ~(PTE2_NM | PTE2_A))) {
3968                 /*
3969                  * Sync icache if exec permission and attribute VM_MEMATTR_WB_WA
3970                  * is set. Do it now, before the mapping is stored and made
3971                  * valid for hardware table walk. If done later, there is a race
3972                  * for other threads of current process in lazy loading case.
3973                  * Don't do it for kernel memory which is mapped with exec
3974                  * permission even if the memory isn't going to hold executable
3975                  * code. The only time when icache sync is needed is after
3976                  * kernel module is loaded and the relocation info is processed.
3977                  * And it's done in elf_cpu_load_file().
3978                  *
3979                  * QQQ: (1) Does it exist any better way where
3980                  *          or how to sync icache?
3981                  *      (2) Now, we do it on a page basis.
3982                  */
3983                 if ((prot & VM_PROT_EXECUTE) && pmap != kernel_pmap &&
3984                     m->md.pat_mode == VM_MEMATTR_WB_WA &&
3985                     (opa != pa || (opte2 & PTE2_NX)))
3986                         cache_icache_sync_fresh(va, pa, PAGE_SIZE);
3987
3988                 npte2 |= PTE2_A;
3989                 if (flags & VM_PROT_WRITE)
3990                         npte2 &= ~PTE2_NM;
3991                 if (opte2 & PTE2_V) {
3992                         /* Change mapping with break-before-make approach. */
3993                         opte2 = pte2_load_clear(pte2p);
3994                         pmap_tlb_flush(pmap, va);
3995                         pte2_store(pte2p, npte2);
3996                         if (opte2 & PTE2_A) {
3997                                 if (pte2_is_managed(opte2))
3998                                         vm_page_aflag_set(om, PGA_REFERENCED);
3999                         }
4000                         if (pte2_is_dirty(opte2)) {
4001                                 if (pte2_is_managed(opte2))
4002                                         vm_page_dirty(om);
4003                         }
4004                         if (pte2_is_managed(opte2) &&
4005                             TAILQ_EMPTY(&om->md.pv_list) &&
4006                             ((om->flags & PG_FICTITIOUS) != 0 ||
4007                             TAILQ_EMPTY(&pa_to_pvh(opa)->pv_list)))
4008                                 vm_page_aflag_clear(om, PGA_WRITEABLE);
4009                 } else
4010                         pte2_store(pte2p, npte2);
4011         }
4012 #if 0
4013         else {
4014                 /*
4015                  * QQQ: In time when both access and not mofified bits are
4016                  *      emulated by software, this should not happen. Some
4017                  *      analysis is need, if this really happen. Missing
4018                  *      tlb flush somewhere could be the reason.
4019                  */
4020                 panic("%s: pmap %p va %#x opte2 %x npte2 %x !!", __func__, pmap,
4021                     va, opte2, npte2);
4022         }
4023 #endif
4024         /*
4025          * If both the L2 page table page and the reservation are fully
4026          * populated, then attempt promotion.
4027          */
4028         if ((mpte2 == NULL || pt2_is_full(mpte2, va)) &&
4029             sp_enabled && (m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0 &&
4030             vm_reserv_level_iffullpop(m) == 0)
4031                 pmap_promote_pte1(pmap, pte1p, va);
4032         sched_unpin();
4033         rw_wunlock(&pvh_global_lock);
4034         PMAP_UNLOCK(pmap);
4035         return (KERN_SUCCESS);
4036 }
4037
4038 /*
4039  *  Do the things to unmap a page in a process.
4040  */
4041 static int
4042 pmap_remove_pte2(pmap_t pmap, pt2_entry_t *pte2p, vm_offset_t va,
4043     struct spglist *free)
4044 {
4045         pt2_entry_t opte2;
4046         vm_page_t m;
4047
4048         rw_assert(&pvh_global_lock, RA_WLOCKED);
4049         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
4050
4051         /* Clear and invalidate the mapping. */
4052         opte2 = pte2_load_clear(pte2p);
4053         pmap_tlb_flush(pmap, va);
4054
4055         KASSERT(pte2_is_valid(opte2), ("%s: pmap %p va %#x not link pte2 %#x",
4056             __func__, pmap, va, opte2));
4057
4058         if (opte2 & PTE2_W)
4059                 pmap->pm_stats.wired_count -= 1;
4060         pmap->pm_stats.resident_count -= 1;
4061         if (pte2_is_managed(opte2)) {
4062                 m = PHYS_TO_VM_PAGE(pte2_pa(opte2));
4063                 if (pte2_is_dirty(opte2))
4064                         vm_page_dirty(m);
4065                 if (opte2 & PTE2_A)
4066                         vm_page_aflag_set(m, PGA_REFERENCED);
4067                 pmap_remove_entry(pmap, m, va);
4068         }
4069         return (pmap_unuse_pt2(pmap, va, free));
4070 }
4071
4072 /*
4073  *  Remove a single page from a process address space.
4074  */
4075 static void
4076 pmap_remove_page(pmap_t pmap, vm_offset_t va, struct spglist *free)
4077 {
4078         pt2_entry_t *pte2p;
4079
4080         rw_assert(&pvh_global_lock, RA_WLOCKED);
4081         KASSERT(curthread->td_pinned > 0,
4082             ("%s: curthread not pinned", __func__));
4083         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
4084         if ((pte2p = pmap_pte2_quick(pmap, va)) == NULL ||
4085             !pte2_is_valid(pte2_load(pte2p)))
4086                 return;
4087         pmap_remove_pte2(pmap, pte2p, va, free);
4088 }
4089
4090 /*
4091  *  Remove the given range of addresses from the specified map.
4092  *
4093  *  It is assumed that the start and end are properly
4094  *  rounded to the page size.
4095  */
4096 void
4097 pmap_remove(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
4098 {
4099         vm_offset_t nextva;
4100         pt1_entry_t *pte1p, pte1;
4101         pt2_entry_t *pte2p, pte2;
4102         struct spglist free;
4103
4104         /*
4105          * Perform an unsynchronized read. This is, however, safe.
4106          */
4107         if (pmap->pm_stats.resident_count == 0)
4108                 return;
4109
4110         SLIST_INIT(&free);
4111
4112         rw_wlock(&pvh_global_lock);
4113         sched_pin();
4114         PMAP_LOCK(pmap);
4115
4116         /*
4117          * Special handling of removing one page. A very common
4118          * operation and easy to short circuit some code.
4119          */
4120         if (sva + PAGE_SIZE == eva) {
4121                 pte1 = pte1_load(pmap_pte1(pmap, sva));
4122                 if (pte1_is_link(pte1)) {
4123                         pmap_remove_page(pmap, sva, &free);
4124                         goto out;
4125                 }
4126         }
4127
4128         for (; sva < eva; sva = nextva) {
4129                 /*
4130                  * Calculate address for next L2 page table.
4131                  */
4132                 nextva = pte1_trunc(sva + PTE1_SIZE);
4133                 if (nextva < sva)
4134                         nextva = eva;
4135                 if (pmap->pm_stats.resident_count == 0)
4136                         break;
4137
4138                 pte1p = pmap_pte1(pmap, sva);
4139                 pte1 = pte1_load(pte1p);
4140
4141                 /*
4142                  * Weed out invalid mappings. Note: we assume that the L1 page
4143                  * table is always allocated, and in kernel virtual.
4144                  */
4145                 if (pte1 == 0)
4146                         continue;
4147
4148                 if (pte1_is_section(pte1)) {
4149                         /*
4150                          * Are we removing the entire large page?  If not,
4151                          * demote the mapping and fall through.
4152                          */
4153                         if (sva + PTE1_SIZE == nextva && eva >= nextva) {
4154                                 pmap_remove_pte1(pmap, pte1p, sva, &free);
4155                                 continue;
4156                         } else if (!pmap_demote_pte1(pmap, pte1p, sva)) {
4157                                 /* The large page mapping was destroyed. */
4158                                 continue;
4159                         }
4160 #ifdef INVARIANTS
4161                         else {
4162                                 /* Update pte1 after demotion. */
4163                                 pte1 = pte1_load(pte1p);
4164                         }
4165 #endif
4166                 }
4167
4168                 KASSERT(pte1_is_link(pte1), ("%s: pmap %p va %#x pte1 %#x at %p"
4169                     " is not link", __func__, pmap, sva, pte1, pte1p));
4170
4171                 /*
4172                  * Limit our scan to either the end of the va represented
4173                  * by the current L2 page table page, or to the end of the
4174                  * range being removed.
4175                  */
4176                 if (nextva > eva)
4177                         nextva = eva;
4178
4179                 for (pte2p = pmap_pte2_quick(pmap, sva); sva != nextva;
4180                     pte2p++, sva += PAGE_SIZE) {
4181                         pte2 = pte2_load(pte2p);
4182                         if (!pte2_is_valid(pte2))
4183                                 continue;
4184                         if (pmap_remove_pte2(pmap, pte2p, sva, &free))
4185                                 break;
4186                 }
4187         }
4188 out:
4189         sched_unpin();
4190         rw_wunlock(&pvh_global_lock);
4191         PMAP_UNLOCK(pmap);
4192         pmap_free_zero_pages(&free);
4193 }
4194
4195 /*
4196  *      Routine:        pmap_remove_all
4197  *      Function:
4198  *              Removes this physical page from
4199  *              all physical maps in which it resides.
4200  *              Reflects back modify bits to the pager.
4201  *
4202  *      Notes:
4203  *              Original versions of this routine were very
4204  *              inefficient because they iteratively called
4205  *              pmap_remove (slow...)
4206  */
4207
4208 void
4209 pmap_remove_all(vm_page_t m)
4210 {
4211         struct md_page *pvh;
4212         pv_entry_t pv;
4213         pmap_t pmap;
4214         pt2_entry_t *pte2p, opte2;
4215         pt1_entry_t *pte1p;
4216         vm_offset_t va;
4217         struct spglist free;
4218
4219         KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
4220             ("%s: page %p is not managed", __func__, m));
4221         SLIST_INIT(&free);
4222         rw_wlock(&pvh_global_lock);
4223         sched_pin();
4224         if ((m->flags & PG_FICTITIOUS) != 0)
4225                 goto small_mappings;
4226         pvh = pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
4227         while ((pv = TAILQ_FIRST(&pvh->pv_list)) != NULL) {
4228                 va = pv->pv_va;
4229                 pmap = PV_PMAP(pv);
4230                 PMAP_LOCK(pmap);
4231                 pte1p = pmap_pte1(pmap, va);
4232                 (void)pmap_demote_pte1(pmap, pte1p, va);
4233                 PMAP_UNLOCK(pmap);
4234         }
4235 small_mappings:
4236         while ((pv = TAILQ_FIRST(&m->md.pv_list)) != NULL) {
4237                 pmap = PV_PMAP(pv);
4238                 PMAP_LOCK(pmap);
4239                 pmap->pm_stats.resident_count--;
4240                 pte1p = pmap_pte1(pmap, pv->pv_va);
4241                 KASSERT(!pte1_is_section(pte1_load(pte1p)), ("%s: found "
4242                     "a 1mpage in page %p's pv list", __func__, m));
4243                 pte2p = pmap_pte2_quick(pmap, pv->pv_va);
4244                 opte2 = pte2_load_clear(pte2p);
4245                 pmap_tlb_flush(pmap, pv->pv_va);
4246                 KASSERT(pte2_is_valid(opte2), ("%s: pmap %p va %x zero pte2",
4247                     __func__, pmap, pv->pv_va));
4248                 if (pte2_is_wired(opte2))
4249                         pmap->pm_stats.wired_count--;
4250                 if (opte2 & PTE2_A)
4251                         vm_page_aflag_set(m, PGA_REFERENCED);
4252
4253                 /*
4254                  * Update the vm_page_t clean and reference bits.
4255                  */
4256                 if (pte2_is_dirty(opte2))
4257                         vm_page_dirty(m);
4258                 pmap_unuse_pt2(pmap, pv->pv_va, &free);
4259                 TAILQ_REMOVE(&m->md.pv_list, pv, pv_next);
4260                 free_pv_entry(pmap, pv);
4261                 PMAP_UNLOCK(pmap);
4262         }
4263         vm_page_aflag_clear(m, PGA_WRITEABLE);
4264         sched_unpin();
4265         rw_wunlock(&pvh_global_lock);
4266         pmap_free_zero_pages(&free);
4267 }
4268
4269 /*
4270  *  Just subroutine for pmap_remove_pages() to reasonably satisfy
4271  *  good coding style, a.k.a. 80 character line width limit hell.
4272  */
4273 static __inline void
4274 pmap_remove_pte1_quick(pmap_t pmap, pt1_entry_t pte1, pv_entry_t pv,
4275     struct spglist *free)
4276 {
4277         vm_paddr_t pa;
4278         vm_page_t m, mt, mpt2pg;
4279         struct md_page *pvh;
4280
4281         pa = pte1_pa(pte1);
4282         m = PHYS_TO_VM_PAGE(pa);
4283
4284         KASSERT(m->phys_addr == pa, ("%s: vm_page_t %p addr mismatch %#x %#x",
4285             __func__, m, m->phys_addr, pa));
4286         KASSERT((m->flags & PG_FICTITIOUS) != 0 ||
4287             m < &vm_page_array[vm_page_array_size],
4288             ("%s: bad pte1 %#x", __func__, pte1));
4289
4290         if (pte1_is_dirty(pte1)) {
4291                 for (mt = m; mt < &m[PTE1_SIZE / PAGE_SIZE]; mt++)
4292                         vm_page_dirty(mt);
4293         }
4294
4295         pmap->pm_stats.resident_count -= PTE1_SIZE / PAGE_SIZE;
4296         pvh = pa_to_pvh(pa);
4297         TAILQ_REMOVE(&pvh->pv_list, pv, pv_next);
4298         if (TAILQ_EMPTY(&pvh->pv_list)) {
4299                 for (mt = m; mt < &m[PTE1_SIZE / PAGE_SIZE]; mt++)
4300                         if (TAILQ_EMPTY(&mt->md.pv_list))
4301                                 vm_page_aflag_clear(mt, PGA_WRITEABLE);
4302         }
4303         mpt2pg = pmap_pt2_page(pmap, pv->pv_va);
4304         if (mpt2pg != NULL)
4305                 pmap_unwire_pt2_all(pmap, pv->pv_va, mpt2pg, free);
4306 }
4307
4308 /*
4309  *  Just subroutine for pmap_remove_pages() to reasonably satisfy
4310  *  good coding style, a.k.a. 80 character line width limit hell.
4311  */
4312 static __inline void
4313 pmap_remove_pte2_quick(pmap_t pmap, pt2_entry_t pte2, pv_entry_t pv,
4314     struct spglist *free)
4315 {
4316         vm_paddr_t pa;
4317         vm_page_t m;
4318         struct md_page *pvh;
4319
4320         pa = pte2_pa(pte2);
4321         m = PHYS_TO_VM_PAGE(pa);
4322
4323         KASSERT(m->phys_addr == pa, ("%s: vm_page_t %p addr mismatch %#x %#x",
4324             __func__, m, m->phys_addr, pa));
4325         KASSERT((m->flags & PG_FICTITIOUS) != 0 ||
4326             m < &vm_page_array[vm_page_array_size],
4327             ("%s: bad pte2 %#x", __func__, pte2));
4328
4329         if (pte2_is_dirty(pte2))
4330                 vm_page_dirty(m);
4331
4332         pmap->pm_stats.resident_count--;
4333         TAILQ_REMOVE(&m->md.pv_list, pv, pv_next);
4334         if (TAILQ_EMPTY(&m->md.pv_list) && (m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0) {
4335                 pvh = pa_to_pvh(pa);
4336                 if (TAILQ_EMPTY(&pvh->pv_list))
4337                         vm_page_aflag_clear(m, PGA_WRITEABLE);
4338         }
4339         pmap_unuse_pt2(pmap, pv->pv_va, free);
4340 }
4341
4342 /*
4343  *  Remove all pages from specified address space this aids process
4344  *  exit speeds. Also, this code is special cased for current process
4345  *  only, but can have the more generic (and slightly slower) mode enabled.
4346  *  This is much faster than pmap_remove in the case of running down
4347  *  an entire address space.
4348  */
4349 void
4350 pmap_remove_pages(pmap_t pmap)
4351 {
4352         pt1_entry_t *pte1p, pte1;
4353         pt2_entry_t *pte2p, pte2;
4354         pv_entry_t pv;
4355         struct pv_chunk *pc, *npc;
4356         struct spglist free;
4357         int field, idx;
4358         int32_t bit;
4359         uint32_t inuse, bitmask;
4360         boolean_t allfree;
4361
4362         /*
4363          * Assert that the given pmap is only active on the current
4364          * CPU.  Unfortunately, we cannot block another CPU from
4365          * activating the pmap while this function is executing.
4366          */
4367         KASSERT(pmap == vmspace_pmap(curthread->td_proc->p_vmspace),
4368             ("%s: non-current pmap %p", __func__, pmap));
4369 #if defined(SMP) && defined(INVARIANTS)
4370         {
4371                 cpuset_t other_cpus;
4372
4373                 sched_pin();
4374                 other_cpus = pmap->pm_active;
4375                 CPU_CLR(PCPU_GET(cpuid), &other_cpus);
4376                 sched_unpin();
4377                 KASSERT(CPU_EMPTY(&other_cpus),
4378                     ("%s: pmap %p active on other cpus", __func__, pmap));
4379         }
4380 #endif
4381         SLIST_INIT(&free);
4382         rw_wlock(&pvh_global_lock);
4383         PMAP_LOCK(pmap);
4384         sched_pin();
4385         TAILQ_FOREACH_SAFE(pc, &pmap->pm_pvchunk, pc_list, npc) {
4386                 KASSERT(pc->pc_pmap == pmap, ("%s: wrong pmap %p %p",
4387                     __func__, pmap, pc->pc_pmap));
4388                 allfree = TRUE;
4389                 for (field = 0; field < _NPCM; field++) {
4390                         inuse = (~(pc->pc_map[field])) & pc_freemask[field];
4391                         while (inuse != 0) {
4392                                 bit = ffs(inuse) - 1;
4393                                 bitmask = 1UL << bit;
4394                                 idx = field * 32 + bit;
4395                                 pv = &pc->pc_pventry[idx];
4396                                 inuse &= ~bitmask;
4397
4398                                 /*
4399                                  * Note that we cannot remove wired pages
4400                                  * from a process' mapping at this time
4401                                  */
4402                                 pte1p = pmap_pte1(pmap, pv->pv_va);
4403                                 pte1 = pte1_load(pte1p);
4404                                 if (pte1_is_section(pte1)) {
4405                                         if (pte1_is_wired(pte1))  {
4406                                                 allfree = FALSE;
4407                                                 continue;
4408                                         }
4409                                         pte1_clear(pte1p);
4410                                         pmap_remove_pte1_quick(pmap, pte1, pv,
4411                                             &free);
4412                                 }
4413                                 else if (pte1_is_link(pte1)) {
4414                                         pte2p = pt2map_entry(pv->pv_va);
4415                                         pte2 = pte2_load(pte2p);
4416
4417                                         if (!pte2_is_valid(pte2)) {
4418                                                 printf("%s: pmap %p va %#x "
4419                                                     "pte2 %#x\n", __func__,
4420                                                     pmap, pv->pv_va, pte2);
4421                                                 panic("bad pte2");
4422                                         }
4423
4424                                         if (pte2_is_wired(pte2))   {
4425                                                 allfree = FALSE;
4426                                                 continue;
4427                                         }
4428                                         pte2_clear(pte2p);
4429                                         pmap_remove_pte2_quick(pmap, pte2, pv,
4430                                             &free);
4431                                 } else {
4432                                         printf("%s: pmap %p va %#x pte1 %#x\n",
4433                                             __func__, pmap, pv->pv_va, pte1);
4434                                         panic("bad pte1");
4435                                 }
4436
4437                                 /* Mark free */
4438                                 PV_STAT(pv_entry_frees++);
4439                                 PV_STAT(pv_entry_spare++);
4440                                 pv_entry_count--;
4441                                 pc->pc_map[field] |= bitmask;
4442                         }
4443                 }
4444                 if (allfree) {
4445                         TAILQ_REMOVE(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
4446                         free_pv_chunk(pc);
4447                 }
4448         }
4449         tlb_flush_all_ng_local();
4450         sched_unpin();
4451         rw_wunlock(&pvh_global_lock);
4452         PMAP_UNLOCK(pmap);
4453         pmap_free_zero_pages(&free);
4454 }
4455
4456 /*
4457  *  This code makes some *MAJOR* assumptions:
4458  *  1. Current pmap & pmap exists.
4459  *  2. Not wired.
4460  *  3. Read access.
4461  *  4. No L2 page table pages.
4462  *  but is *MUCH* faster than pmap_enter...
4463  */
4464 static vm_page_t
4465 pmap_enter_quick_locked(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m,
4466     vm_prot_t prot, vm_page_t mpt2pg)
4467 {
4468         pt2_entry_t *pte2p, pte2;
4469         vm_paddr_t pa;
4470         struct spglist free;
4471         uint32_t l2prot;
4472
4473         KASSERT(va < kmi.clean_sva || va >= kmi.clean_eva ||
4474             (m->oflags & VPO_UNMANAGED) != 0,
4475             ("%s: managed mapping within the clean submap", __func__));
4476         rw_assert(&pvh_global_lock, RA_WLOCKED);
4477         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
4478
4479         /*
4480          * In the case that a L2 page table page is not
4481          * resident, we are creating it here.
4482          */
4483         if (va < VM_MAXUSER_ADDRESS) {
4484                 u_int pte1_idx;
4485                 pt1_entry_t pte1, *pte1p;
4486                 vm_paddr_t pt2_pa;
4487
4488                 /*
4489                  * Get L1 page table things.
4490                  */
4491                 pte1_idx = pte1_index(va);
4492                 pte1p = pmap_pte1(pmap, va);
4493                 pte1 = pte1_load(pte1p);
4494
4495                 if (mpt2pg && (mpt2pg->pindex == (pte1_idx & ~PT2PG_MASK))) {
4496                         /*
4497                          * Each of NPT2_IN_PG L2 page tables on the page can
4498                          * come here. Make sure that associated L1 page table
4499                          * link is established.
4500                          *
4501                          * QQQ: It comes that we don't establish all links to
4502                          *      L2 page tables for newly allocated L2 page
4503                          *      tables page.
4504                          */
4505                         KASSERT(!pte1_is_section(pte1),
4506                             ("%s: pte1 %#x is section", __func__, pte1));
4507                         if (!pte1_is_link(pte1)) {
4508                                 pt2_pa = page_pt2pa(VM_PAGE_TO_PHYS(mpt2pg),
4509                                     pte1_idx);
4510                                 pte1_store(pte1p, PTE1_LINK(pt2_pa));
4511                         }
4512                         pt2_wirecount_inc(mpt2pg, pte1_idx);
4513                 } else {
4514                         /*
4515                          * If the L2 page table page is mapped, we just
4516                          * increment the hold count, and activate it.
4517                          */
4518                         if (pte1_is_section(pte1)) {
4519                                 return (NULL);
4520                         } else if (pte1_is_link(pte1)) {
4521                                 mpt2pg = PHYS_TO_VM_PAGE(pte1_link_pa(pte1));
4522                                 pt2_wirecount_inc(mpt2pg, pte1_idx);
4523                         } else {
4524                                 mpt2pg = _pmap_allocpte2(pmap, va,
4525                                     PMAP_ENTER_NOSLEEP);
4526                                 if (mpt2pg == NULL)
4527                                         return (NULL);
4528                         }
4529                 }
4530         } else {
4531                 mpt2pg = NULL;
4532         }
4533
4534         /*
4535          * This call to pt2map_entry() makes the assumption that we are
4536          * entering the page into the current pmap.  In order to support
4537          * quick entry into any pmap, one would likely use pmap_pte2_quick().
4538          * But that isn't as quick as pt2map_entry().
4539          */
4540         pte2p = pt2map_entry(va);
4541         pte2 = pte2_load(pte2p);
4542         if (pte2_is_valid(pte2)) {
4543                 if (mpt2pg != NULL) {
4544                         /*
4545                          * Remove extra pte2 reference
4546                          */
4547                         pt2_wirecount_dec(mpt2pg, pte1_index(va));
4548                         mpt2pg = NULL;
4549                 }
4550                 return (NULL);
4551         }
4552
4553         /*
4554          * Enter on the PV list if part of our managed memory.
4555          */
4556         if ((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0 &&
4557             !pmap_try_insert_pv_entry(pmap, va, m)) {
4558                 if (mpt2pg != NULL) {
4559                         SLIST_INIT(&free);
4560                         if (pmap_unwire_pt2(pmap, va, mpt2pg, &free)) {
4561                                 pmap_tlb_flush(pmap, va);
4562                                 pmap_free_zero_pages(&free);
4563                         }
4564
4565                         mpt2pg = NULL;
4566                 }
4567                 return (NULL);
4568         }
4569
4570         /*
4571          * Increment counters
4572          */
4573         pmap->pm_stats.resident_count++;
4574
4575         /*
4576          * Now validate mapping with RO protection
4577          */
4578         pa = VM_PAGE_TO_PHYS(m);
4579         l2prot = PTE2_RO | PTE2_NM;
4580         if (va < VM_MAXUSER_ADDRESS)
4581                 l2prot |= PTE2_U | PTE2_NG;
4582         if ((prot & VM_PROT_EXECUTE) == 0)
4583                 l2prot |= PTE2_NX;
4584         else if (m->md.pat_mode == VM_MEMATTR_WB_WA && pmap != kernel_pmap) {
4585                 /*
4586                  * Sync icache if exec permission and attribute VM_MEMATTR_WB_WA
4587                  * is set. QQQ: For more info, see comments in pmap_enter().
4588                  */
4589                 cache_icache_sync_fresh(va, pa, PAGE_SIZE);
4590         }
4591         pte2_store(pte2p, PTE2(pa, l2prot, vm_page_pte2_attr(m)));
4592
4593         return (mpt2pg);
4594 }
4595
4596 void
4597 pmap_enter_quick(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m, vm_prot_t prot)
4598 {
4599
4600         rw_wlock(&pvh_global_lock);
4601         PMAP_LOCK(pmap);
4602         (void)pmap_enter_quick_locked(pmap, va, m, prot, NULL);
4603         rw_wunlock(&pvh_global_lock);
4604         PMAP_UNLOCK(pmap);
4605 }
4606
4607 /*
4608  *  Tries to create 1MB page mapping.  Returns TRUE if successful and
4609  *  FALSE otherwise.  Fails if (1) a page table page cannot be allocated without
4610  *  blocking, (2) a mapping already exists at the specified virtual address, or
4611  *  (3) a pv entry cannot be allocated without reclaiming another pv entry.
4612  */
4613 static boolean_t
4614 pmap_enter_pte1(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m, vm_prot_t prot)
4615 {
4616         pt1_entry_t *pte1p;
4617         vm_paddr_t pa;
4618         uint32_t l1prot;
4619
4620         rw_assert(&pvh_global_lock, RA_WLOCKED);
4621         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
4622         pte1p = pmap_pte1(pmap, va);
4623         if (pte1_is_valid(pte1_load(pte1p))) {
4624                 CTR3(KTR_PMAP, "%s: failure for va %#lx in pmap %p", __func__,
4625                     va, pmap);
4626                 return (FALSE);
4627         }
4628         if ((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0) {
4629                 /*
4630                  * Abort this mapping if its PV entry could not be created.
4631                  */
4632                 if (!pmap_pv_insert_pte1(pmap, va, VM_PAGE_TO_PHYS(m))) {
4633                         CTR3(KTR_PMAP, "%s: failure for va %#lx in pmap %p",
4634                             __func__, va, pmap);
4635                         return (FALSE);
4636                 }
4637         }
4638         /*
4639          * Increment counters.
4640          */
4641         pmap->pm_stats.resident_count += PTE1_SIZE / PAGE_SIZE;
4642
4643         /*
4644          * Map the section.
4645          *
4646          * QQQ: Why VM_PROT_WRITE is not evaluated and the mapping is
4647          *      made readonly?
4648          */
4649         pa = VM_PAGE_TO_PHYS(m);
4650         l1prot = PTE1_RO | PTE1_NM;
4651         if (va < VM_MAXUSER_ADDRESS)
4652                 l1prot |= PTE1_U | PTE1_NG;
4653         if ((prot & VM_PROT_EXECUTE) == 0)
4654                 l1prot |= PTE1_NX;
4655         else if (m->md.pat_mode == VM_MEMATTR_WB_WA && pmap != kernel_pmap) {
4656                 /*
4657                  * Sync icache if exec permission and attribute VM_MEMATTR_WB_WA
4658                  * is set. QQQ: For more info, see comments in pmap_enter().
4659                  */
4660                 cache_icache_sync_fresh(va, pa, PTE1_SIZE);
4661         }
4662         pte1_store(pte1p, PTE1(pa, l1prot, ATTR_TO_L1(vm_page_pte2_attr(m))));
4663
4664         pmap_pte1_mappings++;
4665         CTR3(KTR_PMAP, "%s: success for va %#lx in pmap %p", __func__, va,
4666             pmap);
4667         return (TRUE);
4668 }
4669
4670 /*
4671  *  Maps a sequence of resident pages belonging to the same object.
4672  *  The sequence begins with the given page m_start.  This page is
4673  *  mapped at the given virtual address start.  Each subsequent page is
4674  *  mapped at a virtual address that is offset from start by the same
4675  *  amount as the page is offset from m_start within the object.  The
4676  *  last page in the sequence is the page with the largest offset from
4677  *  m_start that can be mapped at a virtual address less than the given
4678  *  virtual address end.  Not every virtual page between start and end
4679  *  is mapped; only those for which a resident page exists with the
4680  *  corresponding offset from m_start are mapped.
4681  */
4682 void
4683 pmap_enter_object(pmap_t pmap, vm_offset_t start, vm_offset_t end,
4684     vm_page_t m_start, vm_prot_t prot)
4685 {
4686         vm_offset_t va;
4687         vm_page_t m, mpt2pg;
4688         vm_pindex_t diff, psize;
4689
4690         PDEBUG(6, printf("%s: pmap %p start %#x end  %#x m %p prot %#x\n",
4691             __func__, pmap, start, end, m_start, prot));
4692
4693         VM_OBJECT_ASSERT_LOCKED(m_start->object);
4694         psize = atop(end - start);
4695         mpt2pg = NULL;
4696         m = m_start;
4697         rw_wlock(&pvh_global_lock);
4698         PMAP_LOCK(pmap);
4699         while (m != NULL && (diff = m->pindex - m_start->pindex) < psize) {
4700                 va = start + ptoa(diff);
4701                 if ((va & PTE1_OFFSET) == 0 && va + PTE1_SIZE <= end &&
4702                     m->psind == 1 && sp_enabled &&
4703                     pmap_enter_pte1(pmap, va, m, prot))
4704                         m = &m[PTE1_SIZE / PAGE_SIZE - 1];
4705                 else
4706                         mpt2pg = pmap_enter_quick_locked(pmap, va, m, prot,
4707                             mpt2pg);
4708                 m = TAILQ_NEXT(m, listq);
4709         }
4710         rw_wunlock(&pvh_global_lock);
4711         PMAP_UNLOCK(pmap);
4712 }
4713
4714 /*
4715  *  This code maps large physical mmap regions into the
4716  *  processor address space.  Note that some shortcuts
4717  *  are taken, but the code works.
4718  */
4719 void
4720 pmap_object_init_pt(pmap_t pmap, vm_offset_t addr, vm_object_t object,
4721     vm_pindex_t pindex, vm_size_t size)
4722 {
4723         pt1_entry_t *pte1p;
4724         vm_paddr_t pa, pte2_pa;
4725         vm_page_t p;
4726         vm_memattr_t pat_mode;
4727         u_int l1attr, l1prot;
4728
4729         VM_OBJECT_ASSERT_WLOCKED(object);
4730         KASSERT(object->type == OBJT_DEVICE || object->type == OBJT_SG,
4731             ("%s: non-device object", __func__));
4732         if ((addr & PTE1_OFFSET) == 0 && (size & PTE1_OFFSET) == 0) {
4733                 if (!vm_object_populate(object, pindex, pindex + atop(size)))
4734                         return;
4735                 p = vm_page_lookup(object, pindex);
4736                 KASSERT(p->valid == VM_PAGE_BITS_ALL,
4737                     ("%s: invalid page %p", __func__, p));
4738                 pat_mode = p->md.pat_mode;
4739
4740                 /*
4741                  * Abort the mapping if the first page is not physically
4742                  * aligned to a 1MB page boundary.
4743                  */
4744                 pte2_pa = VM_PAGE_TO_PHYS(p);
4745                 if (pte2_pa & PTE1_OFFSET)
4746                         return;
4747
4748                 /*
4749                  * Skip the first page. Abort the mapping if the rest of
4750                  * the pages are not physically contiguous or have differing
4751                  * memory attributes.
4752                  */
4753                 p = TAILQ_NEXT(p, listq);
4754                 for (pa = pte2_pa + PAGE_SIZE; pa < pte2_pa + size;
4755                     pa += PAGE_SIZE) {
4756                         KASSERT(p->valid == VM_PAGE_BITS_ALL,
4757                             ("%s: invalid page %p", __func__, p));
4758                         if (pa != VM_PAGE_TO_PHYS(p) ||
4759                             pat_mode != p->md.pat_mode)
4760                                 return;
4761                         p = TAILQ_NEXT(p, listq);
4762                 }
4763
4764                 /*
4765                  * Map using 1MB pages.
4766                  *
4767                  * QQQ: Well, we are mapping a section, so same condition must
4768                  * be hold like during promotion. It looks that only RW mapping
4769                  * is done here, so readonly mapping must be done elsewhere.
4770                  */
4771                 l1prot = PTE1_U | PTE1_NG | PTE1_RW | PTE1_M | PTE1_A;
4772                 l1attr = ATTR_TO_L1(vm_memattr_to_pte2(pat_mode));
4773                 PMAP_LOCK(pmap);
4774                 for (pa = pte2_pa; pa < pte2_pa + size; pa += PTE1_SIZE) {
4775                         pte1p = pmap_pte1(pmap, addr);
4776                         if (!pte1_is_valid(pte1_load(pte1p))) {
4777                                 pte1_store(pte1p, PTE1(pa, l1prot, l1attr));
4778                                 pmap->pm_stats.resident_count += PTE1_SIZE /
4779                                     PAGE_SIZE;
4780                                 pmap_pte1_mappings++;
4781                         }
4782                         /* Else continue on if the PTE1 is already valid. */
4783                         addr += PTE1_SIZE;
4784                 }
4785                 PMAP_UNLOCK(pmap);
4786         }
4787 }
4788
4789 /*
4790  *  Do the things to protect a 1mpage in a process.
4791  */
4792 static void
4793 pmap_protect_pte1(pmap_t pmap, pt1_entry_t *pte1p, vm_offset_t sva,
4794     vm_prot_t prot)
4795 {
4796         pt1_entry_t npte1, opte1;
4797         vm_offset_t eva, va;
4798         vm_page_t m;
4799
4800         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
4801         KASSERT((sva & PTE1_OFFSET) == 0,
4802             ("%s: sva is not 1mpage aligned", __func__));
4803
4804         opte1 = npte1 = pte1_load(pte1p);
4805         if (pte1_is_managed(opte1)) {
4806                 eva = sva + PTE1_SIZE;
4807                 for (va = sva, m = PHYS_TO_VM_PAGE(pte1_pa(opte1));
4808                     va < eva; va += PAGE_SIZE, m++)
4809                         if (pte1_is_dirty(opte1))
4810                                 vm_page_dirty(m);
4811         }
4812         if ((prot & VM_PROT_WRITE) == 0)
4813                 npte1 |= PTE1_RO | PTE1_NM;
4814         if ((prot & VM_PROT_EXECUTE) == 0)
4815                 npte1 |= PTE1_NX;
4816
4817         /*
4818          * QQQ: Herein, execute permission is never set.
4819          *      It only can be cleared. So, no icache
4820          *      syncing is needed.
4821          */
4822
4823         if (npte1 != opte1) {
4824                 pte1_store(pte1p, npte1);
4825                 pmap_tlb_flush(pmap, sva);
4826         }
4827 }
4828
4829 /*
4830  *      Set the physical protection on the
4831  *      specified range of this map as requested.
4832  */
4833 void
4834 pmap_protect(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva, vm_prot_t prot)
4835 {
4836         boolean_t pv_lists_locked;
4837         vm_offset_t nextva;
4838         pt1_entry_t *pte1p, pte1;
4839         pt2_entry_t *pte2p, opte2, npte2;
4840
4841         KASSERT((prot & ~VM_PROT_ALL) == 0, ("invalid prot %x", prot));
4842         if (prot == VM_PROT_NONE) {
4843                 pmap_remove(pmap, sva, eva);
4844                 return;
4845         }
4846
4847         if ((prot & (VM_PROT_WRITE | VM_PROT_EXECUTE)) ==
4848             (VM_PROT_WRITE | VM_PROT_EXECUTE))
4849                 return;
4850
4851         if (pmap_is_current(pmap))
4852                 pv_lists_locked = FALSE;
4853         else {
4854                 pv_lists_locked = TRUE;
4855 resume:
4856                 rw_wlock(&pvh_global_lock);
4857                 sched_pin();
4858         }
4859
4860         PMAP_LOCK(pmap);
4861         for (; sva < eva; sva = nextva) {
4862                 /*
4863                  * Calculate address for next L2 page table.
4864                  */
4865                 nextva = pte1_trunc(sva + PTE1_SIZE);
4866                 if (nextva < sva)
4867                         nextva = eva;
4868
4869                 pte1p = pmap_pte1(pmap, sva);
4870                 pte1 = pte1_load(pte1p);
4871
4872                 /*
4873                  * Weed out invalid mappings. Note: we assume that L1 page
4874                  * page table is always allocated, and in kernel virtual.
4875                  */
4876                 if (pte1 == 0)
4877                         continue;
4878
4879                 if (pte1_is_section(pte1)) {
4880                         /*
4881                          * Are we protecting the entire large page?  If not,
4882                          * demote the mapping and fall through.
4883                          */
4884                         if (sva + PTE1_SIZE == nextva && eva >= nextva) {
4885                                 pmap_protect_pte1(pmap, pte1p, sva, prot);
4886                                 continue;
4887                         } else {
4888                                 if (!pv_lists_locked) {
4889                                         pv_lists_locked = TRUE;
4890                                         if (!rw_try_wlock(&pvh_global_lock)) {
4891                                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
4892                                                 goto resume;
4893                                         }
4894                                         sched_pin();
4895                                 }
4896                                 if (!pmap_demote_pte1(pmap, pte1p, sva)) {
4897                                         /*
4898                                          * The large page mapping
4899                                          * was destroyed.
4900                                          */
4901                                         continue;
4902                                 }
4903 #ifdef INVARIANTS
4904                                 else {
4905                                         /* Update pte1 after demotion */
4906                                         pte1 = pte1_load(pte1p);
4907                                 }
4908 #endif
4909                         }
4910                 }
4911
4912                 KASSERT(pte1_is_link(pte1), ("%s: pmap %p va %#x pte1 %#x at %p"
4913                     " is not link", __func__, pmap, sva, pte1, pte1p));
4914
4915                 /*
4916                  * Limit our scan to either the end of the va represented
4917                  * by the current L2 page table page, or to the end of the
4918                  * range being protected.
4919                  */
4920                 if (nextva > eva)
4921                         nextva = eva;
4922
4923                 for (pte2p = pmap_pte2_quick(pmap, sva); sva != nextva; pte2p++,
4924                     sva += PAGE_SIZE) {
4925                         vm_page_t m;
4926
4927                         opte2 = npte2 = pte2_load(pte2p);
4928                         if (!pte2_is_valid(opte2))
4929                                 continue;
4930
4931                         if ((prot & VM_PROT_WRITE) == 0) {
4932                                 if (pte2_is_managed(opte2) &&
4933                                     pte2_is_dirty(opte2)) {
4934                                         m = PHYS_TO_VM_PAGE(pte2_pa(opte2));
4935                                         vm_page_dirty(m);
4936                                 }
4937                                 npte2 |= PTE2_RO | PTE2_NM;
4938                         }
4939
4940                         if ((prot & VM_PROT_EXECUTE) == 0)
4941                                 npte2 |= PTE2_NX;
4942
4943                         /*
4944                          * QQQ: Herein, execute permission is never set.
4945                          *      It only can be cleared. So, no icache
4946                          *      syncing is needed.
4947                          */
4948
4949                         if (npte2 != opte2) {
4950                                 pte2_store(pte2p, npte2);
4951                                 pmap_tlb_flush(pmap, sva);
4952                         }
4953                 }
4954         }
4955         if (pv_lists_locked) {
4956                 sched_unpin();
4957                 rw_wunlock(&pvh_global_lock);
4958         }
4959         PMAP_UNLOCK(pmap);
4960 }
4961
4962 /*
4963  *      pmap_pvh_wired_mappings:
4964  *
4965  *      Return the updated number "count" of managed mappings that are wired.
4966  */
4967 static int
4968 pmap_pvh_wired_mappings(struct md_page *pvh, int count)
4969 {
4970         pmap_t pmap;
4971         pt1_entry_t pte1;
4972         pt2_entry_t pte2;
4973         pv_entry_t pv;
4974
4975         rw_assert(&pvh_global_lock, RA_WLOCKED);
4976         sched_pin();
4977         TAILQ_FOREACH(pv, &pvh->pv_list, pv_next) {
4978                 pmap = PV_PMAP(pv);
4979                 PMAP_LOCK(pmap);
4980                 pte1 = pte1_load(pmap_pte1(pmap, pv->pv_va));
4981                 if (pte1_is_section(pte1)) {
4982                         if (pte1_is_wired(pte1))
4983                                 count++;
4984                 } else {
4985                         KASSERT(pte1_is_link(pte1),
4986                             ("%s: pte1 %#x is not link", __func__, pte1));
4987                         pte2 = pte2_load(pmap_pte2_quick(pmap, pv->pv_va));
4988                         if (pte2_is_wired(pte2))
4989                                 count++;
4990                 }
4991                 PMAP_UNLOCK(pmap);
4992         }
4993         sched_unpin();
4994         return (count);
4995 }
4996
4997 /*
4998  *      pmap_page_wired_mappings:
4999  *
5000  *      Return the number of managed mappings to the given physical page
5001  *      that are wired.
5002  */
5003 int
5004 pmap_page_wired_mappings(vm_page_t m)
5005 {
5006         int count;
5007
5008         count = 0;
5009         if ((m->oflags & VPO_UNMANAGED) != 0)
5010                 return (count);
5011         rw_wlock(&pvh_global_lock);
5012         count = pmap_pvh_wired_mappings(&m->md, count);
5013         if ((m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0) {
5014                 count = pmap_pvh_wired_mappings(pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m)),
5015                     count);
5016         }
5017         rw_wunlock(&pvh_global_lock);
5018         return (count);
5019 }
5020
5021 /*
5022  *  Returns TRUE if any of the given mappings were used to modify
5023  *  physical memory.  Otherwise, returns FALSE.  Both page and 1mpage
5024  *  mappings are supported.
5025  */
5026 static boolean_t
5027 pmap_is_modified_pvh(struct md_page *pvh)
5028 {
5029         pv_entry_t pv;
5030         pt1_entry_t pte1;
5031         pt2_entry_t pte2;
5032         pmap_t pmap;
5033         boolean_t rv;
5034
5035         rw_assert(&pvh_global_lock, RA_WLOCKED);
5036         rv = FALSE;
5037         sched_pin();
5038         TAILQ_FOREACH(pv, &pvh->pv_list, pv_next) {
5039                 pmap = PV_PMAP(pv);
5040                 PMAP_LOCK(pmap);
5041                 pte1 = pte1_load(pmap_pte1(pmap, pv->pv_va));
5042                 if (pte1_is_section(pte1)) {
5043                         rv = pte1_is_dirty(pte1);
5044                 } else {
5045                         KASSERT(pte1_is_link(pte1),
5046                             ("%s: pte1 %#x is not link", __func__, pte1));
5047                         pte2 = pte2_load(pmap_pte2_quick(pmap, pv->pv_va));
5048                         rv = pte2_is_dirty(pte2);
5049                 }
5050                 PMAP_UNLOCK(pmap);
5051                 if (rv)
5052                         break;
5053         }
5054         sched_unpin();
5055         return (rv);
5056 }
5057
5058 /*
5059  *      pmap_is_modified:
5060  *
5061  *      Return whether or not the specified physical page was modified
5062  *      in any physical maps.
5063  */
5064 boolean_t
5065 pmap_is_modified(vm_page_t m)
5066 {
5067         boolean_t rv;
5068
5069         KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
5070             ("%s: page %p is not managed", __func__, m));
5071
5072         /*
5073          * If the page is not exclusive busied, then PGA_WRITEABLE cannot be
5074          * concurrently set while the object is locked.  Thus, if PGA_WRITEABLE
5075          * is clear, no PTE2s can have PG_M set.
5076          */
5077         VM_OBJECT_ASSERT_WLOCKED(m->object);
5078         if (!vm_page_xbusied(m) && (m->aflags & PGA_WRITEABLE) == 0)
5079                 return (FALSE);
5080         rw_wlock(&pvh_global_lock);
5081         rv = pmap_is_modified_pvh(&m->md) ||
5082             ((m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0 &&
5083             pmap_is_modified_pvh(pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m))));
5084         rw_wunlock(&pvh_global_lock);
5085         return (rv);
5086 }
5087
5088 /*
5089  *      pmap_is_prefaultable:
5090  *
5091  *      Return whether or not the specified virtual address is eligible
5092  *      for prefault.
5093  */
5094 boolean_t
5095 pmap_is_prefaultable(pmap_t pmap, vm_offset_t addr)
5096 {
5097         pt1_entry_t pte1;
5098         pt2_entry_t pte2;
5099         boolean_t rv;
5100
5101         rv = FALSE;
5102         PMAP_LOCK(pmap);
5103         pte1 = pte1_load(pmap_pte1(pmap, addr));
5104         if (pte1_is_link(pte1)) {
5105                 pte2 = pte2_load(pt2map_entry(addr));
5106                 rv = !pte2_is_valid(pte2) ;
5107         }
5108         PMAP_UNLOCK(pmap);
5109         return (rv);
5110 }
5111
5112 /*
5113  *  Returns TRUE if any of the given mappings were referenced and FALSE
5114  *  otherwise. Both page and 1mpage mappings are supported.
5115  */
5116 static boolean_t
5117 pmap_is_referenced_pvh(struct md_page *pvh)
5118 {
5119
5120         pv_entry_t pv;
5121         pt1_entry_t pte1;
5122         pt2_entry_t pte2;
5123         pmap_t pmap;
5124         boolean_t rv;
5125
5126         rw_assert(&pvh_global_lock, RA_WLOCKED);
5127         rv = FALSE;
5128         sched_pin();
5129         TAILQ_FOREACH(pv, &pvh->pv_list, pv_next) {
5130                 pmap = PV_PMAP(pv);
5131                 PMAP_LOCK(pmap);
5132                 pte1 = pte1_load(pmap_pte1(pmap, pv->pv_va));
5133                 if (pte1_is_section(pte1)) {
5134                         rv = (pte1 & (PTE1_A | PTE1_V)) == (PTE1_A | PTE1_V);
5135                 } else {
5136                         pte2 = pte2_load(pmap_pte2_quick(pmap, pv->pv_va));
5137                         rv = (pte2 & (PTE2_A | PTE2_V)) == (PTE2_A | PTE2_V);
5138                 }
5139                 PMAP_UNLOCK(pmap);
5140                 if (rv)
5141                         break;
5142         }
5143         sched_unpin();
5144         return (rv);
5145 }
5146
5147 /*
5148  *      pmap_is_referenced:
5149  *
5150  *      Return whether or not the specified physical page was referenced
5151  *      in any physical maps.
5152  */
5153 boolean_t
5154 pmap_is_referenced(vm_page_t m)
5155 {
5156         boolean_t rv;
5157
5158         KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
5159             ("%s: page %p is not managed", __func__, m));
5160         rw_wlock(&pvh_global_lock);
5161         rv = pmap_is_referenced_pvh(&m->md) ||
5162             ((m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0 &&
5163             pmap_is_referenced_pvh(pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m))));
5164         rw_wunlock(&pvh_global_lock);
5165         return (rv);
5166 }
5167
5168 #define PMAP_TS_REFERENCED_MAX  5
5169
5170 /*
5171  *      pmap_ts_referenced:
5172  *
5173  *      Return a count of reference bits for a page, clearing those bits.
5174  *      It is not necessary for every reference bit to be cleared, but it
5175  *      is necessary that 0 only be returned when there are truly no
5176  *      reference bits set.
5177  *
5178  *      XXX: The exact number of bits to check and clear is a matter that
5179  *      should be tested and standardized at some point in the future for
5180  *      optimal aging of shared pages.
5181  */
5182 int
5183 pmap_ts_referenced(vm_page_t m)
5184 {
5185         struct md_page *pvh;
5186         pv_entry_t pv, pvf;
5187         pmap_t pmap;
5188         pt1_entry_t  *pte1p, opte1;
5189         pt2_entry_t *pte2p;
5190         vm_paddr_t pa;
5191         int rtval = 0;
5192
5193         KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
5194             ("%s: page %p is not managed", __func__, m));
5195         pa = VM_PAGE_TO_PHYS(m);
5196         pvh = pa_to_pvh(pa);
5197         rw_wlock(&pvh_global_lock);
5198         sched_pin();
5199         if ((m->flags & PG_FICTITIOUS) != 0 ||
5200             (pvf = TAILQ_FIRST(&pvh->pv_list)) == NULL)
5201                 goto small_mappings;
5202         pv = pvf;
5203         do {
5204                 pmap = PV_PMAP(pv);
5205                 PMAP_LOCK(pmap);
5206                 pte1p = pmap_pte1(pmap, pv->pv_va);
5207                 opte1 = pte1_load(pte1p);
5208                 if ((opte1 & PTE1_A) != 0) {
5209                         /*
5210                          * Since this reference bit is shared by 256 4KB pages,
5211                          * it should not be cleared every time it is tested.
5212                          * Apply a simple "hash" function on the physical page
5213                          * number, the virtual section number, and the pmap
5214                          * address to select one 4KB page out of the 256
5215                          * on which testing the reference bit will result
5216                          * in clearing that bit. This function is designed
5217                          * to avoid the selection of the same 4KB page
5218                          * for every 1MB page mapping.
5219                          *
5220                          * On demotion, a mapping that hasn't been referenced
5221                          * is simply destroyed.  To avoid the possibility of a
5222                          * subsequent page fault on a demoted wired mapping,
5223                          * always leave its reference bit set.  Moreover,
5224                          * since the section is wired, the current state of
5225                          * its reference bit won't affect page replacement.
5226                          */
5227                          if ((((pa >> PAGE_SHIFT) ^ (pv->pv_va >> PTE1_SHIFT) ^
5228                             (uintptr_t)pmap) & (NPTE2_IN_PG - 1)) == 0 &&
5229                             !pte1_is_wired(opte1)) {
5230                                 pte1_clear_bit(pte1p, PTE1_A);
5231                                 pmap_tlb_flush(pmap, pv->pv_va);
5232                         }
5233                         rtval++;
5234                 }
5235                 PMAP_UNLOCK(pmap);
5236                 /* Rotate the PV list if it has more than one entry. */
5237                 if (TAILQ_NEXT(pv, pv_next) != NULL) {
5238                         TAILQ_REMOVE(&pvh->pv_list, pv, pv_next);
5239                         TAILQ_INSERT_TAIL(&pvh->pv_list, pv, pv_next);
5240                 }
5241                 if (rtval >= PMAP_TS_REFERENCED_MAX)
5242                         goto out;
5243         } while ((pv = TAILQ_FIRST(&pvh->pv_list)) != pvf);
5244 small_mappings:
5245         if ((pvf = TAILQ_FIRST(&m->md.pv_list)) == NULL)
5246                 goto out;
5247         pv = pvf;
5248         do {
5249                 pmap = PV_PMAP(pv);
5250                 PMAP_LOCK(pmap);
5251                 pte1p = pmap_pte1(pmap, pv->pv_va);
5252                 KASSERT(pte1_is_link(pte1_load(pte1p)),
5253                     ("%s: not found a link in page %p's pv list", __func__, m));
5254
5255                 pte2p = pmap_pte2_quick(pmap, pv->pv_va);
5256                 if ((pte2_load(pte2p) & PTE2_A) != 0) {
5257                         pte2_clear_bit(pte2p, PTE2_A);
5258                         pmap_tlb_flush(pmap, pv->pv_va);
5259                         rtval++;
5260                 }
5261                 PMAP_UNLOCK(pmap);
5262                 /* Rotate the PV list if it has more than one entry. */
5263                 if (TAILQ_NEXT(pv, pv_next) != NULL) {
5264                         TAILQ_REMOVE(&m->md.pv_list, pv, pv_next);
5265                         TAILQ_INSERT_TAIL(&m->md.pv_list, pv, pv_next);
5266                 }
5267         } while ((pv = TAILQ_FIRST(&m->md.pv_list)) != pvf && rtval <
5268             PMAP_TS_REFERENCED_MAX);
5269 out:
5270         sched_unpin();
5271         rw_wunlock(&pvh_global_lock);
5272         return (rtval);
5273 }
5274
5275 /*
5276  *      Clear the wired attribute from the mappings for the specified range of
5277  *      addresses in the given pmap.  Every valid mapping within that range
5278  *      must have the wired attribute set.  In contrast, invalid mappings
5279  *      cannot have the wired attribute set, so they are ignored.
5280  *
5281  *      The wired attribute of the page table entry is not a hardware feature,
5282  *      so there is no need to invalidate any TLB entries.
5283  */
5284 void
5285 pmap_unwire(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
5286 {
5287         vm_offset_t nextva;
5288         pt1_entry_t *pte1p, pte1;
5289         pt2_entry_t *pte2p, pte2;
5290         boolean_t pv_lists_locked;
5291
5292         if (pmap_is_current(pmap))
5293                 pv_lists_locked = FALSE;
5294         else {
5295                 pv_lists_locked = TRUE;
5296 resume:
5297                 rw_wlock(&pvh_global_lock);
5298                 sched_pin();
5299         }
5300         PMAP_LOCK(pmap);
5301         for (; sva < eva; sva = nextva) {
5302                 nextva = pte1_trunc(sva + PTE1_SIZE);
5303                 if (nextva < sva)
5304                         nextva = eva;
5305
5306                 pte1p = pmap_pte1(pmap, sva);
5307                 pte1 = pte1_load(pte1p);
5308
5309                 /*
5310                  * Weed out invalid mappings. Note: we assume that L1 page
5311                  * page table is always allocated, and in kernel virtual.
5312                  */
5313                 if (pte1 == 0)
5314                         continue;
5315
5316                 if (pte1_is_section(pte1)) {
5317                         if (!pte1_is_wired(pte1))
5318                                 panic("%s: pte1 %#x not wired", __func__, pte1);
5319
5320                         /*
5321                          * Are we unwiring the entire large page?  If not,
5322                          * demote the mapping and fall through.
5323                          */
5324                         if (sva + PTE1_SIZE == nextva && eva >= nextva) {
5325                                 pte1_clear_bit(pte1p, PTE1_W);
5326                                 pmap->pm_stats.wired_count -= PTE1_SIZE /
5327                                     PAGE_SIZE;
5328                                 continue;
5329                         } else {
5330                                 if (!pv_lists_locked) {
5331                                         pv_lists_locked = TRUE;
5332                                         if (!rw_try_wlock(&pvh_global_lock)) {
5333                                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
5334                                                 /* Repeat sva. */
5335                                                 goto resume;
5336                                         }
5337                                         sched_pin();
5338                                 }
5339                                 if (!pmap_demote_pte1(pmap, pte1p, sva))
5340                                         panic("%s: demotion failed", __func__);
5341 #ifdef INVARIANTS
5342                                 else {
5343                                         /* Update pte1 after demotion */
5344                                         pte1 = pte1_load(pte1p);
5345                                 }
5346 #endif
5347                         }
5348                 }
5349
5350                 KASSERT(pte1_is_link(pte1), ("%s: pmap %p va %#x pte1 %#x at %p"
5351                     " is not link", __func__, pmap, sva, pte1, pte1p));
5352
5353                 /*
5354                  * Limit our scan to either the end of the va represented
5355                  * by the current L2 page table page, or to the end of the
5356                  * range being protected.
5357                  */
5358                 if (nextva > eva)
5359                         nextva = eva;
5360
5361                 for (pte2p = pmap_pte2_quick(pmap, sva); sva != nextva; pte2p++,
5362                     sva += PAGE_SIZE) {
5363                         pte2 = pte2_load(pte2p);
5364                         if (!pte2_is_valid(pte2))
5365                                 continue;
5366                         if (!pte2_is_wired(pte2))
5367                                 panic("%s: pte2 %#x is missing PTE2_W",
5368                                     __func__, pte2);
5369
5370                         /*
5371                          * PTE2_W must be cleared atomically. Although the pmap
5372                          * lock synchronizes access to PTE2_W, another processor
5373                          * could be changing PTE2_NM and/or PTE2_A concurrently.
5374                          */
5375                         pte2_clear_bit(pte2p, PTE2_W);
5376                         pmap->pm_stats.wired_count--;
5377                 }
5378         }
5379         if (pv_lists_locked) {
5380                 sched_unpin();
5381                 rw_wunlock(&pvh_global_lock);
5382         }
5383         PMAP_UNLOCK(pmap);
5384 }
5385
5386 /*
5387  *  Clear the write and modified bits in each of the given page's mappings.
5388  */
5389 void
5390 pmap_remove_write(vm_page_t m)
5391 {
5392         struct md_page *pvh;
5393         pv_entry_t next_pv, pv;
5394         pmap_t pmap;
5395         pt1_entry_t *pte1p;
5396         pt2_entry_t *pte2p, opte2;
5397         vm_offset_t va;
5398
5399         KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
5400             ("%s: page %p is not managed", __func__, m));
5401
5402         /*
5403          * If the page is not exclusive busied, then PGA_WRITEABLE cannot be
5404          * set by another thread while the object is locked.  Thus,
5405          * if PGA_WRITEABLE is clear, no page table entries need updating.
5406          */
5407         VM_OBJECT_ASSERT_WLOCKED(m->object);
5408         if (!vm_page_xbusied(m) && (m->aflags & PGA_WRITEABLE) == 0)
5409                 return;
5410         rw_wlock(&pvh_global_lock);
5411         sched_pin();
5412         if ((m->flags & PG_FICTITIOUS) != 0)
5413                 goto small_mappings;
5414         pvh = pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
5415         TAILQ_FOREACH_SAFE(pv, &pvh->pv_list, pv_next, next_pv) {
5416                 va = pv->pv_va;
5417                 pmap = PV_PMAP(pv);
5418                 PMAP_LOCK(pmap);
5419                 pte1p = pmap_pte1(pmap, va);
5420                 if (!(pte1_load(pte1p) & PTE1_RO))
5421                         (void)pmap_demote_pte1(pmap, pte1p, va);
5422                 PMAP_UNLOCK(pmap);
5423         }
5424 small_mappings:
5425         TAILQ_FOREACH(pv, &m->md.pv_list, pv_next) {
5426                 pmap = PV_PMAP(pv);
5427                 PMAP_LOCK(pmap);
5428                 pte1p = pmap_pte1(pmap, pv->pv_va);
5429                 KASSERT(!pte1_is_section(pte1_load(pte1p)), ("%s: found"
5430                     " a section in page %p's pv list", __func__, m));
5431                 pte2p = pmap_pte2_quick(pmap, pv->pv_va);
5432                 opte2 = pte2_load(pte2p);
5433                 if (!(opte2 & PTE2_RO)) {
5434                         pte2_store(pte2p, opte2 | PTE2_RO | PTE2_NM);
5435                         if (pte2_is_dirty(opte2))
5436                                 vm_page_dirty(m);
5437                         pmap_tlb_flush(pmap, pv->pv_va);
5438                 }
5439                 PMAP_UNLOCK(pmap);
5440         }
5441         vm_page_aflag_clear(m, PGA_WRITEABLE);
5442         sched_unpin();
5443         rw_wunlock(&pvh_global_lock);
5444 }
5445
5446 /*
5447  *      Apply the given advice to the specified range of addresses within the
5448  *      given pmap.  Depending on the advice, clear the referenced and/or
5449  *      modified flags in each mapping and set the mapped page's dirty field.
5450  */
5451 void
5452 pmap_advise(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva, int advice)
5453 {
5454         pt1_entry_t *pte1p, opte1;
5455         pt2_entry_t *pte2p, pte2;
5456         vm_offset_t pdnxt;
5457         vm_page_t m;
5458         boolean_t pv_lists_locked;
5459
5460         if (advice != MADV_DONTNEED && advice != MADV_FREE)
5461                 return;
5462         if (pmap_is_current(pmap))
5463                 pv_lists_locked = FALSE;
5464         else {
5465                 pv_lists_locked = TRUE;
5466 resume:
5467                 rw_wlock(&pvh_global_lock);
5468                 sched_pin();
5469         }
5470         PMAP_LOCK(pmap);
5471         for (; sva < eva; sva = pdnxt) {
5472                 pdnxt = pte1_trunc(sva + PTE1_SIZE);
5473                 if (pdnxt < sva)
5474                         pdnxt = eva;
5475                 pte1p = pmap_pte1(pmap, sva);
5476                 opte1 = pte1_load(pte1p);
5477                 if (!pte1_is_valid(opte1)) /* XXX */
5478                         continue;
5479                 else if (pte1_is_section(opte1)) {
5480                         if (!pte1_is_managed(opte1))
5481                                 continue;
5482                         if (!pv_lists_locked) {
5483                                 pv_lists_locked = TRUE;
5484                                 if (!rw_try_wlock(&pvh_global_lock)) {
5485                                         PMAP_UNLOCK(pmap);
5486                                         goto resume;
5487                                 }
5488                                 sched_pin();
5489                         }
5490                         if (!pmap_demote_pte1(pmap, pte1p, sva)) {
5491                                 /*
5492                                  * The large page mapping was destroyed.
5493                                  */
5494                                 continue;
5495                         }
5496
5497                         /*
5498                          * Unless the page mappings are wired, remove the
5499                          * mapping to a single page so that a subsequent
5500                          * access may repromote.  Since the underlying L2 page
5501                          * table is fully populated, this removal never
5502                          * frees a L2 page table page.
5503                          */
5504                         if (!pte1_is_wired(opte1)) {
5505                                 pte2p = pmap_pte2_quick(pmap, sva);
5506                                 KASSERT(pte2_is_valid(pte2_load(pte2p)),
5507                                     ("%s: invalid PTE2", __func__));
5508                                 pmap_remove_pte2(pmap, pte2p, sva, NULL);
5509                         }
5510                 }
5511                 if (pdnxt > eva)
5512                         pdnxt = eva;
5513                 for (pte2p = pmap_pte2_quick(pmap, sva); sva != pdnxt; pte2p++,
5514                     sva += PAGE_SIZE) {
5515                         pte2 = pte2_load(pte2p);
5516                         if (!pte2_is_valid(pte2) || !pte2_is_managed(pte2))
5517                                 continue;
5518                         else if (pte2_is_dirty(pte2)) {
5519                                 if (advice == MADV_DONTNEED) {
5520                                         /*
5521                                          * Future calls to pmap_is_modified()
5522                                          * can be avoided by making the page
5523                                          * dirty now.
5524                                          */
5525                                         m = PHYS_TO_VM_PAGE(pte2_pa(pte2));
5526                                         vm_page_dirty(m);
5527                                 }
5528                                 pte2_set_bit(pte2p, PTE2_NM);
5529                                 pte2_clear_bit(pte2p, PTE2_A);
5530                         } else if ((pte2 & PTE2_A) != 0)
5531                                 pte2_clear_bit(pte2p, PTE2_A);
5532                         else
5533                                 continue;
5534                         pmap_tlb_flush(pmap, sva);
5535                 }
5536         }
5537         if (pv_lists_locked) {
5538                 sched_unpin();
5539                 rw_wunlock(&pvh_global_lock);
5540         }
5541         PMAP_UNLOCK(pmap);
5542 }
5543
5544 /*
5545  *      Clear the modify bits on the specified physical page.
5546  */
5547 void
5548 pmap_clear_modify(vm_page_t m)
5549 {
5550         struct md_page *pvh;
5551         pv_entry_t next_pv, pv;
5552         pmap_t pmap;
5553         pt1_entry_t *pte1p, opte1;
5554         pt2_entry_t *pte2p, opte2;
5555         vm_offset_t va;
5556
5557         KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
5558             ("%s: page %p is not managed", __func__, m));
5559         VM_OBJECT_ASSERT_WLOCKED(m->object);
5560         KASSERT(!vm_page_xbusied(m),
5561             ("%s: page %p is exclusive busy", __func__, m));
5562
5563         /*
5564          * If the page is not PGA_WRITEABLE, then no PTE2s can have PTE2_NM
5565          * cleared. If the object containing the page is locked and the page
5566          * is not exclusive busied, then PGA_WRITEABLE cannot be concurrently
5567          * set.
5568          */
5569         if ((m->flags & PGA_WRITEABLE) == 0)
5570                 return;
5571         rw_wlock(&pvh_global_lock);
5572         sched_pin();
5573         if ((m->flags & PG_FICTITIOUS) != 0)
5574                 goto small_mappings;
5575         pvh = pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
5576         TAILQ_FOREACH_SAFE(pv, &pvh->pv_list, pv_next, next_pv) {
5577                 va = pv->pv_va;
5578                 pmap = PV_PMAP(pv);
5579                 PMAP_LOCK(pmap);
5580                 pte1p = pmap_pte1(pmap, va);
5581                 opte1 = pte1_load(pte1p);
5582                 if (!(opte1 & PTE1_RO)) {
5583                         if (pmap_demote_pte1(pmap, pte1p, va) &&
5584                             !pte1_is_wired(opte1)) {
5585                                 /*
5586                                  * Write protect the mapping to a
5587                                  * single page so that a subsequent
5588                                  * write access may repromote.
5589                                  */
5590                                 va += VM_PAGE_TO_PHYS(m) - pte1_pa(opte1);
5591                                 pte2p = pmap_pte2_quick(pmap, va);
5592                                 opte2 = pte2_load(pte2p);
5593                                 if ((opte2 & PTE2_V)) {
5594                                         pte2_set_bit(pte2p, PTE2_NM | PTE2_RO);
5595                                         vm_page_dirty(m);
5596                                         pmap_tlb_flush(pmap, va);
5597                                 }
5598                         }
5599                 }
5600                 PMAP_UNLOCK(pmap);
5601         }
5602 small_mappings:
5603         TAILQ_FOREACH(pv, &m->md.pv_list, pv_next) {
5604                 pmap = PV_PMAP(pv);
5605                 PMAP_LOCK(pmap);
5606                 pte1p = pmap_pte1(pmap, pv->pv_va);
5607                 KASSERT(!pte1_is_section(pte1_load(pte1p)), ("%s: found"
5608                     " a section in page %p's pv list", __func__, m));
5609                 pte2p = pmap_pte2_quick(pmap, pv->pv_va);
5610                 if (pte2_is_dirty(pte2_load(pte2p))) {
5611                         pte2_set_bit(pte2p, PTE2_NM);
5612                         pmap_tlb_flush(pmap, pv->pv_va);
5613                 }
5614                 PMAP_UNLOCK(pmap);
5615         }
5616         sched_unpin();
5617         rw_wunlock(&pvh_global_lock);
5618 }
5619
5620
5621 /*
5622  *  Sets the memory attribute for the specified page.
5623  */
5624 void
5625 pmap_page_set_memattr(vm_page_t m, vm_memattr_t ma)
5626 {
5627         struct sysmaps *sysmaps;
5628         vm_memattr_t oma;
5629         vm_paddr_t pa;
5630
5631         oma = m->md.pat_mode;
5632         m->md.pat_mode = ma;
5633
5634         CTR5(KTR_PMAP, "%s: page %p - 0x%08X oma: %d, ma: %d", __func__, m,
5635             VM_PAGE_TO_PHYS(m), oma, ma);
5636         if ((m->flags & PG_FICTITIOUS) != 0)
5637                 return;
5638 #if 0
5639         /*
5640          * If "m" is a normal page, flush it from the cache.
5641          *
5642          * First, try to find an existing mapping of the page by sf
5643          * buffer. sf_buf_invalidate_cache() modifies mapping and
5644          * flushes the cache.
5645          */
5646         if (sf_buf_invalidate_cache(m, oma))
5647                 return;
5648 #endif
5649         /*
5650          * If page is not mapped by sf buffer, map the page
5651          * transient and do invalidation.
5652          */
5653         if (ma != oma) {
5654                 pa = VM_PAGE_TO_PHYS(m);
5655                 sched_pin();
5656                 sysmaps = &sysmaps_pcpu[PCPU_GET(cpuid)];
5657                 mtx_lock(&sysmaps->lock);
5658                 if (*sysmaps->CMAP2)
5659                         panic("%s: CMAP2 busy", __func__);
5660                 pte2_store(sysmaps->CMAP2, PTE2_KERN_NG(pa, PTE2_AP_KRW,
5661                     vm_memattr_to_pte2(ma)));
5662                 dcache_wbinv_poc((vm_offset_t)sysmaps->CADDR2, pa, PAGE_SIZE);
5663                 pte2_clear(sysmaps->CMAP2);
5664                 tlb_flush((vm_offset_t)sysmaps->CADDR2);
5665                 sched_unpin();
5666                 mtx_unlock(&sysmaps->lock);
5667         }
5668 }
5669
5670 /*
5671  *  Miscellaneous support routines follow
5672  */
5673
5674 /*
5675  *  Returns TRUE if the given page is mapped individually or as part of
5676  *  a 1mpage.  Otherwise, returns FALSE.
5677  */
5678 boolean_t
5679 pmap_page_is_mapped(vm_page_t m)
5680 {
5681         boolean_t rv;
5682
5683         if ((m->oflags & VPO_UNMANAGED) != 0)
5684                 return (FALSE);
5685         rw_wlock(&pvh_global_lock);
5686         rv = !TAILQ_EMPTY(&m->md.pv_list) ||
5687             ((m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0 &&
5688             !TAILQ_EMPTY(&pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m))->pv_list));
5689         rw_wunlock(&pvh_global_lock);
5690         return (rv);
5691 }
5692
5693 /*
5694  *  Returns true if the pmap's pv is one of the first
5695  *  16 pvs linked to from this page.  This count may
5696  *  be changed upwards or downwards in the future; it
5697  *  is only necessary that true be returned for a small
5698  *  subset of pmaps for proper page aging.
5699  */
5700 boolean_t
5701 pmap_page_exists_quick(pmap_t pmap, vm_page_t m)
5702 {
5703         struct md_page *pvh;
5704         pv_entry_t pv;
5705         int loops = 0;
5706         boolean_t rv;
5707
5708         KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
5709             ("%s: page %p is not managed", __func__, m));
5710         rv = FALSE;
5711         rw_wlock(&pvh_global_lock);
5712         TAILQ_FOREACH(pv, &m->md.pv_list, pv_next) {
5713                 if (PV_PMAP(pv) == pmap) {
5714                         rv = TRUE;
5715                         break;
5716                 }
5717                 loops++;
5718                 if (loops >= 16)
5719                         break;
5720         }
5721         if (!rv && loops < 16 && (m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0) {
5722                 pvh = pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
5723                 TAILQ_FOREACH(pv, &pvh->pv_list, pv_next) {
5724                         if (PV_PMAP(pv) == pmap) {
5725                                 rv = TRUE;
5726                                 break;
5727                         }
5728                         loops++;
5729                         if (loops >= 16)
5730                                 break;
5731                 }
5732         }
5733         rw_wunlock(&pvh_global_lock);
5734         return (rv);
5735 }
5736
5737 /*
5738  *      pmap_zero_page zeros the specified hardware page by mapping
5739  *      the page into KVM and using bzero to clear its contents.
5740  */
5741 void
5742 pmap_zero_page(vm_page_t m)
5743 {
5744         struct sysmaps *sysmaps;
5745
5746         sched_pin();
5747         sysmaps = &sysmaps_pcpu[PCPU_GET(cpuid)];
5748         mtx_lock(&sysmaps->lock);
5749         if (pte2_load(sysmaps->CMAP2) != 0)
5750                 panic("%s: CMAP2 busy", __func__);
5751         pte2_store(sysmaps->CMAP2, PTE2_KERN_NG(VM_PAGE_TO_PHYS(m), PTE2_AP_KRW,
5752             vm_page_pte2_attr(m)));
5753         pagezero(sysmaps->CADDR2);
5754         pte2_clear(sysmaps->CMAP2);
5755         tlb_flush((vm_offset_t)sysmaps->CADDR2);
5756         sched_unpin();
5757         mtx_unlock(&sysmaps->lock);
5758 }
5759
5760 /*
5761  *      pmap_zero_page_area zeros the specified hardware page by mapping
5762  *      the page into KVM and using bzero to clear its contents.
5763  *
5764  *      off and size may not cover an area beyond a single hardware page.
5765  */
5766 void
5767 pmap_zero_page_area(vm_page_t m, int off, int size)
5768 {
5769         struct sysmaps *sysmaps;
5770
5771         sched_pin();
5772         sysmaps = &sysmaps_pcpu[PCPU_GET(cpuid)];
5773         mtx_lock(&sysmaps->lock);
5774         if (pte2_load(sysmaps->CMAP2) != 0)
5775                 panic("%s: CMAP2 busy", __func__);
5776         pte2_store(sysmaps->CMAP2, PTE2_KERN_NG(VM_PAGE_TO_PHYS(m), PTE2_AP_KRW,
5777             vm_page_pte2_attr(m)));
5778         if (off == 0 && size == PAGE_SIZE)
5779                 pagezero(sysmaps->CADDR2);
5780         else
5781                 bzero(sysmaps->CADDR2 + off, size);
5782         pte2_clear(sysmaps->CMAP2);
5783         tlb_flush((vm_offset_t)sysmaps->CADDR2);
5784         sched_unpin();
5785         mtx_unlock(&sysmaps->lock);
5786 }
5787
5788 /*
5789  *      pmap_zero_page_idle zeros the specified hardware page by mapping
5790  *      the page into KVM and using bzero to clear its contents.  This
5791  *      is intended to be called from the vm_pagezero process only and
5792  *      outside of Giant.
5793  */
5794 void
5795 pmap_zero_page_idle(vm_page_t m)
5796 {
5797
5798         if (pte2_load(CMAP3) != 0)
5799                 panic("%s: CMAP3 busy", __func__);
5800         sched_pin();
5801         pte2_store(CMAP3, PTE2_KERN_NG(VM_PAGE_TO_PHYS(m), PTE2_AP_KRW,
5802             vm_page_pte2_attr(m)));
5803         pagezero(CADDR3);
5804         pte2_clear(CMAP3);
5805         tlb_flush((vm_offset_t)CADDR3);
5806         sched_unpin();
5807 }
5808
5809 /*
5810  *      pmap_copy_page copies the specified (machine independent)
5811  *      page by mapping the page into virtual memory and using
5812  *      bcopy to copy the page, one machine dependent page at a
5813  *      time.
5814  */
5815 void
5816 pmap_copy_page(vm_page_t src, vm_page_t dst)
5817 {
5818         struct sysmaps *sysmaps;
5819
5820         sched_pin();
5821         sysmaps = &sysmaps_pcpu[PCPU_GET(cpuid)];
5822         mtx_lock(&sysmaps->lock);
5823         if (pte2_load(sysmaps->CMAP1) != 0)
5824                 panic("%s: CMAP1 busy", __func__);
5825         if (pte2_load(sysmaps->CMAP2) != 0)
5826                 panic("%s: CMAP2 busy", __func__);
5827         pte2_store(sysmaps->CMAP1, PTE2_KERN_NG(VM_PAGE_TO_PHYS(src),
5828             PTE2_AP_KR | PTE2_NM, vm_page_pte2_attr(src)));
5829         pte2_store(sysmaps->CMAP2, PTE2_KERN_NG(VM_PAGE_TO_PHYS(dst),
5830             PTE2_AP_KRW, vm_page_pte2_attr(dst)));
5831         bcopy(sysmaps->CADDR1, sysmaps->CADDR2, PAGE_SIZE);
5832         pte2_clear(sysmaps->CMAP1);
5833         tlb_flush((vm_offset_t)sysmaps->CADDR1);
5834         pte2_clear(sysmaps->CMAP2);
5835         tlb_flush((vm_offset_t)sysmaps->CADDR2);
5836         sched_unpin();
5837         mtx_unlock(&sysmaps->lock);
5838 }
5839
5840 int unmapped_buf_allowed = 1;
5841
5842 void
5843 pmap_copy_pages(vm_page_t ma[], vm_offset_t a_offset, vm_page_t mb[],
5844     vm_offset_t b_offset, int xfersize)
5845 {
5846         struct sysmaps *sysmaps;
5847         vm_page_t a_pg, b_pg;
5848         char *a_cp, *b_cp;
5849         vm_offset_t a_pg_offset, b_pg_offset;
5850         int cnt;
5851
5852         sched_pin();
5853         sysmaps = &sysmaps_pcpu[PCPU_GET(cpuid)];
5854         mtx_lock(&sysmaps->lock);
5855         if (*sysmaps->CMAP1 != 0)
5856                 panic("pmap_copy_pages: CMAP1 busy");
5857         if (*sysmaps->CMAP2 != 0)
5858                 panic("pmap_copy_pages: CMAP2 busy");
5859         while (xfersize > 0) {
5860                 a_pg = ma[a_offset >> PAGE_SHIFT];
5861                 a_pg_offset = a_offset & PAGE_MASK;
5862                 cnt = min(xfersize, PAGE_SIZE - a_pg_offset);
5863                 b_pg = mb[b_offset >> PAGE_SHIFT];
5864                 b_pg_offset = b_offset & PAGE_MASK;
5865                 cnt = min(cnt, PAGE_SIZE - b_pg_offset);
5866                 pte2_store(sysmaps->CMAP1, PTE2_KERN_NG(VM_PAGE_TO_PHYS(a_pg),
5867                     PTE2_AP_KR | PTE2_NM, vm_page_pte2_attr(a_pg)));
5868                 tlb_flush_local((vm_offset_t)sysmaps->CADDR1);
5869                 pte2_store(sysmaps->CMAP2, PTE2_KERN_NG(VM_PAGE_TO_PHYS(b_pg),
5870                     PTE2_AP_KRW, vm_page_pte2_attr(b_pg)));
5871                 tlb_flush_local((vm_offset_t)sysmaps->CADDR2);
5872                 a_cp = sysmaps->CADDR1 + a_pg_offset;
5873                 b_cp = sysmaps->CADDR2 + b_pg_offset;
5874                 bcopy(a_cp, b_cp, cnt);
5875                 a_offset += cnt;
5876                 b_offset += cnt;
5877                 xfersize -= cnt;
5878         }
5879         pte2_clear(sysmaps->CMAP1);
5880         tlb_flush((vm_offset_t)sysmaps->CADDR1);
5881         pte2_clear(sysmaps->CMAP2);
5882         tlb_flush((vm_offset_t)sysmaps->CADDR2);
5883         sched_unpin();
5884         mtx_unlock(&sysmaps->lock);
5885 }
5886
5887 vm_offset_t
5888 pmap_quick_enter_page(vm_page_t m)
5889 {
5890         pt2_entry_t *pte2p;
5891         vm_offset_t qmap_addr;
5892
5893         critical_enter();
5894         qmap_addr = PCPU_GET(qmap_addr);
5895         pte2p = pt2map_entry(qmap_addr);
5896
5897         KASSERT(pte2_load(pte2p) == 0, ("%s: PTE2 busy", __func__));
5898
5899         pte2_store(pte2p, PTE2_KERN_NG(VM_PAGE_TO_PHYS(m), PTE2_AP_KRW,
5900             vm_page_pte2_attr(m)));
5901         return (qmap_addr);
5902 }
5903
5904 void
5905 pmap_quick_remove_page(vm_offset_t addr)
5906 {
5907         pt2_entry_t *pte2p;
5908         vm_offset_t qmap_addr;
5909
5910         qmap_addr = PCPU_GET(qmap_addr);
5911         pte2p = pt2map_entry(qmap_addr);
5912
5913         KASSERT(addr == qmap_addr, ("%s: invalid address", __func__));
5914         KASSERT(pte2_load(pte2p) != 0, ("%s: PTE2 not in use", __func__));
5915
5916         pte2_clear(pte2p);
5917         tlb_flush(qmap_addr);
5918         critical_exit();
5919 }
5920
5921 /*
5922  *      Copy the range specified by src_addr/len
5923  *      from the source map to the range dst_addr/len
5924  *      in the destination map.
5925  *
5926  *      This routine is only advisory and need not do anything.
5927  */
5928 void
5929 pmap_copy(pmap_t dst_pmap, pmap_t src_pmap, vm_offset_t dst_addr, vm_size_t len,
5930     vm_offset_t src_addr)
5931 {
5932         struct spglist free;
5933         vm_offset_t addr;
5934         vm_offset_t end_addr = src_addr + len;
5935         vm_offset_t nextva;
5936
5937         if (dst_addr != src_addr)
5938                 return;
5939
5940         if (!pmap_is_current(src_pmap))
5941                 return;
5942
5943         rw_wlock(&pvh_global_lock);
5944         if (dst_pmap < src_pmap) {
5945                 PMAP_LOCK(dst_pmap);
5946                 PMAP_LOCK(src_pmap);
5947         } else {
5948                 PMAP_LOCK(src_pmap);
5949                 PMAP_LOCK(dst_pmap);
5950         }
5951         sched_pin();
5952         for (addr = src_addr; addr < end_addr; addr = nextva) {
5953                 pt2_entry_t *src_pte2p, *dst_pte2p;
5954                 vm_page_t dst_mpt2pg, src_mpt2pg;
5955                 pt1_entry_t src_pte1;
5956                 u_int pte1_idx;
5957
5958                 KASSERT(addr < VM_MAXUSER_ADDRESS,
5959                     ("%s: invalid to pmap_copy page tables", __func__));
5960
5961                 nextva = pte1_trunc(addr + PTE1_SIZE);
5962                 if (nextva < addr)
5963                         nextva = end_addr;
5964
5965                 pte1_idx = pte1_index(addr);
5966                 src_pte1 = src_pmap->pm_pt1[pte1_idx];
5967                 if (pte1_is_section(src_pte1)) {
5968                         if ((addr & PTE1_OFFSET) != 0 ||
5969                             (addr + PTE1_SIZE) > end_addr)
5970                                 continue;
5971                         if (dst_pmap->pm_pt1[pte1_idx] == 0 &&
5972                             (!pte1_is_managed(src_pte1) ||
5973                             pmap_pv_insert_pte1(dst_pmap, addr,
5974                             pte1_pa(src_pte1)))) {
5975                                 dst_pmap->pm_pt1[pte1_idx] = src_pte1 &
5976                                     ~PTE1_W;
5977                                 dst_pmap->pm_stats.resident_count +=
5978                                     PTE1_SIZE / PAGE_SIZE;
5979                                 pmap_pte1_mappings++;
5980                         }
5981                         continue;
5982                 } else if (!pte1_is_link(src_pte1))
5983                         continue;
5984
5985                 src_mpt2pg = PHYS_TO_VM_PAGE(pte1_link_pa(src_pte1));
5986
5987                 /*
5988                  * We leave PT2s to be linked from PT1 even if they are not
5989                  * referenced until all PT2s in a page are without reference.
5990                  *
5991                  * QQQ: It could be changed ...
5992                  */
5993 #if 0 /* single_pt2_link_is_cleared */
5994                 KASSERT(pt2_wirecount_get(src_mpt2pg, pte1_idx) > 0,
5995                     ("%s: source page table page is unused", __func__));
5996 #else
5997                 if (pt2_wirecount_get(src_mpt2pg, pte1_idx) == 0)
5998                         continue;
5999 #endif
6000                 if (nextva > end_addr)
6001                         nextva = end_addr;
6002
6003                 src_pte2p = pt2map_entry(addr);
6004                 while (addr < nextva) {
6005                         pt2_entry_t temp_pte2;
6006                         temp_pte2 = pte2_load(src_pte2p);
6007                         /*
6008                          * we only virtual copy managed pages
6009                          */
6010                         if (pte2_is_managed(temp_pte2)) {
6011                                 dst_mpt2pg = pmap_allocpte2(dst_pmap, addr,
6012                                     PMAP_ENTER_NOSLEEP);
6013                                 if (dst_mpt2pg == NULL)
6014                                         goto out;
6015                                 dst_pte2p = pmap_pte2_quick(dst_pmap, addr);
6016                                 if (!pte2_is_valid(pte2_load(dst_pte2p)) &&
6017                                     pmap_try_insert_pv_entry(dst_pmap, addr,
6018                                     PHYS_TO_VM_PAGE(pte2_pa(temp_pte2)))) {
6019                                         /*
6020                                          * Clear the wired, modified, and
6021                                          * accessed (referenced) bits
6022                                          * during the copy.
6023                                          */
6024                                         temp_pte2 &=  ~(PTE2_W | PTE2_A);
6025                                         temp_pte2 |= PTE2_NM;
6026                                         pte2_store(dst_pte2p, temp_pte2);
6027                                         dst_pmap->pm_stats.resident_count++;
6028                                 } else {
6029                                         SLIST_INIT(&free);
6030                                         if (pmap_unwire_pt2(dst_pmap, addr,
6031                                             dst_mpt2pg, &free)) {
6032                                                 pmap_tlb_flush(dst_pmap, addr);
6033                                                 pmap_free_zero_pages(&free);
6034                                         }
6035                                         goto out;
6036                                 }
6037                                 if (pt2_wirecount_get(dst_mpt2pg, pte1_idx) >=
6038                                     pt2_wirecount_get(src_mpt2pg, pte1_idx))
6039                                         break;
6040                         }
6041                         addr += PAGE_SIZE;
6042                         src_pte2p++;
6043                 }
6044         }
6045 out:
6046         sched_unpin();
6047         rw_wunlock(&pvh_global_lock);
6048         PMAP_UNLOCK(src_pmap);
6049         PMAP_UNLOCK(dst_pmap);
6050 }
6051
6052 /*
6053  *      Increase the starting virtual address of the given mapping if a
6054  *      different alignment might result in more section mappings.
6055  */
6056 void
6057 pmap_align_superpage(vm_object_t object, vm_ooffset_t offset,
6058     vm_offset_t *addr, vm_size_t size)
6059 {
6060         vm_offset_t pte1_offset;
6061
6062         if (size < PTE1_SIZE)
6063                 return;
6064         if (object != NULL && (object->flags & OBJ_COLORED) != 0)
6065                 offset += ptoa(object->pg_color);
6066         pte1_offset = offset & PTE1_OFFSET;
6067         if (size - ((PTE1_SIZE - pte1_offset) & PTE1_OFFSET) < PTE1_SIZE ||
6068             (*addr & PTE1_OFFSET) == pte1_offset)
6069                 return;
6070         if ((*addr & PTE1_OFFSET) < pte1_offset)
6071                 *addr = pte1_trunc(*addr) + pte1_offset;
6072         else
6073                 *addr = pte1_roundup(*addr) + pte1_offset;
6074 }
6075
6076 void
6077 pmap_activate(struct thread *td)
6078 {
6079         pmap_t pmap, oldpmap;
6080         u_int cpuid, ttb;
6081
6082         PDEBUG(9, printf("%s: td = %08x\n", __func__, (uint32_t)td));
6083
6084         critical_enter();
6085         pmap = vmspace_pmap(td->td_proc->p_vmspace);
6086         oldpmap = PCPU_GET(curpmap);
6087         cpuid = PCPU_GET(cpuid);
6088
6089 #if defined(SMP)
6090         CPU_CLR_ATOMIC(cpuid, &oldpmap->pm_active);
6091         CPU_SET_ATOMIC(cpuid, &pmap->pm_active);
6092 #else
6093         CPU_CLR(cpuid, &oldpmap->pm_active);
6094         CPU_SET(cpuid, &pmap->pm_active);
6095 #endif
6096
6097         ttb = pmap_ttb_get(pmap);
6098
6099         /*
6100          * pmap_activate is for the current thread on the current cpu
6101          */
6102         td->td_pcb->pcb_pagedir = ttb;
6103         cp15_ttbr_set(ttb);
6104         PCPU_SET(curpmap, pmap);
6105         critical_exit();
6106 }
6107
6108 /*
6109  *  Perform the pmap work for mincore.
6110  */
6111 int
6112 pmap_mincore(pmap_t pmap, vm_offset_t addr, vm_paddr_t *locked_pa)
6113 {
6114         pt1_entry_t *pte1p, pte1;
6115         pt2_entry_t *pte2p, pte2;
6116         vm_paddr_t pa;
6117         boolean_t managed;
6118         int val;
6119
6120         PMAP_LOCK(pmap);
6121 retry:
6122         pte1p = pmap_pte1(pmap, addr);
6123         pte1 = pte1_load(pte1p);
6124         if (pte1_is_section(pte1)) {
6125                 pa = trunc_page(pte1_pa(pte1) | (addr & PTE1_OFFSET));
6126                 managed = pte1_is_managed(pte1);
6127                 val = MINCORE_SUPER | MINCORE_INCORE;
6128                 if (pte1_is_dirty(pte1))
6129                         val |= MINCORE_MODIFIED | MINCORE_MODIFIED_OTHER;
6130                 if (pte1 & PTE1_A)
6131                         val |= MINCORE_REFERENCED | MINCORE_REFERENCED_OTHER;
6132         } else if (pte1_is_link(pte1)) {
6133                 pte2p = pmap_pte2(pmap, addr);
6134                 pte2 = pte2_load(pte2p);
6135                 pmap_pte2_release(pte2p);
6136                 pa = pte2_pa(pte2);
6137                 managed = pte2_is_managed(pte2);
6138                 val = MINCORE_INCORE;
6139                 if (pte2_is_dirty(pte2))
6140                         val |= MINCORE_MODIFIED | MINCORE_MODIFIED_OTHER;
6141                 if (pte2 & PTE2_A)
6142                         val |= MINCORE_REFERENCED | MINCORE_REFERENCED_OTHER;
6143         } else {
6144                 managed = FALSE;
6145                 val = 0;
6146         }
6147         if ((val & (MINCORE_MODIFIED_OTHER | MINCORE_REFERENCED_OTHER)) !=
6148             (MINCORE_MODIFIED_OTHER | MINCORE_REFERENCED_OTHER) && managed) {
6149                 /* Ensure that "PHYS_TO_VM_PAGE(pa)->object" doesn't change. */
6150                 if (vm_page_pa_tryrelock(pmap, pa, locked_pa))
6151                         goto retry;
6152         } else
6153                 PA_UNLOCK_COND(*locked_pa);
6154         PMAP_UNLOCK(pmap);
6155         return (val);
6156 }
6157
6158 void
6159 pmap_kenter_device(vm_offset_t va, vm_size_t size, vm_paddr_t pa)
6160 {
6161         vm_offset_t sva;
6162         uint32_t l2attr;
6163
6164         KASSERT((size & PAGE_MASK) == 0,
6165             ("%s: device mapping not page-sized", __func__));
6166
6167         sva = va;
6168         l2attr = vm_memattr_to_pte2(VM_MEMATTR_DEVICE);
6169         while (size != 0) {
6170                 pmap_kenter_prot_attr(va, pa, PTE2_AP_KRW, l2attr);
6171                 va += PAGE_SIZE;
6172                 pa += PAGE_SIZE;
6173                 size -= PAGE_SIZE;
6174         }
6175         tlb_flush_range(sva, va - sva);
6176 }
6177
6178 void
6179 pmap_kremove_device(vm_offset_t va, vm_size_t size)
6180 {
6181         vm_offset_t sva;
6182
6183         KASSERT((size & PAGE_MASK) == 0,
6184             ("%s: device mapping not page-sized", __func__));
6185
6186         sva = va;
6187         while (size != 0) {
6188                 pmap_kremove(va);
6189                 va += PAGE_SIZE;
6190                 size -= PAGE_SIZE;
6191         }
6192         tlb_flush_range(sva, va - sva);
6193 }
6194
6195 void
6196 pmap_set_pcb_pagedir(pmap_t pmap, struct pcb *pcb)
6197 {
6198
6199         pcb->pcb_pagedir = pmap_ttb_get(pmap);
6200 }
6201
6202
6203 /*
6204  *  Clean L1 data cache range by physical address.
6205  *  The range must be within a single page.
6206  */
6207 static void
6208 pmap_dcache_wb_pou(vm_paddr_t pa, vm_size_t size, uint32_t attr)
6209 {
6210         struct sysmaps *sysmaps;
6211
6212         KASSERT(((pa & PAGE_MASK) + size) <= PAGE_SIZE,
6213             ("%s: not on single page", __func__));
6214
6215         sched_pin();
6216         sysmaps = &sysmaps_pcpu[PCPU_GET(cpuid)];
6217         mtx_lock(&sysmaps->lock);
6218         if (*sysmaps->CMAP3)
6219                 panic("%s: CMAP3 busy", __func__);
6220         pte2_store(sysmaps->CMAP3, PTE2_KERN_NG(pa, PTE2_AP_KRW, attr));
6221         dcache_wb_pou((vm_offset_t)sysmaps->CADDR3 + (pa & PAGE_MASK), size);
6222         pte2_clear(sysmaps->CMAP3);
6223         tlb_flush((vm_offset_t)sysmaps->CADDR3);
6224         sched_unpin();
6225         mtx_unlock(&sysmaps->lock);
6226 }
6227
6228 /*
6229  *  Sync instruction cache range which is not mapped yet.
6230  */
6231 void
6232 cache_icache_sync_fresh(vm_offset_t va, vm_paddr_t pa, vm_size_t size)
6233 {
6234         uint32_t len, offset;
6235         vm_page_t m;
6236
6237         /* Write back d-cache on given address range. */
6238         offset = pa & PAGE_MASK;
6239         for ( ; size != 0; size -= len, pa += len, offset = 0) {
6240                 len = min(PAGE_SIZE - offset, size);
6241                 m = PHYS_TO_VM_PAGE(pa);
6242                 KASSERT(m != NULL, ("%s: vm_page_t is null for %#x",
6243                   __func__, pa));
6244                 pmap_dcache_wb_pou(pa, len, vm_page_pte2_attr(m));
6245         }
6246         /*
6247          * I-cache is VIPT. Only way how to flush all virtual mappings
6248          * on given physical address is to invalidate all i-cache.
6249          */
6250         icache_inv_all();
6251 }
6252
6253 void
6254 pmap_sync_icache(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_size_t size)
6255 {
6256
6257         /* Write back d-cache on given address range. */
6258         if (va >= VM_MIN_KERNEL_ADDRESS) {
6259                 dcache_wb_pou(va, size);
6260         } else {
6261                 uint32_t len, offset;
6262                 vm_paddr_t pa;
6263                 vm_page_t m;
6264
6265                 offset = va & PAGE_MASK;
6266                 for ( ; size != 0; size -= len, va += len, offset = 0) {
6267                         pa = pmap_extract(pmap, va); /* offset is preserved */
6268                         len = min(PAGE_SIZE - offset, size);
6269                         m = PHYS_TO_VM_PAGE(pa);
6270                         KASSERT(m != NULL, ("%s: vm_page_t is null for %#x",
6271                                 __func__, pa));
6272                         pmap_dcache_wb_pou(pa, len, vm_page_pte2_attr(m));
6273                 }
6274         }
6275         /*
6276          * I-cache is VIPT. Only way how to flush all virtual mappings
6277          * on given physical address is to invalidate all i-cache.
6278          */
6279         icache_inv_all();
6280 }
6281
6282 /*
6283  *  The implementation of pmap_fault() uses IN_RANGE2() macro which
6284  *  depends on the fact that given range size is a power of 2.
6285  */
6286 CTASSERT(powerof2(NB_IN_PT1));
6287 CTASSERT(powerof2(PT2MAP_SIZE));
6288
6289 #define IN_RANGE2(addr, start, size)    \
6290     ((vm_offset_t)(start) == ((vm_offset_t)(addr) & ~((size) - 1)))
6291
6292 /*
6293  *  Handle access and R/W emulation faults.
6294  */
6295 int
6296 pmap_fault(pmap_t pmap, vm_offset_t far, uint32_t fsr, int idx, bool usermode)
6297 {
6298         pt1_entry_t *pte1p, pte1;
6299         pt2_entry_t *pte2p, pte2;
6300
6301         if (pmap == NULL)
6302                 pmap = kernel_pmap;
6303
6304         /*
6305          * In kernel, we should never get abort with FAR which is in range of
6306          * pmap->pm_pt1 or PT2MAP address spaces. If it happens, stop here
6307          * and print out a useful abort message and even get to the debugger
6308          * otherwise it likely ends with never ending loop of aborts.
6309          */
6310         if (__predict_false(IN_RANGE2(far, pmap->pm_pt1, NB_IN_PT1))) {
6311                 /*
6312                  * All L1 tables should always be mapped and present.
6313                  * However, we check only current one herein. For user mode,
6314                  * only permission abort from malicious user is not fatal.
6315                  * And alignment abort as it may have higher priority.
6316                  */
6317                 if (!usermode || (idx != FAULT_ALIGN && idx != FAULT_PERM_L2)) {
6318                         CTR4(KTR_PMAP, "%s: pmap %#x pm_pt1 %#x far %#x",
6319                             __func__, pmap, pmap->pm_pt1, far);
6320                         panic("%s: pm_pt1 abort", __func__);
6321                 }
6322                 return (KERN_INVALID_ADDRESS);
6323         }
6324         if (__predict_false(IN_RANGE2(far, PT2MAP, PT2MAP_SIZE))) {
6325                 /*
6326                  * PT2MAP should be always mapped and present in current
6327                  * L1 table. However, only existing L2 tables are mapped
6328                  * in PT2MAP. For user mode, only L2 translation abort and
6329                  * permission abort from malicious user is not fatal.
6330                  * And alignment abort as it may have higher priority.
6331                  */
6332                 if (!usermode || (idx != FAULT_ALIGN &&
6333                     idx != FAULT_TRAN_L2 && idx != FAULT_PERM_L2)) {
6334                         CTR4(KTR_PMAP, "%s: pmap %#x PT2MAP %#x far %#x",
6335                             __func__, pmap, PT2MAP, far);
6336                         panic("%s: PT2MAP abort", __func__);
6337                 }
6338                 return (KERN_INVALID_ADDRESS);
6339         }
6340
6341         /*
6342          * A pmap lock is used below for handling of access and R/W emulation
6343          * aborts. They were handled by atomic operations before so some
6344          * analysis of new situation is needed to answer the following question:
6345          * Is it safe to use the lock even for these aborts?
6346          *
6347          * There may happen two cases in general:
6348          *
6349          * (1) Aborts while the pmap lock is locked already - this should not
6350          * happen as pmap lock is not recursive. However, under pmap lock only
6351          * internal kernel data should be accessed and such data should be
6352          * mapped with A bit set and NM bit cleared. If double abort happens,
6353          * then a mapping of data which has caused it must be fixed. Further,
6354          * all new mappings are always made with A bit set and the bit can be
6355          * cleared only on managed mappings.
6356          *
6357          * (2) Aborts while another lock(s) is/are locked - this already can
6358          * happen. However, there is no difference here if it's either access or
6359          * R/W emulation abort, or if it's some other abort.
6360          */
6361
6362         PMAP_LOCK(pmap);
6363 #ifdef SMP
6364         /*
6365          * Special treatment is due to break-before-make approach done when
6366          * pte1 is updated for userland mapping during section promotion or
6367          * demotion. If not caught here, pmap_enter() can find a section
6368          * mapping on faulting address. That is not allowed.
6369          */
6370         if (idx == FAULT_TRAN_L1 && usermode && cp15_ats1cur_check(far) == 0) {
6371                 PMAP_UNLOCK(pmap);
6372                 return (KERN_SUCCESS);
6373         }
6374 #endif
6375         /*
6376          * Accesss bits for page and section. Note that the entry
6377          * is not in TLB yet, so TLB flush is not necessary.
6378          *
6379          * QQQ: This is hardware emulation, we do not call userret()
6380          *      for aborts from user mode.
6381          */
6382         if (idx == FAULT_ACCESS_L2) {
6383                 pte2p = pt2map_entry(far);
6384                 pte2 = pte2_load(pte2p);
6385                 if (pte2_is_valid(pte2)) {
6386                         pte2_store(pte2p, pte2 | PTE2_A);
6387                         PMAP_UNLOCK(pmap);
6388                         return (KERN_SUCCESS);
6389                 }
6390         }
6391         if (idx == FAULT_ACCESS_L1) {
6392                 pte1p = pmap_pte1(pmap, far);
6393                 pte1 = pte1_load(pte1p);
6394                 if (pte1_is_section(pte1)) {
6395                         pte1_store(pte1p, pte1 | PTE1_A);
6396                         PMAP_UNLOCK(pmap);
6397                         return (KERN_SUCCESS);
6398                 }
6399         }
6400
6401         /*
6402          * Handle modify bits for page and section. Note that the modify
6403          * bit is emulated by software. So PTEx_RO is software read only
6404          * bit and PTEx_NM flag is real hardware read only bit.
6405          *
6406          * QQQ: This is hardware emulation, we do not call userret()
6407          *      for aborts from user mode.
6408          */
6409         if ((fsr & FSR_WNR) && (idx == FAULT_PERM_L2)) {
6410                 pte2p = pt2map_entry(far);
6411                 pte2 = pte2_load(pte2p);
6412                 if (pte2_is_valid(pte2) && !(pte2 & PTE2_RO) &&
6413                     (pte2 & PTE2_NM)) {
6414                         pte2_store(pte2p, pte2 & ~PTE2_NM);
6415                         tlb_flush(trunc_page(far));
6416                         PMAP_UNLOCK(pmap);
6417                         return (KERN_SUCCESS);
6418                 }
6419         }
6420         if ((fsr & FSR_WNR) && (idx == FAULT_PERM_L1)) {
6421                 pte1p = pmap_pte1(pmap, far);
6422                 pte1 = pte1_load(pte1p);
6423                 if (pte1_is_section(pte1) && !(pte1 & PTE1_RO) &&
6424                     (pte1 & PTE1_NM)) {
6425                         pte1_store(pte1p, pte1 & ~PTE1_NM);
6426                         tlb_flush(pte1_trunc(far));
6427                         PMAP_UNLOCK(pmap);
6428                         return (KERN_SUCCESS);
6429                 }
6430         }
6431
6432         /*
6433          * QQQ: The previous code, mainly fast handling of access and
6434          *      modify bits aborts, could be moved to ASM. Now we are
6435          *      starting to deal with not fast aborts.
6436          */
6437
6438 #ifdef INVARIANTS
6439         /*
6440          * Read an entry in PT2TAB associated with both pmap and far.
6441          * It's safe because PT2TAB is always mapped.
6442          */
6443         pte2 = pt2tab_load(pmap_pt2tab_entry(pmap, far));
6444         if (pte2_is_valid(pte2)) {
6445                 /*
6446                  * Now, when we know that L2 page table is allocated,
6447                  * we can use PT2MAP to get L2 page table entry.
6448                  */
6449                 pte2 = pte2_load(pt2map_entry(far));
6450                 if (pte2_is_valid(pte2)) {
6451                         /*
6452                          * If L2 page table entry is valid, make sure that
6453                          * L1 page table entry is valid too.  Note that we
6454                          * leave L2 page entries untouched when promoted.
6455                          */
6456                         pte1 = pte1_load(pmap_pte1(pmap, far));
6457                         if (!pte1_is_valid(pte1)) {
6458                                 panic("%s: missing L1 page entry (%p, %#x)",
6459                                     __func__, pmap, far);
6460                         }
6461                 }
6462         }
6463 #endif
6464         PMAP_UNLOCK(pmap);
6465         return (KERN_FAILURE);
6466 }
6467
6468 #if defined(PMAP_DEBUG)
6469 /*
6470  *  Reusing of KVA used in pmap_zero_page function !!!
6471  */
6472 static void
6473 pmap_zero_page_check(vm_page_t m)
6474 {
6475         uint32_t *p, *end;
6476         struct sysmaps *sysmaps;
6477
6478         sched_pin();
6479         sysmaps = &sysmaps_pcpu[PCPU_GET(cpuid)];
6480         mtx_lock(&sysmaps->lock);
6481         if (pte2_load(sysmaps->CMAP2) != 0)
6482                 panic("%s: CMAP2 busy", __func__);
6483         pte2_store(sysmaps->CMAP2, PTE2_KERN_NG(VM_PAGE_TO_PHYS(m), PTE2_AP_KRW,
6484             vm_page_pte2_attr(m)));
6485         end = (uint32_t*)(sysmaps->CADDR2 + PAGE_SIZE);
6486         for (p = (uint32_t*)sysmaps->CADDR2; p < end; p++)
6487                 if (*p != 0)
6488                         panic("%s: page %p not zero, va: %p", __func__, m,
6489                             sysmaps->CADDR2);
6490         pte2_clear(sysmaps->CMAP2);
6491         tlb_flush((vm_offset_t)sysmaps->CADDR2);
6492         sched_unpin();
6493         mtx_unlock(&sysmaps->lock);
6494 }
6495
6496 int
6497 pmap_pid_dump(int pid)
6498 {
6499         pmap_t pmap;
6500         struct proc *p;
6501         int npte2 = 0;
6502         int i, j, index;
6503
6504         sx_slock(&allproc_lock);
6505         FOREACH_PROC_IN_SYSTEM(p) {
6506                 if (p->p_pid != pid || p->p_vmspace == NULL)
6507                         continue;
6508                 index = 0;
6509                 pmap = vmspace_pmap(p->p_vmspace);
6510                 for (i = 0; i < NPTE1_IN_PT1; i++) {
6511                         pt1_entry_t pte1;
6512                         pt2_entry_t *pte2p, pte2;
6513                         vm_offset_t base, va;
6514                         vm_paddr_t pa;
6515                         vm_page_t m;
6516
6517                         base = i << PTE1_SHIFT;
6518                         pte1 = pte1_load(&pmap->pm_pt1[i]);
6519
6520                         if (pte1_is_section(pte1)) {
6521                                 /*
6522                                  * QQQ: Do something here!
6523                                  */
6524                         } else if (pte1_is_link(pte1)) {
6525                                 for (j = 0; j < NPTE2_IN_PT2; j++) {
6526                                         va = base + (j << PAGE_SHIFT);
6527                                         if (va >= VM_MIN_KERNEL_ADDRESS) {
6528                                                 if (index) {
6529                                                         index = 0;
6530                                                         printf("\n");
6531                                                 }
6532                                                 sx_sunlock(&allproc_lock);
6533                                                 return (npte2);
6534                                         }
6535                                         pte2p = pmap_pte2(pmap, va);
6536                                         pte2 = pte2_load(pte2p);
6537                                         pmap_pte2_release(pte2p);
6538                                         if (!pte2_is_valid(pte2))
6539                                                 continue;
6540
6541                                         pa = pte2_pa(pte2);
6542                                         m = PHYS_TO_VM_PAGE(pa);
6543                                         printf("va: 0x%x, pa: 0x%x, h: %d, w:"
6544                                             " %d, f: 0x%x", va, pa,
6545                                             m->hold_count, m->wire_count,
6546                                             m->flags);
6547                                         npte2++;
6548                                         index++;
6549                                         if (index >= 2) {
6550                                                 index = 0;
6551                                                 printf("\n");
6552                                         } else {
6553                                                 printf(" ");
6554                                         }
6555                                 }
6556                         }
6557                 }
6558         }
6559         sx_sunlock(&allproc_lock);
6560         return (npte2);
6561 }
6562
6563 #endif
6564
6565 #ifdef DDB
6566 static pt2_entry_t *
6567 pmap_pte2_ddb(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
6568 {
6569         pt1_entry_t pte1;
6570         vm_paddr_t pt2pg_pa;
6571
6572         pte1 = pte1_load(pmap_pte1(pmap, va));
6573         if (!pte1_is_link(pte1))
6574                 return (NULL);
6575
6576         if (pmap_is_current(pmap))
6577                 return (pt2map_entry(va));
6578
6579         /* Note that L2 page table size is not equal to PAGE_SIZE. */
6580         pt2pg_pa = trunc_page(pte1_link_pa(pte1));
6581         if (pte2_pa(pte2_load(PMAP3)) != pt2pg_pa) {
6582                 pte2_store(PMAP3, PTE2_KPT(pt2pg_pa));
6583 #ifdef SMP
6584                 PMAP3cpu = PCPU_GET(cpuid);
6585 #endif
6586                 tlb_flush_local((vm_offset_t)PADDR3);
6587         }
6588 #ifdef SMP
6589         else if (PMAP3cpu != PCPU_GET(cpuid)) {
6590                 PMAP3cpu = PCPU_GET(cpuid);
6591                 tlb_flush_local((vm_offset_t)PADDR3);
6592         }
6593 #endif
6594         return (PADDR3 + (arm32_btop(va) & (NPTE2_IN_PG - 1)));
6595 }
6596
6597 static void
6598 dump_pmap(pmap_t pmap)
6599 {
6600
6601         printf("pmap %p\n", pmap);
6602         printf("  pm_pt1: %p\n", pmap->pm_pt1);
6603         printf("  pm_pt2tab: %p\n", pmap->pm_pt2tab);
6604         printf("  pm_active: 0x%08lX\n", pmap->pm_active.__bits[0]);
6605 }
6606
6607 DB_SHOW_COMMAND(pmaps, pmap_list_pmaps)
6608 {
6609
6610         pmap_t pmap;
6611         LIST_FOREACH(pmap, &allpmaps, pm_list) {
6612                 dump_pmap(pmap);
6613         }
6614 }
6615
6616 static int
6617 pte2_class(pt2_entry_t pte2)
6618 {
6619         int cls;
6620
6621         cls = (pte2 >> 2) & 0x03;
6622         cls |= (pte2 >> 4) & 0x04;
6623         return (cls);
6624 }
6625
6626 static void
6627 dump_section(pmap_t pmap, uint32_t pte1_idx)
6628 {
6629 }
6630
6631 static void
6632 dump_link(pmap_t pmap, uint32_t pte1_idx, boolean_t invalid_ok)
6633 {
6634         uint32_t i;
6635         vm_offset_t va;
6636         pt2_entry_t *pte2p, pte2;
6637         vm_page_t m;
6638
6639         va = pte1_idx << PTE1_SHIFT;
6640         pte2p = pmap_pte2_ddb(pmap, va);
6641         for (i = 0; i < NPTE2_IN_PT2; i++, pte2p++, va += PAGE_SIZE) {
6642                 pte2 = pte2_load(pte2p);
6643                 if (pte2 == 0)
6644                         continue;
6645                 if (!pte2_is_valid(pte2)) {
6646                         printf(" 0x%08X: 0x%08X", va, pte2);
6647                         if (!invalid_ok)
6648                                 printf(" - not valid !!!");
6649                         printf("\n");
6650                         continue;
6651                 }
6652                 m = PHYS_TO_VM_PAGE(pte2_pa(pte2));
6653                 printf(" 0x%08X: 0x%08X, TEX%d, s:%d, g:%d, m:%p", va , pte2,
6654                     pte2_class(pte2), !!(pte2 & PTE2_S), !(pte2 & PTE2_NG), m);
6655                 if (m != NULL) {
6656                         printf(" v:%d h:%d w:%d f:0x%04X\n", m->valid,
6657                             m->hold_count, m->wire_count, m->flags);
6658                 } else {
6659                         printf("\n");
6660                 }
6661         }
6662 }
6663
6664 static __inline boolean_t
6665 is_pv_chunk_space(vm_offset_t va)
6666 {
6667
6668         if ((((vm_offset_t)pv_chunkbase) <= va) &&
6669             (va < ((vm_offset_t)pv_chunkbase + PAGE_SIZE * pv_maxchunks)))
6670                 return (TRUE);
6671         return (FALSE);
6672 }
6673
6674 DB_SHOW_COMMAND(pmap, pmap_pmap_print)
6675 {
6676         /* XXX convert args. */
6677         pmap_t pmap = (pmap_t)addr;
6678         pt1_entry_t pte1;
6679         pt2_entry_t pte2;
6680         vm_offset_t va, eva;
6681         vm_page_t m;
6682         uint32_t i;
6683         boolean_t invalid_ok, dump_link_ok, dump_pv_chunk;
6684
6685         if (have_addr) {
6686                 pmap_t pm;
6687
6688                 LIST_FOREACH(pm, &allpmaps, pm_list)
6689                         if (pm == pmap) break;
6690                 if (pm == NULL) {
6691                         printf("given pmap %p is not in allpmaps list\n", pmap);
6692                         return;
6693                 }
6694         } else
6695                 pmap = PCPU_GET(curpmap);
6696
6697         eva = (modif[0] == 'u') ? VM_MAXUSER_ADDRESS : 0xFFFFFFFF;
6698         dump_pv_chunk = FALSE; /* XXX evaluate from modif[] */
6699
6700         printf("pmap: 0x%08X\n", (uint32_t)pmap);
6701         printf("PT2MAP: 0x%08X\n", (uint32_t)PT2MAP);
6702         printf("pt2tab: 0x%08X\n", (uint32_t)pmap->pm_pt2tab);
6703
6704         for(i = 0; i < NPTE1_IN_PT1; i++) {
6705                 pte1 = pte1_load(&pmap->pm_pt1[i]);
6706                 if (pte1 == 0)
6707                         continue;
6708                 va = i << PTE1_SHIFT;
6709                 if (va >= eva)
6710                         break;
6711
6712                 if (pte1_is_section(pte1)) {
6713                         printf("0x%08X: Section 0x%08X, s:%d g:%d\n", va, pte1,
6714                             !!(pte1 & PTE1_S), !(pte1 & PTE1_NG));
6715                         dump_section(pmap, i);
6716                 } else if (pte1_is_link(pte1)) {
6717                         dump_link_ok = TRUE;
6718                         invalid_ok = FALSE;
6719                         pte2 = pte2_load(pmap_pt2tab_entry(pmap, va));
6720                         m = PHYS_TO_VM_PAGE(pte1_link_pa(pte1));
6721                         printf("0x%08X: Link 0x%08X, pt2tab: 0x%08X m: %p",
6722                             va, pte1, pte2, m);
6723                         if (is_pv_chunk_space(va)) {
6724                                 printf(" - pv_chunk space");
6725                                 if (dump_pv_chunk)
6726                                         invalid_ok = TRUE;
6727                                 else
6728                                         dump_link_ok = FALSE;
6729                         }
6730                         else if (m != NULL)
6731                                 printf(" w:%d w2:%u", m->wire_count,
6732                                     pt2_wirecount_get(m, pte1_index(va)));
6733                         if (pte2 == 0)
6734                                 printf(" !!! pt2tab entry is ZERO");
6735                         else if (pte2_pa(pte1) != pte2_pa(pte2))
6736                                 printf(" !!! pt2tab entry is DIFFERENT - m: %p",
6737                                     PHYS_TO_VM_PAGE(pte2_pa(pte2)));
6738                         printf("\n");
6739                         if (dump_link_ok)
6740                                 dump_link(pmap, i, invalid_ok);
6741                 } else
6742                         printf("0x%08X: Invalid entry 0x%08X\n", va, pte1);
6743         }
6744 }
6745
6746 static void
6747 dump_pt2tab(pmap_t pmap)
6748 {
6749         uint32_t i;
6750         pt2_entry_t pte2;
6751         vm_offset_t va;
6752         vm_paddr_t pa;
6753         vm_page_t m;
6754
6755         printf("PT2TAB:\n");
6756         for (i = 0; i < PT2TAB_ENTRIES; i++) {
6757                 pte2 = pte2_load(&pmap->pm_pt2tab[i]);
6758                 if (!pte2_is_valid(pte2))
6759                         continue;
6760                 va = i << PT2TAB_SHIFT;
6761                 pa = pte2_pa(pte2);
6762                 m = PHYS_TO_VM_PAGE(pa);
6763                 printf(" 0x%08X: 0x%08X, TEX%d, s:%d, m:%p", va, pte2,
6764                     pte2_class(pte2), !!(pte2 & PTE2_S), m);
6765                 if (m != NULL)
6766                         printf(" , h: %d, w: %d, f: 0x%04X pidx: %lld",
6767                             m->hold_count, m->wire_count, m->flags, m->pindex);
6768                 printf("\n");
6769         }
6770 }
6771
6772 DB_SHOW_COMMAND(pmap_pt2tab, pmap_pt2tab_print)
6773 {
6774         /* XXX convert args. */
6775         pmap_t pmap = (pmap_t)addr;
6776         pt1_entry_t pte1;
6777         pt2_entry_t pte2;
6778         vm_offset_t va;
6779         uint32_t i, start;
6780
6781         if (have_addr) {
6782                 printf("supported only on current pmap\n");
6783                 return;
6784         }
6785
6786         pmap = PCPU_GET(curpmap);
6787         printf("curpmap: 0x%08X\n", (uint32_t)pmap);
6788         printf("PT2MAP: 0x%08X\n", (uint32_t)PT2MAP);
6789         printf("pt2tab: 0x%08X\n", (uint32_t)pmap->pm_pt2tab);
6790
6791         start = pte1_index((vm_offset_t)PT2MAP);
6792         for (i = start; i < (start + NPT2_IN_PT2TAB); i++) {
6793                 pte1 = pte1_load(&pmap->pm_pt1[i]);
6794                 if (pte1 == 0)
6795                         continue;
6796                 va = i << PTE1_SHIFT;
6797                 if (pte1_is_section(pte1)) {
6798                         printf("0x%08X: Section 0x%08X, s:%d\n", va, pte1,
6799                             !!(pte1 & PTE1_S));
6800                         dump_section(pmap, i);
6801                 } else if (pte1_is_link(pte1)) {
6802                         pte2 = pte2_load(pmap_pt2tab_entry(pmap, va));
6803                         printf("0x%08X: Link 0x%08X, pt2tab: 0x%08X\n", va,
6804                             pte1, pte2);
6805                         if (pte2 == 0)
6806                                 printf("  !!! pt2tab entry is ZERO\n");
6807                 } else
6808                         printf("0x%08X: Invalid entry 0x%08X\n", va, pte1);
6809         }
6810         dump_pt2tab(pmap);
6811 }
6812 #endif