]> CyberLeo.Net >> Repos - FreeBSD/FreeBSD.git/blob - sys/arm64/arm64/pmap.c
zfs: merge openzfs/zfs@86783d7d9 (zfs-2.1-release) into stable/13
[FreeBSD/FreeBSD.git] / sys / arm64 / arm64 / pmap.c
1 /*-
2  * Copyright (c) 1991 Regents of the University of California.
3  * All rights reserved.
4  * Copyright (c) 1994 John S. Dyson
5  * All rights reserved.
6  * Copyright (c) 1994 David Greenman
7  * All rights reserved.
8  * Copyright (c) 2003 Peter Wemm
9  * All rights reserved.
10  * Copyright (c) 2005-2010 Alan L. Cox <alc@cs.rice.edu>
11  * All rights reserved.
12  * Copyright (c) 2014 Andrew Turner
13  * All rights reserved.
14  * Copyright (c) 2014-2016 The FreeBSD Foundation
15  * All rights reserved.
16  *
17  * This code is derived from software contributed to Berkeley by
18  * the Systems Programming Group of the University of Utah Computer
19  * Science Department and William Jolitz of UUNET Technologies Inc.
20  *
21  * This software was developed by Andrew Turner under sponsorship from
22  * the FreeBSD Foundation.
23  *
24  * Redistribution and use in source and binary forms, with or without
25  * modification, are permitted provided that the following conditions
26  * are met:
27  * 1. Redistributions of source code must retain the above copyright
28  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer.
29  * 2. Redistributions in binary form must reproduce the above copyright
30  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer in the
31  *    documentation and/or other materials provided with the distribution.
32  * 3. All advertising materials mentioning features or use of this software
33  *    must display the following acknowledgement:
34  *      This product includes software developed by the University of
35  *      California, Berkeley and its contributors.
36  * 4. Neither the name of the University nor the names of its contributors
37  *    may be used to endorse or promote products derived from this software
38  *    without specific prior written permission.
39  *
40  * THIS SOFTWARE IS PROVIDED BY THE REGENTS AND CONTRIBUTORS ``AS IS'' AND
41  * ANY EXPRESS OR IMPLIED WARRANTIES, INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, THE
42  * IMPLIED WARRANTIES OF MERCHANTABILITY AND FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE
43  * ARE DISCLAIMED.  IN NO EVENT SHALL THE REGENTS OR CONTRIBUTORS BE LIABLE
44  * FOR ANY DIRECT, INDIRECT, INCIDENTAL, SPECIAL, EXEMPLARY, OR CONSEQUENTIAL
45  * DAMAGES (INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, PROCUREMENT OF SUBSTITUTE GOODS
46  * OR SERVICES; LOSS OF USE, DATA, OR PROFITS; OR BUSINESS INTERRUPTION)
47  * HOWEVER CAUSED AND ON ANY THEORY OF LIABILITY, WHETHER IN CONTRACT, STRICT
48  * LIABILITY, OR TORT (INCLUDING NEGLIGENCE OR OTHERWISE) ARISING IN ANY WAY
49  * OUT OF THE USE OF THIS SOFTWARE, EVEN IF ADVISED OF THE POSSIBILITY OF
50  * SUCH DAMAGE.
51  *
52  *      from:   @(#)pmap.c      7.7 (Berkeley)  5/12/91
53  */
54 /*-
55  * Copyright (c) 2003 Networks Associates Technology, Inc.
56  * All rights reserved.
57  *
58  * This software was developed for the FreeBSD Project by Jake Burkholder,
59  * Safeport Network Services, and Network Associates Laboratories, the
60  * Security Research Division of Network Associates, Inc. under
61  * DARPA/SPAWAR contract N66001-01-C-8035 ("CBOSS"), as part of the DARPA
62  * CHATS research program.
63  *
64  * Redistribution and use in source and binary forms, with or without
65  * modification, are permitted provided that the following conditions
66  * are met:
67  * 1. Redistributions of source code must retain the above copyright
68  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer.
69  * 2. Redistributions in binary form must reproduce the above copyright
70  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer in the
71  *    documentation and/or other materials provided with the distribution.
72  *
73  * THIS SOFTWARE IS PROVIDED BY THE AUTHOR AND CONTRIBUTORS ``AS IS'' AND
74  * ANY EXPRESS OR IMPLIED WARRANTIES, INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, THE
75  * IMPLIED WARRANTIES OF MERCHANTABILITY AND FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE
76  * ARE DISCLAIMED.  IN NO EVENT SHALL THE AUTHOR OR CONTRIBUTORS BE LIABLE
77  * FOR ANY DIRECT, INDIRECT, INCIDENTAL, SPECIAL, EXEMPLARY, OR CONSEQUENTIAL
78  * DAMAGES (INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, PROCUREMENT OF SUBSTITUTE GOODS
79  * OR SERVICES; LOSS OF USE, DATA, OR PROFITS; OR BUSINESS INTERRUPTION)
80  * HOWEVER CAUSED AND ON ANY THEORY OF LIABILITY, WHETHER IN CONTRACT, STRICT
81  * LIABILITY, OR TORT (INCLUDING NEGLIGENCE OR OTHERWISE) ARISING IN ANY WAY
82  * OUT OF THE USE OF THIS SOFTWARE, EVEN IF ADVISED OF THE POSSIBILITY OF
83  * SUCH DAMAGE.
84  */
85
86 #include <sys/cdefs.h>
87 __FBSDID("$FreeBSD$");
88
89 /*
90  *      Manages physical address maps.
91  *
92  *      Since the information managed by this module is
93  *      also stored by the logical address mapping module,
94  *      this module may throw away valid virtual-to-physical
95  *      mappings at almost any time.  However, invalidations
96  *      of virtual-to-physical mappings must be done as
97  *      requested.
98  *
99  *      In order to cope with hardware architectures which
100  *      make virtual-to-physical map invalidates expensive,
101  *      this module may delay invalidate or reduced protection
102  *      operations until such time as they are actually
103  *      necessary.  This module is given full information as
104  *      to which processors are currently using which maps,
105  *      and to when physical maps must be made correct.
106  */
107
108 #include "opt_vm.h"
109
110 #include <sys/param.h>
111 #include <sys/bitstring.h>
112 #include <sys/bus.h>
113 #include <sys/systm.h>
114 #include <sys/kernel.h>
115 #include <sys/ktr.h>
116 #include <sys/limits.h>
117 #include <sys/lock.h>
118 #include <sys/malloc.h>
119 #include <sys/mman.h>
120 #include <sys/msgbuf.h>
121 #include <sys/mutex.h>
122 #include <sys/physmem.h>
123 #include <sys/proc.h>
124 #include <sys/rwlock.h>
125 #include <sys/sbuf.h>
126 #include <sys/sx.h>
127 #include <sys/vmem.h>
128 #include <sys/vmmeter.h>
129 #include <sys/sched.h>
130 #include <sys/sysctl.h>
131 #include <sys/_unrhdr.h>
132 #include <sys/smp.h>
133
134 #include <vm/vm.h>
135 #include <vm/vm_param.h>
136 #include <vm/vm_kern.h>
137 #include <vm/vm_page.h>
138 #include <vm/vm_map.h>
139 #include <vm/vm_object.h>
140 #include <vm/vm_extern.h>
141 #include <vm/vm_pageout.h>
142 #include <vm/vm_pager.h>
143 #include <vm/vm_phys.h>
144 #include <vm/vm_radix.h>
145 #include <vm/vm_reserv.h>
146 #include <vm/vm_dumpset.h>
147 #include <vm/uma.h>
148
149 #include <machine/machdep.h>
150 #include <machine/md_var.h>
151 #include <machine/pcb.h>
152
153 #define PMAP_ASSERT_STAGE1(pmap)        MPASS((pmap)->pm_stage == PM_STAGE1)
154 #define PMAP_ASSERT_STAGE2(pmap)        MPASS((pmap)->pm_stage == PM_STAGE2)
155
156 #define NL0PG           (PAGE_SIZE/(sizeof (pd_entry_t)))
157 #define NL1PG           (PAGE_SIZE/(sizeof (pd_entry_t)))
158 #define NL2PG           (PAGE_SIZE/(sizeof (pd_entry_t)))
159 #define NL3PG           (PAGE_SIZE/(sizeof (pt_entry_t)))
160
161 #define NUL0E           L0_ENTRIES
162 #define NUL1E           (NUL0E * NL1PG)
163 #define NUL2E           (NUL1E * NL2PG)
164
165 #if !defined(DIAGNOSTIC)
166 #ifdef __GNUC_GNU_INLINE__
167 #define PMAP_INLINE     __attribute__((__gnu_inline__)) inline
168 #else
169 #define PMAP_INLINE     extern inline
170 #endif
171 #else
172 #define PMAP_INLINE
173 #endif
174
175 #ifdef PV_STATS
176 #define PV_STAT(x)      do { x ; } while (0)
177 #else
178 #define PV_STAT(x)      do { } while (0)
179 #endif
180
181 #define pmap_l0_pindex(v)       (NUL2E + NUL1E + ((v) >> L0_SHIFT))
182 #define pmap_l1_pindex(v)       (NUL2E + ((v) >> L1_SHIFT))
183 #define pmap_l2_pindex(v)       ((v) >> L2_SHIFT)
184
185 static struct md_page *
186 pa_to_pvh(vm_paddr_t pa)
187 {
188         struct vm_phys_seg *seg;
189         int segind;
190
191         for (segind = 0; segind < vm_phys_nsegs; segind++) {
192                 seg = &vm_phys_segs[segind];
193                 if (pa >= seg->start && pa < seg->end)
194                         return ((struct md_page *)seg->md_first +
195                             pmap_l2_pindex(pa) - pmap_l2_pindex(seg->start));
196         }
197         panic("pa 0x%jx not within vm_phys_segs", (uintmax_t)pa);
198 }
199
200 static struct md_page *
201 page_to_pvh(vm_page_t m)
202 {
203         struct vm_phys_seg *seg;
204
205         seg = &vm_phys_segs[m->segind];
206         return ((struct md_page *)seg->md_first +
207             pmap_l2_pindex(VM_PAGE_TO_PHYS(m)) - pmap_l2_pindex(seg->start));
208 }
209
210 #define NPV_LIST_LOCKS  MAXCPU
211
212 #define PHYS_TO_PV_LIST_LOCK(pa)        \
213                         (&pv_list_locks[pa_index(pa) % NPV_LIST_LOCKS])
214
215 #define CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_PHYS(lockp, pa)  do {    \
216         struct rwlock **_lockp = (lockp);               \
217         struct rwlock *_new_lock;                       \
218                                                         \
219         _new_lock = PHYS_TO_PV_LIST_LOCK(pa);           \
220         if (_new_lock != *_lockp) {                     \
221                 if (*_lockp != NULL)                    \
222                         rw_wunlock(*_lockp);            \
223                 *_lockp = _new_lock;                    \
224                 rw_wlock(*_lockp);                      \
225         }                                               \
226 } while (0)
227
228 #define CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_VM_PAGE(lockp, m)        \
229                         CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_PHYS(lockp, VM_PAGE_TO_PHYS(m))
230
231 #define RELEASE_PV_LIST_LOCK(lockp)             do {    \
232         struct rwlock **_lockp = (lockp);               \
233                                                         \
234         if (*_lockp != NULL) {                          \
235                 rw_wunlock(*_lockp);                    \
236                 *_lockp = NULL;                         \
237         }                                               \
238 } while (0)
239
240 #define VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m)      \
241                         PHYS_TO_PV_LIST_LOCK(VM_PAGE_TO_PHYS(m))
242
243 /*
244  * The presence of this flag indicates that the mapping is writeable.
245  * If the ATTR_S1_AP_RO bit is also set, then the mapping is clean, otherwise
246  * it is dirty.  This flag may only be set on managed mappings.
247  *
248  * The DBM bit is reserved on ARMv8.0 but it seems we can safely treat it
249  * as a software managed bit.
250  */
251 #define ATTR_SW_DBM     ATTR_DBM
252
253 struct pmap kernel_pmap_store;
254
255 /* Used for mapping ACPI memory before VM is initialized */
256 #define PMAP_PREINIT_MAPPING_COUNT      32
257 #define PMAP_PREINIT_MAPPING_SIZE       (PMAP_PREINIT_MAPPING_COUNT * L2_SIZE)
258 static vm_offset_t preinit_map_va;      /* Start VA of pre-init mapping space */
259 static int vm_initialized = 0;          /* No need to use pre-init maps when set */
260
261 /*
262  * Reserve a few L2 blocks starting from 'preinit_map_va' pointer.
263  * Always map entire L2 block for simplicity.
264  * VA of L2 block = preinit_map_va + i * L2_SIZE
265  */
266 static struct pmap_preinit_mapping {
267         vm_paddr_t      pa;
268         vm_offset_t     va;
269         vm_size_t       size;
270 } pmap_preinit_mapping[PMAP_PREINIT_MAPPING_COUNT];
271
272 vm_offset_t virtual_avail;      /* VA of first avail page (after kernel bss) */
273 vm_offset_t virtual_end;        /* VA of last avail page (end of kernel AS) */
274 vm_offset_t kernel_vm_end = 0;
275
276 /*
277  * Data for the pv entry allocation mechanism.
278  */
279 static TAILQ_HEAD(pch, pv_chunk) pv_chunks = TAILQ_HEAD_INITIALIZER(pv_chunks);
280 static struct mtx pv_chunks_mutex;
281 static struct rwlock pv_list_locks[NPV_LIST_LOCKS];
282 static struct md_page *pv_table;
283 static struct md_page pv_dummy;
284
285 vm_paddr_t dmap_phys_base;      /* The start of the dmap region */
286 vm_paddr_t dmap_phys_max;       /* The limit of the dmap region */
287 vm_offset_t dmap_max_addr;      /* The virtual address limit of the dmap */
288
289 /* This code assumes all L1 DMAP entries will be used */
290 CTASSERT((DMAP_MIN_ADDRESS  & ~L0_OFFSET) == DMAP_MIN_ADDRESS);
291 CTASSERT((DMAP_MAX_ADDRESS  & ~L0_OFFSET) == DMAP_MAX_ADDRESS);
292
293 extern pt_entry_t pagetable_l0_ttbr1[];
294
295 #define PHYSMAP_SIZE    (2 * (VM_PHYSSEG_MAX - 1))
296 static vm_paddr_t physmap[PHYSMAP_SIZE];
297 static u_int physmap_idx;
298
299 static SYSCTL_NODE(_vm, OID_AUTO, pmap, CTLFLAG_RD | CTLFLAG_MPSAFE, 0,
300     "VM/pmap parameters");
301
302 /*
303  * This ASID allocator uses a bit vector ("asid_set") to remember which ASIDs
304  * that it has currently allocated to a pmap, a cursor ("asid_next") to
305  * optimize its search for a free ASID in the bit vector, and an epoch number
306  * ("asid_epoch") to indicate when it has reclaimed all previously allocated
307  * ASIDs that are not currently active on a processor.
308  *
309  * The current epoch number is always in the range [0, INT_MAX).  Negative
310  * numbers and INT_MAX are reserved for special cases that are described
311  * below.
312  */
313 struct asid_set {
314         int asid_bits;
315         bitstr_t *asid_set;
316         int asid_set_size;
317         int asid_next;
318         int asid_epoch;
319         struct mtx asid_set_mutex;
320 };
321
322 static struct asid_set asids;
323 static struct asid_set vmids;
324
325 static SYSCTL_NODE(_vm_pmap, OID_AUTO, asid, CTLFLAG_RD | CTLFLAG_MPSAFE, 0,
326     "ASID allocator");
327 SYSCTL_INT(_vm_pmap_asid, OID_AUTO, bits, CTLFLAG_RD, &asids.asid_bits, 0,
328     "The number of bits in an ASID");
329 SYSCTL_INT(_vm_pmap_asid, OID_AUTO, next, CTLFLAG_RD, &asids.asid_next, 0,
330     "The last allocated ASID plus one");
331 SYSCTL_INT(_vm_pmap_asid, OID_AUTO, epoch, CTLFLAG_RD, &asids.asid_epoch, 0,
332     "The current epoch number");
333
334 static SYSCTL_NODE(_vm_pmap, OID_AUTO, vmid, CTLFLAG_RD, 0, "VMID allocator");
335 SYSCTL_INT(_vm_pmap_vmid, OID_AUTO, bits, CTLFLAG_RD, &vmids.asid_bits, 0,
336     "The number of bits in an VMID");
337 SYSCTL_INT(_vm_pmap_vmid, OID_AUTO, next, CTLFLAG_RD, &vmids.asid_next, 0,
338     "The last allocated VMID plus one");
339 SYSCTL_INT(_vm_pmap_vmid, OID_AUTO, epoch, CTLFLAG_RD, &vmids.asid_epoch, 0,
340     "The current epoch number");
341
342 void (*pmap_clean_stage2_tlbi)(void);
343 void (*pmap_invalidate_vpipt_icache)(void);
344
345 /*
346  * A pmap's cookie encodes an ASID and epoch number.  Cookies for reserved
347  * ASIDs have a negative epoch number, specifically, INT_MIN.  Cookies for
348  * dynamically allocated ASIDs have a non-negative epoch number.
349  *
350  * An invalid ASID is represented by -1.
351  *
352  * There are two special-case cookie values: (1) COOKIE_FROM(-1, INT_MIN),
353  * which indicates that an ASID should never be allocated to the pmap, and
354  * (2) COOKIE_FROM(-1, INT_MAX), which indicates that an ASID should be
355  * allocated when the pmap is next activated.
356  */
357 #define COOKIE_FROM(asid, epoch)        ((long)((u_int)(asid) | \
358                                             ((u_long)(epoch) << 32)))
359 #define COOKIE_TO_ASID(cookie)          ((int)(cookie))
360 #define COOKIE_TO_EPOCH(cookie)         ((int)((u_long)(cookie) >> 32))
361
362 #define TLBI_VA_SHIFT                   12
363 #define TLBI_VA_MASK                    ((1ul << 44) - 1)
364 #define TLBI_VA(addr)                   (((addr) >> TLBI_VA_SHIFT) & TLBI_VA_MASK)
365 #define TLBI_VA_L3_INCR                 (L3_SIZE >> TLBI_VA_SHIFT)
366
367 static int superpages_enabled = 1;
368 SYSCTL_INT(_vm_pmap, OID_AUTO, superpages_enabled,
369     CTLFLAG_RDTUN | CTLFLAG_NOFETCH, &superpages_enabled, 0,
370     "Are large page mappings enabled?");
371
372 /*
373  * Internal flags for pmap_enter()'s helper functions.
374  */
375 #define PMAP_ENTER_NORECLAIM    0x1000000       /* Don't reclaim PV entries. */
376 #define PMAP_ENTER_NOREPLACE    0x2000000       /* Don't replace mappings. */
377
378 static void     free_pv_chunk(struct pv_chunk *pc);
379 static void     free_pv_entry(pmap_t pmap, pv_entry_t pv);
380 static pv_entry_t get_pv_entry(pmap_t pmap, struct rwlock **lockp);
381 static vm_page_t reclaim_pv_chunk(pmap_t locked_pmap, struct rwlock **lockp);
382 static void     pmap_pvh_free(struct md_page *pvh, pmap_t pmap, vm_offset_t va);
383 static pv_entry_t pmap_pvh_remove(struct md_page *pvh, pmap_t pmap,
384                     vm_offset_t va);
385
386 static void pmap_abort_ptp(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t mpte);
387 static bool pmap_activate_int(pmap_t pmap);
388 static void pmap_alloc_asid(pmap_t pmap);
389 static int pmap_change_props_locked(vm_offset_t va, vm_size_t size,
390     vm_prot_t prot, int mode, bool skip_unmapped);
391 static pt_entry_t *pmap_demote_l1(pmap_t pmap, pt_entry_t *l1, vm_offset_t va);
392 static pt_entry_t *pmap_demote_l2_locked(pmap_t pmap, pt_entry_t *l2,
393     vm_offset_t va, struct rwlock **lockp);
394 static pt_entry_t *pmap_demote_l2(pmap_t pmap, pt_entry_t *l2, vm_offset_t va);
395 static vm_page_t pmap_enter_quick_locked(pmap_t pmap, vm_offset_t va,
396     vm_page_t m, vm_prot_t prot, vm_page_t mpte, struct rwlock **lockp);
397 static int pmap_enter_l2(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t new_l2,
398     u_int flags, vm_page_t m, struct rwlock **lockp);
399 static int pmap_remove_l2(pmap_t pmap, pt_entry_t *l2, vm_offset_t sva,
400     pd_entry_t l1e, struct spglist *free, struct rwlock **lockp);
401 static int pmap_remove_l3(pmap_t pmap, pt_entry_t *l3, vm_offset_t sva,
402     pd_entry_t l2e, struct spglist *free, struct rwlock **lockp);
403 static void pmap_reset_asid_set(pmap_t pmap);
404 static boolean_t pmap_try_insert_pv_entry(pmap_t pmap, vm_offset_t va,
405     vm_page_t m, struct rwlock **lockp);
406
407 static vm_page_t _pmap_alloc_l3(pmap_t pmap, vm_pindex_t ptepindex,
408                 struct rwlock **lockp);
409
410 static void _pmap_unwire_l3(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m,
411     struct spglist *free);
412 static int pmap_unuse_pt(pmap_t, vm_offset_t, pd_entry_t, struct spglist *);
413 static __inline vm_page_t pmap_remove_pt_page(pmap_t pmap, vm_offset_t va);
414
415 /*
416  * These load the old table data and store the new value.
417  * They need to be atomic as the System MMU may write to the table at
418  * the same time as the CPU.
419  */
420 #define pmap_clear(table)               atomic_store_64(table, 0)
421 #define pmap_clear_bits(table, bits)    atomic_clear_64(table, bits)
422 #define pmap_load(table)                (*table)
423 #define pmap_load_clear(table)          atomic_swap_64(table, 0)
424 #define pmap_load_store(table, entry)   atomic_swap_64(table, entry)
425 #define pmap_set_bits(table, bits)      atomic_set_64(table, bits)
426 #define pmap_store(table, entry)        atomic_store_64(table, entry)
427
428 /********************/
429 /* Inline functions */
430 /********************/
431
432 static __inline void
433 pagecopy(void *s, void *d)
434 {
435
436         memcpy(d, s, PAGE_SIZE);
437 }
438
439 static __inline pd_entry_t *
440 pmap_l0(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
441 {
442
443         return (&pmap->pm_l0[pmap_l0_index(va)]);
444 }
445
446 static __inline pd_entry_t *
447 pmap_l0_to_l1(pd_entry_t *l0, vm_offset_t va)
448 {
449         pd_entry_t *l1;
450
451         l1 = (pd_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(pmap_load(l0) & ~ATTR_MASK);
452         return (&l1[pmap_l1_index(va)]);
453 }
454
455 static __inline pd_entry_t *
456 pmap_l1(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
457 {
458         pd_entry_t *l0;
459
460         l0 = pmap_l0(pmap, va);
461         if ((pmap_load(l0) & ATTR_DESCR_MASK) != L0_TABLE)
462                 return (NULL);
463
464         return (pmap_l0_to_l1(l0, va));
465 }
466
467 static __inline pd_entry_t *
468 pmap_l1_to_l2(pd_entry_t *l1p, vm_offset_t va)
469 {
470         pd_entry_t l1, *l2p;
471
472         l1 = pmap_load(l1p);
473
474         KASSERT(ADDR_IS_CANONICAL(va),
475             ("%s: Address not in canonical form: %lx", __func__, va));
476         /*
477          * The valid bit may be clear if pmap_update_entry() is concurrently
478          * modifying the entry, so for KVA only the entry type may be checked.
479          */
480         KASSERT(ADDR_IS_KERNEL(va) || (l1 & ATTR_DESCR_VALID) != 0,
481             ("%s: L1 entry %#lx for %#lx is invalid", __func__, l1, va));
482         KASSERT((l1 & ATTR_DESCR_TYPE_MASK) == ATTR_DESCR_TYPE_TABLE,
483             ("%s: L1 entry %#lx for %#lx is a leaf", __func__, l1, va));
484         l2p = (pd_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(l1 & ~ATTR_MASK);
485         return (&l2p[pmap_l2_index(va)]);
486 }
487
488 static __inline pd_entry_t *
489 pmap_l2(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
490 {
491         pd_entry_t *l1;
492
493         l1 = pmap_l1(pmap, va);
494         if ((pmap_load(l1) & ATTR_DESCR_MASK) != L1_TABLE)
495                 return (NULL);
496
497         return (pmap_l1_to_l2(l1, va));
498 }
499
500 static __inline pt_entry_t *
501 pmap_l2_to_l3(pd_entry_t *l2p, vm_offset_t va)
502 {
503         pd_entry_t l2;
504         pt_entry_t *l3p;
505
506         l2 = pmap_load(l2p);
507
508         KASSERT(ADDR_IS_CANONICAL(va),
509             ("%s: Address not in canonical form: %lx", __func__, va));
510         /*
511          * The valid bit may be clear if pmap_update_entry() is concurrently
512          * modifying the entry, so for KVA only the entry type may be checked.
513          */
514         KASSERT(ADDR_IS_KERNEL(va) || (l2 & ATTR_DESCR_VALID) != 0,
515             ("%s: L2 entry %#lx for %#lx is invalid", __func__, l2, va));
516         KASSERT((l2 & ATTR_DESCR_TYPE_MASK) == ATTR_DESCR_TYPE_TABLE,
517             ("%s: L2 entry %#lx for %#lx is a leaf", __func__, l2, va));
518         l3p = (pt_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(l2 & ~ATTR_MASK);
519         return (&l3p[pmap_l3_index(va)]);
520 }
521
522 /*
523  * Returns the lowest valid pde for a given virtual address.
524  * The next level may or may not point to a valid page or block.
525  */
526 static __inline pd_entry_t *
527 pmap_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, int *level)
528 {
529         pd_entry_t *l0, *l1, *l2, desc;
530
531         l0 = pmap_l0(pmap, va);
532         desc = pmap_load(l0) & ATTR_DESCR_MASK;
533         if (desc != L0_TABLE) {
534                 *level = -1;
535                 return (NULL);
536         }
537
538         l1 = pmap_l0_to_l1(l0, va);
539         desc = pmap_load(l1) & ATTR_DESCR_MASK;
540         if (desc != L1_TABLE) {
541                 *level = 0;
542                 return (l0);
543         }
544
545         l2 = pmap_l1_to_l2(l1, va);
546         desc = pmap_load(l2) & ATTR_DESCR_MASK;
547         if (desc != L2_TABLE) {
548                 *level = 1;
549                 return (l1);
550         }
551
552         *level = 2;
553         return (l2);
554 }
555
556 /*
557  * Returns the lowest valid pte block or table entry for a given virtual
558  * address. If there are no valid entries return NULL and set the level to
559  * the first invalid level.
560  */
561 static __inline pt_entry_t *
562 pmap_pte(pmap_t pmap, vm_offset_t va, int *level)
563 {
564         pd_entry_t *l1, *l2, desc;
565         pt_entry_t *l3;
566
567         l1 = pmap_l1(pmap, va);
568         if (l1 == NULL) {
569                 *level = 0;
570                 return (NULL);
571         }
572         desc = pmap_load(l1) & ATTR_DESCR_MASK;
573         if (desc == L1_BLOCK) {
574                 *level = 1;
575                 return (l1);
576         }
577
578         if (desc != L1_TABLE) {
579                 *level = 1;
580                 return (NULL);
581         }
582
583         l2 = pmap_l1_to_l2(l1, va);
584         desc = pmap_load(l2) & ATTR_DESCR_MASK;
585         if (desc == L2_BLOCK) {
586                 *level = 2;
587                 return (l2);
588         }
589
590         if (desc != L2_TABLE) {
591                 *level = 2;
592                 return (NULL);
593         }
594
595         *level = 3;
596         l3 = pmap_l2_to_l3(l2, va);
597         if ((pmap_load(l3) & ATTR_DESCR_MASK) != L3_PAGE)
598                 return (NULL);
599
600         return (l3);
601 }
602
603 bool
604 pmap_ps_enabled(pmap_t pmap)
605 {
606         /*
607          * Promotion requires a hypervisor call when the kernel is running
608          * in EL1. To stop this disable superpage support on non-stage 1
609          * pmaps for now.
610          */
611         if (pmap->pm_stage != PM_STAGE1)
612                 return (false);
613
614         return (superpages_enabled != 0);
615 }
616
617 bool
618 pmap_get_tables(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t **l0, pd_entry_t **l1,
619     pd_entry_t **l2, pt_entry_t **l3)
620 {
621         pd_entry_t *l0p, *l1p, *l2p;
622
623         if (pmap->pm_l0 == NULL)
624                 return (false);
625
626         l0p = pmap_l0(pmap, va);
627         *l0 = l0p;
628
629         if ((pmap_load(l0p) & ATTR_DESCR_MASK) != L0_TABLE)
630                 return (false);
631
632         l1p = pmap_l0_to_l1(l0p, va);
633         *l1 = l1p;
634
635         if ((pmap_load(l1p) & ATTR_DESCR_MASK) == L1_BLOCK) {
636                 *l2 = NULL;
637                 *l3 = NULL;
638                 return (true);
639         }
640
641         if ((pmap_load(l1p) & ATTR_DESCR_MASK) != L1_TABLE)
642                 return (false);
643
644         l2p = pmap_l1_to_l2(l1p, va);
645         *l2 = l2p;
646
647         if ((pmap_load(l2p) & ATTR_DESCR_MASK) == L2_BLOCK) {
648                 *l3 = NULL;
649                 return (true);
650         }
651
652         if ((pmap_load(l2p) & ATTR_DESCR_MASK) != L2_TABLE)
653                 return (false);
654
655         *l3 = pmap_l2_to_l3(l2p, va);
656
657         return (true);
658 }
659
660 static __inline int
661 pmap_l3_valid(pt_entry_t l3)
662 {
663
664         return ((l3 & ATTR_DESCR_MASK) == L3_PAGE);
665 }
666
667 CTASSERT(L1_BLOCK == L2_BLOCK);
668
669 static pt_entry_t
670 pmap_pte_memattr(pmap_t pmap, vm_memattr_t memattr)
671 {
672         pt_entry_t val;
673
674         if (pmap->pm_stage == PM_STAGE1) {
675                 val = ATTR_S1_IDX(memattr);
676                 if (memattr == VM_MEMATTR_DEVICE)
677                         val |= ATTR_S1_XN;
678                 return (val);
679         }
680
681         val = 0;
682
683         switch (memattr) {
684         case VM_MEMATTR_DEVICE:
685                 return (ATTR_S2_MEMATTR(ATTR_S2_MEMATTR_DEVICE_nGnRnE) |
686                     ATTR_S2_XN(ATTR_S2_XN_ALL));
687         case VM_MEMATTR_UNCACHEABLE:
688                 return (ATTR_S2_MEMATTR(ATTR_S2_MEMATTR_NC));
689         case VM_MEMATTR_WRITE_BACK:
690                 return (ATTR_S2_MEMATTR(ATTR_S2_MEMATTR_WB));
691         case VM_MEMATTR_WRITE_THROUGH:
692                 return (ATTR_S2_MEMATTR(ATTR_S2_MEMATTR_WT));
693         default:
694                 panic("%s: invalid memory attribute %x", __func__, memattr);
695         }
696 }
697
698 static pt_entry_t
699 pmap_pte_prot(pmap_t pmap, vm_prot_t prot)
700 {
701         pt_entry_t val;
702
703         val = 0;
704         if (pmap->pm_stage == PM_STAGE1) {
705                 if ((prot & VM_PROT_EXECUTE) == 0)
706                         val |= ATTR_S1_XN;
707                 if ((prot & VM_PROT_WRITE) == 0)
708                         val |= ATTR_S1_AP(ATTR_S1_AP_RO);
709         } else {
710                 if ((prot & VM_PROT_WRITE) != 0)
711                         val |= ATTR_S2_S2AP(ATTR_S2_S2AP_WRITE);
712                 if ((prot & VM_PROT_READ) != 0)
713                         val |= ATTR_S2_S2AP(ATTR_S2_S2AP_READ);
714                 if ((prot & VM_PROT_EXECUTE) == 0)
715                         val |= ATTR_S2_XN(ATTR_S2_XN_ALL);
716         }
717
718         return (val);
719 }
720
721 /*
722  * Checks if the PTE is dirty.
723  */
724 static inline int
725 pmap_pte_dirty(pmap_t pmap, pt_entry_t pte)
726 {
727
728         KASSERT((pte & ATTR_SW_MANAGED) != 0, ("pte %#lx is unmanaged", pte));
729
730         if (pmap->pm_stage == PM_STAGE1) {
731                 KASSERT((pte & (ATTR_S1_AP_RW_BIT | ATTR_SW_DBM)) != 0,
732                     ("pte %#lx is writeable and missing ATTR_SW_DBM", pte));
733
734                 return ((pte & (ATTR_S1_AP_RW_BIT | ATTR_SW_DBM)) ==
735                     (ATTR_S1_AP(ATTR_S1_AP_RW) | ATTR_SW_DBM));
736         }
737
738         return ((pte & ATTR_S2_S2AP(ATTR_S2_S2AP_WRITE)) ==
739             ATTR_S2_S2AP(ATTR_S2_S2AP_WRITE));
740 }
741
742 static __inline void
743 pmap_resident_count_inc(pmap_t pmap, int count)
744 {
745
746         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
747         pmap->pm_stats.resident_count += count;
748 }
749
750 static __inline void
751 pmap_resident_count_dec(pmap_t pmap, int count)
752 {
753
754         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
755         KASSERT(pmap->pm_stats.resident_count >= count,
756             ("pmap %p resident count underflow %ld %d", pmap,
757             pmap->pm_stats.resident_count, count));
758         pmap->pm_stats.resident_count -= count;
759 }
760
761 static vm_paddr_t
762 pmap_early_vtophys(vm_offset_t va)
763 {
764         vm_paddr_t pa_page;
765
766         pa_page = arm64_address_translate_s1e1r(va) & PAR_PA_MASK;
767         return (pa_page | (va & PAR_LOW_MASK));
768 }
769
770 /* State of the bootstrapped DMAP page tables */
771 struct dmap_bootstrap_state {
772         vm_offset_t     va;
773         vm_paddr_t      pa;
774         pt_entry_t      *l1;
775         pt_entry_t      *l2;
776         pt_entry_t      *l3;
777         u_int           l0_slot;
778         u_int           l1_slot;
779         u_int           l2_slot;
780         vm_offset_t     freemempos;
781 };
782
783 static void
784 pmap_bootstrap_dmap_l0_table(struct dmap_bootstrap_state *state)
785 {
786         vm_paddr_t l1_pa;
787         u_int l0_slot;
788
789         /* Link the level 0 table to a level 1 table */
790         l0_slot = pmap_l0_index(state->va);
791         if (l0_slot != state->l0_slot) {
792                 MPASS(state->l0_slot < l0_slot ||
793                     state->l0_slot == L0_ENTRIES);
794
795                 /* Create a new L0 table entry */
796                 state->l0_slot = l0_slot;
797                 state->l1 = (pt_entry_t *)state->freemempos;
798                 memset(state->l1, 0, PAGE_SIZE);
799                 state->freemempos += PAGE_SIZE;
800
801                 /* Reset lower levels */
802                 state->l2 = NULL;
803                 state->l3 = NULL;
804                 state->l1_slot = Ln_ENTRIES;
805                 state->l2_slot = Ln_ENTRIES;
806
807                 l1_pa = pmap_early_vtophys((vm_offset_t)state->l1);
808                 MPASS((l1_pa & Ln_TABLE_MASK) == 0);
809                 MPASS(pagetable_l0_ttbr1[l0_slot] == 0);
810                 pmap_store(&pagetable_l0_ttbr1[l0_slot], l1_pa |
811                     TATTR_UXN_TABLE | TATTR_AP_TABLE_NO_EL0 | L0_TABLE);
812         }
813         KASSERT(state->l1 != NULL, ("%s: NULL l1", __func__));
814 }
815
816 static void
817 pmap_bootstrap_dmap_l1_table(struct dmap_bootstrap_state *state)
818 {
819         vm_paddr_t l2_pa;
820         u_int l1_slot;
821
822         /* Make sure there is a valid L0 -> L1 table */
823         pmap_bootstrap_dmap_l0_table(state);
824
825         /* Link the level 1 table to a level 2 table */
826         l1_slot = pmap_l1_index(state->va);
827         if (l1_slot != state->l1_slot) {
828                 MPASS(state->l1_slot < l1_slot ||
829                     state->l1_slot == Ln_ENTRIES);
830
831                 /* Create a new L1 table entry */
832                 state->l1_slot = l1_slot;
833                 state->l2 = (pt_entry_t *)state->freemempos;
834                 memset(state->l2, 0, PAGE_SIZE);
835                 state->freemempos += PAGE_SIZE;
836
837                 /* Reset lower levels */
838                 state->l3 = NULL;
839                 state->l2_slot = Ln_ENTRIES;
840
841                 l2_pa = pmap_early_vtophys((vm_offset_t)state->l2);
842                 MPASS((l2_pa & Ln_TABLE_MASK) == 0);
843                 MPASS(state->l1[l1_slot] == 0);
844                 pmap_store(&state->l1[l1_slot], l2_pa | TATTR_PXN_TABLE |
845                     L1_TABLE);
846         }
847         KASSERT(state->l2 != NULL, ("%s: NULL l2", __func__));
848 }
849
850 static void
851 pmap_bootstrap_dmap_l2_table(struct dmap_bootstrap_state *state)
852 {
853         vm_paddr_t l3_pa;
854         u_int l2_slot;
855
856         /* Make sure there is a valid L1 -> L2 table */
857         pmap_bootstrap_dmap_l1_table(state);
858
859         /* Link the level 2 table to a level 3 table */
860         l2_slot = pmap_l2_index(state->va);
861         if (l2_slot != state->l2_slot) {
862                 MPASS(state->l2_slot < l2_slot ||
863                     state->l2_slot == Ln_ENTRIES);
864
865                 /* Create a new L2 table entry */
866                 state->l2_slot = l2_slot;
867                 state->l3 = (pt_entry_t *)state->freemempos;
868                 memset(state->l3, 0, PAGE_SIZE);
869                 state->freemempos += PAGE_SIZE;
870
871                 l3_pa = pmap_early_vtophys((vm_offset_t)state->l3);
872                 MPASS((l3_pa & Ln_TABLE_MASK) == 0);
873                 MPASS(state->l2[l2_slot] == 0);
874                 pmap_store(&state->l2[l2_slot], l3_pa | TATTR_PXN_TABLE |
875                     L2_TABLE);
876         }
877         KASSERT(state->l3 != NULL, ("%s: NULL l3", __func__));
878 }
879
880 static void
881 pmap_bootstrap_dmap_l2_block(struct dmap_bootstrap_state *state, int i)
882 {
883         u_int l2_slot;
884         bool first;
885
886         if ((physmap[i + 1] - state->pa) < L2_SIZE)
887                 return;
888
889         /* Make sure there is a valid L1 table */
890         pmap_bootstrap_dmap_l1_table(state);
891
892         MPASS((state->va & L2_OFFSET) == 0);
893         for (first = true;
894             state->va < DMAP_MAX_ADDRESS &&
895             (physmap[i + 1] - state->pa) >= L2_SIZE;
896             state->va += L2_SIZE, state->pa += L2_SIZE) {
897                 /*
898                  * Stop if we are about to walk off the end of what the
899                  * current L1 slot can address.
900                  */
901                 if (!first && (state->pa & L1_OFFSET) == 0)
902                         break;
903
904                 first = false;
905                 l2_slot = pmap_l2_index(state->va);
906                 MPASS((state->pa & L2_OFFSET) == 0);
907                 MPASS(state->l2[l2_slot] == 0);
908                 pmap_store(&state->l2[l2_slot], state->pa | ATTR_DEFAULT |
909                     ATTR_S1_XN | ATTR_S1_IDX(VM_MEMATTR_WRITE_BACK) |
910                     L2_BLOCK);
911         }
912         MPASS(state->va == (state->pa - dmap_phys_base + DMAP_MIN_ADDRESS));
913 }
914
915 static void
916 pmap_bootstrap_dmap_l3_page(struct dmap_bootstrap_state *state, int i)
917 {
918         u_int l3_slot;
919         bool first;
920
921         if ((physmap[i + 1] - state->pa) < L3_SIZE)
922                 return;
923
924         /* Make sure there is a valid L2 table */
925         pmap_bootstrap_dmap_l2_table(state);
926
927         MPASS((state->va & L3_OFFSET) == 0);
928         for (first = true;
929             state->va < DMAP_MAX_ADDRESS &&
930             (physmap[i + 1] - state->pa) >= L3_SIZE;
931             state->va += L3_SIZE, state->pa += L3_SIZE) {
932                 /*
933                  * Stop if we are about to walk off the end of what the
934                  * current L2 slot can address.
935                  */
936                 if (!first && (state->pa & L2_OFFSET) == 0)
937                         break;
938
939                 first = false;
940                 l3_slot = pmap_l3_index(state->va);
941                 MPASS((state->pa & L3_OFFSET) == 0);
942                 MPASS(state->l3[l3_slot] == 0);
943                 pmap_store(&state->l3[l3_slot], state->pa | ATTR_DEFAULT |
944                     ATTR_S1_XN | ATTR_S1_IDX(VM_MEMATTR_WRITE_BACK) |
945                     L3_PAGE);
946         }
947         MPASS(state->va == (state->pa - dmap_phys_base + DMAP_MIN_ADDRESS));
948 }
949
950 static vm_offset_t
951 pmap_bootstrap_dmap(vm_offset_t kern_l1, vm_paddr_t min_pa,
952     vm_offset_t freemempos)
953 {
954         struct dmap_bootstrap_state state;
955         int i;
956
957         dmap_phys_base = min_pa & ~L1_OFFSET;
958         dmap_phys_max = 0;
959         dmap_max_addr = 0;
960
961         state.l1 = state.l2 = state.l3 = NULL;
962         state.l0_slot = L0_ENTRIES;
963         state.l1_slot = Ln_ENTRIES;
964         state.l2_slot = Ln_ENTRIES;
965         state.freemempos = freemempos;
966
967         for (i = 0; i < (physmap_idx * 2); i += 2) {
968                 state.pa = physmap[i] & ~L3_OFFSET;
969                 state.va = state.pa - dmap_phys_base + DMAP_MIN_ADDRESS;
970
971                 /* Create L3 mappings at the start of the region */
972                 if ((state.pa & L2_OFFSET) != 0)
973                         pmap_bootstrap_dmap_l3_page(&state, i);
974                 MPASS(state.pa <= physmap[i + 1]);
975
976                 /* Create L2 mappings at the start of the region */
977                 if ((state.pa & L1_OFFSET) != 0)
978                         pmap_bootstrap_dmap_l2_block(&state, i);
979                 MPASS(state.pa <= physmap[i + 1]);
980
981                 /* Create the main L1 block mappings */
982                 for (; state.va < DMAP_MAX_ADDRESS &&
983                     (physmap[i + 1] - state.pa) >= L1_SIZE;
984                     state.va += L1_SIZE, state.pa += L1_SIZE) {
985                         /* Make sure there is a valid L1 table */
986                         pmap_bootstrap_dmap_l0_table(&state);
987                         MPASS((state.pa & L1_OFFSET) == 0);
988                         pmap_store(&state.l1[pmap_l1_index(state.va)],
989                             state.pa | ATTR_DEFAULT | ATTR_S1_XN |
990                             ATTR_S1_IDX(VM_MEMATTR_WRITE_BACK) |
991                             L1_BLOCK);
992                 }
993                 MPASS(state.pa <= physmap[i + 1]);
994
995                 /* Create L2 mappings at the end of the region */
996                 pmap_bootstrap_dmap_l2_block(&state, i);
997                 MPASS(state.pa <= physmap[i + 1]);
998
999                 /* Create L3 mappings at the end of the region */
1000                 pmap_bootstrap_dmap_l3_page(&state, i);
1001                 MPASS(state.pa == physmap[i + 1]);
1002
1003                 if (state.pa > dmap_phys_max) {
1004                         dmap_phys_max = state.pa;
1005                         dmap_max_addr = state.va;
1006                 }
1007         }
1008
1009         cpu_tlb_flushID();
1010
1011         return (state.freemempos);
1012 }
1013
1014 static vm_offset_t
1015 pmap_bootstrap_l2(vm_offset_t l1pt, vm_offset_t va, vm_offset_t l2_start)
1016 {
1017         vm_offset_t l2pt;
1018         vm_paddr_t pa;
1019         pd_entry_t *l1;
1020         u_int l1_slot;
1021
1022         KASSERT((va & L1_OFFSET) == 0, ("Invalid virtual address"));
1023
1024         l1 = (pd_entry_t *)l1pt;
1025         l1_slot = pmap_l1_index(va);
1026         l2pt = l2_start;
1027
1028         for (; va < VM_MAX_KERNEL_ADDRESS; l1_slot++, va += L1_SIZE) {
1029                 KASSERT(l1_slot < Ln_ENTRIES, ("Invalid L1 index"));
1030
1031                 pa = pmap_early_vtophys(l2pt);
1032                 pmap_store(&l1[l1_slot],
1033                     (pa & ~Ln_TABLE_MASK) | L1_TABLE);
1034                 l2pt += PAGE_SIZE;
1035         }
1036
1037         /* Clean the L2 page table */
1038         memset((void *)l2_start, 0, l2pt - l2_start);
1039
1040         return l2pt;
1041 }
1042
1043 static vm_offset_t
1044 pmap_bootstrap_l3(vm_offset_t l1pt, vm_offset_t va, vm_offset_t l3_start)
1045 {
1046         vm_offset_t l3pt;
1047         vm_paddr_t pa;
1048         pd_entry_t *l2;
1049         u_int l2_slot;
1050
1051         KASSERT((va & L2_OFFSET) == 0, ("Invalid virtual address"));
1052
1053         l2 = pmap_l2(kernel_pmap, va);
1054         l2 = (pd_entry_t *)rounddown2((uintptr_t)l2, PAGE_SIZE);
1055         l2_slot = pmap_l2_index(va);
1056         l3pt = l3_start;
1057
1058         for (; va < VM_MAX_KERNEL_ADDRESS; l2_slot++, va += L2_SIZE) {
1059                 KASSERT(l2_slot < Ln_ENTRIES, ("Invalid L2 index"));
1060
1061                 pa = pmap_early_vtophys(l3pt);
1062                 pmap_store(&l2[l2_slot],
1063                     (pa & ~Ln_TABLE_MASK) | ATTR_S1_UXN | L2_TABLE);
1064                 l3pt += PAGE_SIZE;
1065         }
1066
1067         /* Clean the L2 page table */
1068         memset((void *)l3_start, 0, l3pt - l3_start);
1069
1070         return l3pt;
1071 }
1072
1073 /*
1074  *      Bootstrap the system enough to run with virtual memory.
1075  */
1076 void
1077 pmap_bootstrap(vm_offset_t l0pt, vm_offset_t l1pt, vm_paddr_t kernstart,
1078     vm_size_t kernlen)
1079 {
1080         vm_offset_t freemempos;
1081         vm_offset_t dpcpu, msgbufpv;
1082         vm_paddr_t start_pa, pa, min_pa;
1083         uint64_t kern_delta;
1084         int i;
1085
1086         /* Verify that the ASID is set through TTBR0. */
1087         KASSERT((READ_SPECIALREG(tcr_el1) & TCR_A1) == 0,
1088             ("pmap_bootstrap: TCR_EL1.A1 != 0"));
1089
1090         kern_delta = KERNBASE - kernstart;
1091
1092         printf("pmap_bootstrap %lx %lx %lx\n", l1pt, kernstart, kernlen);
1093         printf("%lx\n", l1pt);
1094         printf("%lx\n", (KERNBASE >> L1_SHIFT) & Ln_ADDR_MASK);
1095
1096         /* Set this early so we can use the pagetable walking functions */
1097         kernel_pmap_store.pm_l0 = (pd_entry_t *)l0pt;
1098         PMAP_LOCK_INIT(kernel_pmap);
1099         kernel_pmap->pm_l0_paddr = l0pt - kern_delta;
1100         kernel_pmap->pm_cookie = COOKIE_FROM(-1, INT_MIN);
1101         kernel_pmap->pm_stage = PM_STAGE1;
1102         kernel_pmap->pm_levels = 4;
1103         kernel_pmap->pm_ttbr = kernel_pmap->pm_l0_paddr;
1104         kernel_pmap->pm_asid_set = &asids;
1105
1106         /* Assume the address we were loaded to is a valid physical address */
1107         min_pa = KERNBASE - kern_delta;
1108
1109         physmap_idx = physmem_avail(physmap, nitems(physmap));
1110         physmap_idx /= 2;
1111
1112         /*
1113          * Find the minimum physical address. physmap is sorted,
1114          * but may contain empty ranges.
1115          */
1116         for (i = 0; i < physmap_idx * 2; i += 2) {
1117                 if (physmap[i] == physmap[i + 1])
1118                         continue;
1119                 if (physmap[i] <= min_pa)
1120                         min_pa = physmap[i];
1121         }
1122
1123         freemempos = KERNBASE + kernlen;
1124         freemempos = roundup2(freemempos, PAGE_SIZE);
1125
1126         /* Create a direct map region early so we can use it for pa -> va */
1127         freemempos = pmap_bootstrap_dmap(l1pt, min_pa, freemempos);
1128
1129         start_pa = pa = KERNBASE - kern_delta;
1130
1131         /*
1132          * Create the l2 tables up to VM_MAX_KERNEL_ADDRESS.  We assume that the
1133          * loader allocated the first and only l2 page table page used to map
1134          * the kernel, preloaded files and module metadata.
1135          */
1136         freemempos = pmap_bootstrap_l2(l1pt, KERNBASE + L1_SIZE, freemempos);
1137         /* And the l3 tables for the early devmap */
1138         freemempos = pmap_bootstrap_l3(l1pt,
1139             VM_MAX_KERNEL_ADDRESS - (PMAP_MAPDEV_EARLY_SIZE), freemempos);
1140
1141         cpu_tlb_flushID();
1142
1143 #define alloc_pages(var, np)                                            \
1144         (var) = freemempos;                                             \
1145         freemempos += (np * PAGE_SIZE);                                 \
1146         memset((char *)(var), 0, ((np) * PAGE_SIZE));
1147
1148         /* Allocate dynamic per-cpu area. */
1149         alloc_pages(dpcpu, DPCPU_SIZE / PAGE_SIZE);
1150         dpcpu_init((void *)dpcpu, 0);
1151
1152         /* Allocate memory for the msgbuf, e.g. for /sbin/dmesg */
1153         alloc_pages(msgbufpv, round_page(msgbufsize) / PAGE_SIZE);
1154         msgbufp = (void *)msgbufpv;
1155
1156         /* Reserve some VA space for early BIOS/ACPI mapping */
1157         preinit_map_va = roundup2(freemempos, L2_SIZE);
1158
1159         virtual_avail = preinit_map_va + PMAP_PREINIT_MAPPING_SIZE;
1160         virtual_avail = roundup2(virtual_avail, L1_SIZE);
1161         virtual_end = VM_MAX_KERNEL_ADDRESS - (PMAP_MAPDEV_EARLY_SIZE);
1162         kernel_vm_end = virtual_avail;
1163
1164         pa = pmap_early_vtophys(freemempos);
1165
1166         physmem_exclude_region(start_pa, pa - start_pa, EXFLAG_NOALLOC);
1167
1168         cpu_tlb_flushID();
1169 }
1170
1171 /*
1172  *      Initialize a vm_page's machine-dependent fields.
1173  */
1174 void
1175 pmap_page_init(vm_page_t m)
1176 {
1177
1178         TAILQ_INIT(&m->md.pv_list);
1179         m->md.pv_memattr = VM_MEMATTR_WRITE_BACK;
1180 }
1181
1182 static void
1183 pmap_init_asids(struct asid_set *set, int bits)
1184 {
1185         int i;
1186
1187         set->asid_bits = bits;
1188
1189         /*
1190          * We may be too early in the overall initialization process to use
1191          * bit_alloc().
1192          */
1193         set->asid_set_size = 1 << set->asid_bits;
1194         set->asid_set = (bitstr_t *)kmem_malloc(bitstr_size(set->asid_set_size),
1195             M_WAITOK | M_ZERO);
1196         for (i = 0; i < ASID_FIRST_AVAILABLE; i++)
1197                 bit_set(set->asid_set, i);
1198         set->asid_next = ASID_FIRST_AVAILABLE;
1199         mtx_init(&set->asid_set_mutex, "asid set", NULL, MTX_SPIN);
1200 }
1201
1202 /*
1203  *      Initialize the pmap module.
1204  *      Called by vm_init, to initialize any structures that the pmap
1205  *      system needs to map virtual memory.
1206  */
1207 void
1208 pmap_init(void)
1209 {
1210         struct vm_phys_seg *seg, *next_seg;
1211         struct md_page *pvh;
1212         vm_size_t s;
1213         uint64_t mmfr1;
1214         int i, pv_npg, vmid_bits;
1215
1216         /*
1217          * Are large page mappings enabled?
1218          */
1219         TUNABLE_INT_FETCH("vm.pmap.superpages_enabled", &superpages_enabled);
1220         if (superpages_enabled) {
1221                 KASSERT(MAXPAGESIZES > 1 && pagesizes[1] == 0,
1222                     ("pmap_init: can't assign to pagesizes[1]"));
1223                 pagesizes[1] = L2_SIZE;
1224                 KASSERT(MAXPAGESIZES > 2 && pagesizes[2] == 0,
1225                     ("pmap_init: can't assign to pagesizes[2]"));
1226                 pagesizes[2] = L1_SIZE;
1227         }
1228
1229         /*
1230          * Initialize the ASID allocator.
1231          */
1232         pmap_init_asids(&asids,
1233             (READ_SPECIALREG(tcr_el1) & TCR_ASID_16) != 0 ? 16 : 8);
1234
1235         if (has_hyp()) {
1236                 mmfr1 = READ_SPECIALREG(id_aa64mmfr1_el1);
1237                 vmid_bits = 8;
1238
1239                 if (ID_AA64MMFR1_VMIDBits_VAL(mmfr1) ==
1240                     ID_AA64MMFR1_VMIDBits_16)
1241                         vmid_bits = 16;
1242                 pmap_init_asids(&vmids, vmid_bits);
1243         }
1244
1245         /*
1246          * Initialize the pv chunk list mutex.
1247          */
1248         mtx_init(&pv_chunks_mutex, "pmap pv chunk list", NULL, MTX_DEF);
1249
1250         /*
1251          * Initialize the pool of pv list locks.
1252          */
1253         for (i = 0; i < NPV_LIST_LOCKS; i++)
1254                 rw_init(&pv_list_locks[i], "pmap pv list");
1255
1256         /*
1257          * Calculate the size of the pv head table for superpages.
1258          */
1259         pv_npg = 0;
1260         for (i = 0; i < vm_phys_nsegs; i++) {
1261                 seg = &vm_phys_segs[i];
1262                 pv_npg += pmap_l2_pindex(roundup2(seg->end, L2_SIZE)) -
1263                     pmap_l2_pindex(seg->start);
1264         }
1265
1266         /*
1267          * Allocate memory for the pv head table for superpages.
1268          */
1269         s = (vm_size_t)(pv_npg * sizeof(struct md_page));
1270         s = round_page(s);
1271         pv_table = (struct md_page *)kmem_malloc(s, M_WAITOK | M_ZERO);
1272         for (i = 0; i < pv_npg; i++)
1273                 TAILQ_INIT(&pv_table[i].pv_list);
1274         TAILQ_INIT(&pv_dummy.pv_list);
1275
1276         /*
1277          * Set pointers from vm_phys_segs to pv_table.
1278          */
1279         for (i = 0, pvh = pv_table; i < vm_phys_nsegs; i++) {
1280                 seg = &vm_phys_segs[i];
1281                 seg->md_first = pvh;
1282                 pvh += pmap_l2_pindex(roundup2(seg->end, L2_SIZE)) -
1283                     pmap_l2_pindex(seg->start);
1284
1285                 /*
1286                  * If there is a following segment, and the final
1287                  * superpage of this segment and the initial superpage
1288                  * of the next segment are the same then adjust the
1289                  * pv_table entry for that next segment down by one so
1290                  * that the pv_table entries will be shared.
1291                  */
1292                 if (i + 1 < vm_phys_nsegs) {
1293                         next_seg = &vm_phys_segs[i + 1];
1294                         if (pmap_l2_pindex(roundup2(seg->end, L2_SIZE)) - 1 ==
1295                             pmap_l2_pindex(next_seg->start)) {
1296                                 pvh--;
1297                         }
1298                 }
1299         }
1300
1301         vm_initialized = 1;
1302 }
1303
1304 static SYSCTL_NODE(_vm_pmap, OID_AUTO, l2, CTLFLAG_RD | CTLFLAG_MPSAFE, 0,
1305     "2MB page mapping counters");
1306
1307 static u_long pmap_l2_demotions;
1308 SYSCTL_ULONG(_vm_pmap_l2, OID_AUTO, demotions, CTLFLAG_RD,
1309     &pmap_l2_demotions, 0, "2MB page demotions");
1310
1311 static u_long pmap_l2_mappings;
1312 SYSCTL_ULONG(_vm_pmap_l2, OID_AUTO, mappings, CTLFLAG_RD,
1313     &pmap_l2_mappings, 0, "2MB page mappings");
1314
1315 static u_long pmap_l2_p_failures;
1316 SYSCTL_ULONG(_vm_pmap_l2, OID_AUTO, p_failures, CTLFLAG_RD,
1317     &pmap_l2_p_failures, 0, "2MB page promotion failures");
1318
1319 static u_long pmap_l2_promotions;
1320 SYSCTL_ULONG(_vm_pmap_l2, OID_AUTO, promotions, CTLFLAG_RD,
1321     &pmap_l2_promotions, 0, "2MB page promotions");
1322
1323 /*
1324  * If the given value for "final_only" is false, then any cached intermediate-
1325  * level entries, i.e., L{0,1,2}_TABLE entries, are invalidated in addition to
1326  * any cached final-level entry, i.e., either an L{1,2}_BLOCK or L3_PAGE entry.
1327  * Otherwise, just the cached final-level entry is invalidated.
1328  */
1329 static __inline void
1330 pmap_invalidate_kernel(uint64_t r, bool final_only)
1331 {
1332         if (final_only)
1333                 __asm __volatile("tlbi vaale1is, %0" : : "r" (r));
1334         else
1335                 __asm __volatile("tlbi vaae1is, %0" : : "r" (r));
1336 }
1337
1338 static __inline void
1339 pmap_invalidate_user(uint64_t r, bool final_only)
1340 {
1341         if (final_only)
1342                 __asm __volatile("tlbi vale1is, %0" : : "r" (r));
1343         else
1344                 __asm __volatile("tlbi vae1is, %0" : : "r" (r));
1345 }
1346
1347 /*
1348  * Invalidates any cached final- and optionally intermediate-level TLB entries
1349  * for the specified virtual address in the given virtual address space.
1350  */
1351 static __inline void
1352 pmap_invalidate_page(pmap_t pmap, vm_offset_t va, bool final_only)
1353 {
1354         uint64_t r;
1355
1356         PMAP_ASSERT_STAGE1(pmap);
1357
1358         dsb(ishst);
1359         r = TLBI_VA(va);
1360         if (pmap == kernel_pmap) {
1361                 pmap_invalidate_kernel(r, final_only);
1362         } else {
1363                 r |= ASID_TO_OPERAND(COOKIE_TO_ASID(pmap->pm_cookie));
1364                 pmap_invalidate_user(r, final_only);
1365         }
1366         dsb(ish);
1367         isb();
1368 }
1369
1370 /*
1371  * Invalidates any cached final- and optionally intermediate-level TLB entries
1372  * for the specified virtual address range in the given virtual address space.
1373  */
1374 static __inline void
1375 pmap_invalidate_range(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva,
1376     bool final_only)
1377 {
1378         uint64_t end, r, start;
1379
1380         PMAP_ASSERT_STAGE1(pmap);
1381
1382         dsb(ishst);
1383         if (pmap == kernel_pmap) {
1384                 start = TLBI_VA(sva);
1385                 end = TLBI_VA(eva);
1386                 for (r = start; r < end; r += TLBI_VA_L3_INCR)
1387                         pmap_invalidate_kernel(r, final_only);
1388         } else {
1389                 start = end = ASID_TO_OPERAND(COOKIE_TO_ASID(pmap->pm_cookie));
1390                 start |= TLBI_VA(sva);
1391                 end |= TLBI_VA(eva);
1392                 for (r = start; r < end; r += TLBI_VA_L3_INCR)
1393                         pmap_invalidate_user(r, final_only);
1394         }
1395         dsb(ish);
1396         isb();
1397 }
1398
1399 /*
1400  * Invalidates all cached intermediate- and final-level TLB entries for the
1401  * given virtual address space.
1402  */
1403 static __inline void
1404 pmap_invalidate_all(pmap_t pmap)
1405 {
1406         uint64_t r;
1407
1408         PMAP_ASSERT_STAGE1(pmap);
1409
1410         dsb(ishst);
1411         if (pmap == kernel_pmap) {
1412                 __asm __volatile("tlbi vmalle1is");
1413         } else {
1414                 r = ASID_TO_OPERAND(COOKIE_TO_ASID(pmap->pm_cookie));
1415                 __asm __volatile("tlbi aside1is, %0" : : "r" (r));
1416         }
1417         dsb(ish);
1418         isb();
1419 }
1420
1421 /*
1422  *      Routine:        pmap_extract
1423  *      Function:
1424  *              Extract the physical page address associated
1425  *              with the given map/virtual_address pair.
1426  */
1427 vm_paddr_t
1428 pmap_extract(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
1429 {
1430         pt_entry_t *pte, tpte;
1431         vm_paddr_t pa;
1432         int lvl;
1433
1434         pa = 0;
1435         PMAP_LOCK(pmap);
1436         /*
1437          * Find the block or page map for this virtual address. pmap_pte
1438          * will return either a valid block/page entry, or NULL.
1439          */
1440         pte = pmap_pte(pmap, va, &lvl);
1441         if (pte != NULL) {
1442                 tpte = pmap_load(pte);
1443                 pa = tpte & ~ATTR_MASK;
1444                 switch(lvl) {
1445                 case 1:
1446                         KASSERT((tpte & ATTR_DESCR_MASK) == L1_BLOCK,
1447                             ("pmap_extract: Invalid L1 pte found: %lx",
1448                             tpte & ATTR_DESCR_MASK));
1449                         pa |= (va & L1_OFFSET);
1450                         break;
1451                 case 2:
1452                         KASSERT((tpte & ATTR_DESCR_MASK) == L2_BLOCK,
1453                             ("pmap_extract: Invalid L2 pte found: %lx",
1454                             tpte & ATTR_DESCR_MASK));
1455                         pa |= (va & L2_OFFSET);
1456                         break;
1457                 case 3:
1458                         KASSERT((tpte & ATTR_DESCR_MASK) == L3_PAGE,
1459                             ("pmap_extract: Invalid L3 pte found: %lx",
1460                             tpte & ATTR_DESCR_MASK));
1461                         pa |= (va & L3_OFFSET);
1462                         break;
1463                 }
1464         }
1465         PMAP_UNLOCK(pmap);
1466         return (pa);
1467 }
1468
1469 /*
1470  *      Routine:        pmap_extract_and_hold
1471  *      Function:
1472  *              Atomically extract and hold the physical page
1473  *              with the given pmap and virtual address pair
1474  *              if that mapping permits the given protection.
1475  */
1476 vm_page_t
1477 pmap_extract_and_hold(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_prot_t prot)
1478 {
1479         pt_entry_t *pte, tpte;
1480         vm_offset_t off;
1481         vm_page_t m;
1482         int lvl;
1483         bool use;
1484
1485         m = NULL;
1486         PMAP_LOCK(pmap);
1487         pte = pmap_pte(pmap, va, &lvl);
1488         if (pte != NULL) {
1489                 tpte = pmap_load(pte);
1490
1491                 KASSERT(lvl > 0 && lvl <= 3,
1492                     ("pmap_extract_and_hold: Invalid level %d", lvl));
1493                 KASSERT((lvl == 3 && (tpte & ATTR_DESCR_MASK) == L3_PAGE) ||
1494                     (lvl < 3 && (tpte & ATTR_DESCR_MASK) == L1_BLOCK),
1495                     ("pmap_extract_and_hold: Invalid pte at L%d: %lx", lvl,
1496                      tpte & ATTR_DESCR_MASK));
1497
1498                 use = false;
1499                 if ((prot & VM_PROT_WRITE) == 0)
1500                         use = true;
1501                 else if (pmap->pm_stage == PM_STAGE1 &&
1502                     (tpte & ATTR_S1_AP_RW_BIT) == ATTR_S1_AP(ATTR_S1_AP_RW))
1503                         use = true;
1504                 else if (pmap->pm_stage == PM_STAGE2 &&
1505                     ((tpte & ATTR_S2_S2AP(ATTR_S2_S2AP_WRITE)) ==
1506                      ATTR_S2_S2AP(ATTR_S2_S2AP_WRITE)))
1507                         use = true;
1508
1509                 if (use) {
1510                         switch (lvl) {
1511                         case 1:
1512                                 off = va & L1_OFFSET;
1513                                 break;
1514                         case 2:
1515                                 off = va & L2_OFFSET;
1516                                 break;
1517                         case 3:
1518                         default:
1519                                 off = 0;
1520                         }
1521                         m = PHYS_TO_VM_PAGE((tpte & ~ATTR_MASK) | off);
1522                         if (m != NULL && !vm_page_wire_mapped(m))
1523                                 m = NULL;
1524                 }
1525         }
1526         PMAP_UNLOCK(pmap);
1527         return (m);
1528 }
1529
1530 /*
1531  * Walks the page tables to translate a kernel virtual address to a
1532  * physical address. Returns true if the kva is valid and stores the
1533  * physical address in pa if it is not NULL.
1534  */
1535 bool
1536 pmap_klookup(vm_offset_t va, vm_paddr_t *pa)
1537 {
1538         pt_entry_t *pte, tpte;
1539         register_t intr;
1540         uint64_t par;
1541
1542         /*
1543          * Disable interrupts so we don't get interrupted between asking
1544          * for address translation, and getting the result back.
1545          */
1546         intr = intr_disable();
1547         par = arm64_address_translate_s1e1r(va);
1548         intr_restore(intr);
1549
1550         if (PAR_SUCCESS(par)) {
1551                 if (pa != NULL)
1552                         *pa = (par & PAR_PA_MASK) | (va & PAR_LOW_MASK);
1553                 return (true);
1554         }
1555
1556         /*
1557          * Fall back to walking the page table. The address translation
1558          * instruction may fail when the page is in a break-before-make
1559          * sequence. As we only clear the valid bit in said sequence we
1560          * can walk the page table to find the physical address.
1561          */
1562
1563         pte = pmap_l1(kernel_pmap, va);
1564         if (pte == NULL)
1565                 return (false);
1566
1567         /*
1568          * A concurrent pmap_update_entry() will clear the entry's valid bit
1569          * but leave the rest of the entry unchanged.  Therefore, we treat a
1570          * non-zero entry as being valid, and we ignore the valid bit when
1571          * determining whether the entry maps a block, page, or table.
1572          */
1573         tpte = pmap_load(pte);
1574         if (tpte == 0)
1575                 return (false);
1576         if ((tpte & ATTR_DESCR_TYPE_MASK) == ATTR_DESCR_TYPE_BLOCK) {
1577                 if (pa != NULL)
1578                         *pa = (tpte & ~ATTR_MASK) | (va & L1_OFFSET);
1579                 return (true);
1580         }
1581         pte = pmap_l1_to_l2(&tpte, va);
1582         tpte = pmap_load(pte);
1583         if (tpte == 0)
1584                 return (false);
1585         if ((tpte & ATTR_DESCR_TYPE_MASK) == ATTR_DESCR_TYPE_BLOCK) {
1586                 if (pa != NULL)
1587                         *pa = (tpte & ~ATTR_MASK) | (va & L2_OFFSET);
1588                 return (true);
1589         }
1590         pte = pmap_l2_to_l3(&tpte, va);
1591         tpte = pmap_load(pte);
1592         if (tpte == 0)
1593                 return (false);
1594         if (pa != NULL)
1595                 *pa = (tpte & ~ATTR_MASK) | (va & L3_OFFSET);
1596         return (true);
1597 }
1598
1599 vm_paddr_t
1600 pmap_kextract(vm_offset_t va)
1601 {
1602         vm_paddr_t pa;
1603
1604         if (va >= DMAP_MIN_ADDRESS && va < DMAP_MAX_ADDRESS)
1605                 return (DMAP_TO_PHYS(va));
1606
1607         if (pmap_klookup(va, &pa) == false)
1608                 return (0);
1609         return (pa);
1610 }
1611
1612 /***************************************************
1613  * Low level mapping routines.....
1614  ***************************************************/
1615
1616 void
1617 pmap_kenter(vm_offset_t sva, vm_size_t size, vm_paddr_t pa, int mode)
1618 {
1619         pd_entry_t *pde;
1620         pt_entry_t *pte, attr;
1621         vm_offset_t va;
1622         int lvl;
1623
1624         KASSERT((pa & L3_OFFSET) == 0,
1625            ("pmap_kenter: Invalid physical address"));
1626         KASSERT((sva & L3_OFFSET) == 0,
1627            ("pmap_kenter: Invalid virtual address"));
1628         KASSERT((size & PAGE_MASK) == 0,
1629             ("pmap_kenter: Mapping is not page-sized"));
1630
1631         attr = ATTR_DEFAULT | ATTR_S1_AP(ATTR_S1_AP_RW) | ATTR_S1_XN |
1632             ATTR_S1_IDX(mode) | L3_PAGE;
1633         va = sva;
1634         while (size != 0) {
1635                 pde = pmap_pde(kernel_pmap, va, &lvl);
1636                 KASSERT(pde != NULL,
1637                     ("pmap_kenter: Invalid page entry, va: 0x%lx", va));
1638                 KASSERT(lvl == 2, ("pmap_kenter: Invalid level %d", lvl));
1639
1640                 pte = pmap_l2_to_l3(pde, va);
1641                 pmap_load_store(pte, (pa & ~L3_OFFSET) | attr);
1642
1643                 va += PAGE_SIZE;
1644                 pa += PAGE_SIZE;
1645                 size -= PAGE_SIZE;
1646         }
1647         pmap_invalidate_range(kernel_pmap, sva, va, true);
1648 }
1649
1650 void
1651 pmap_kenter_device(vm_offset_t sva, vm_size_t size, vm_paddr_t pa)
1652 {
1653
1654         pmap_kenter(sva, size, pa, VM_MEMATTR_DEVICE);
1655 }
1656
1657 /*
1658  * Remove a page from the kernel pagetables.
1659  */
1660 PMAP_INLINE void
1661 pmap_kremove(vm_offset_t va)
1662 {
1663         pt_entry_t *pte;
1664         int lvl;
1665
1666         pte = pmap_pte(kernel_pmap, va, &lvl);
1667         KASSERT(pte != NULL, ("pmap_kremove: Invalid address"));
1668         KASSERT(lvl == 3, ("pmap_kremove: Invalid pte level %d", lvl));
1669
1670         pmap_clear(pte);
1671         pmap_invalidate_page(kernel_pmap, va, true);
1672 }
1673
1674 void
1675 pmap_kremove_device(vm_offset_t sva, vm_size_t size)
1676 {
1677         pt_entry_t *pte;
1678         vm_offset_t va;
1679         int lvl;
1680
1681         KASSERT((sva & L3_OFFSET) == 0,
1682            ("pmap_kremove_device: Invalid virtual address"));
1683         KASSERT((size & PAGE_MASK) == 0,
1684             ("pmap_kremove_device: Mapping is not page-sized"));
1685
1686         va = sva;
1687         while (size != 0) {
1688                 pte = pmap_pte(kernel_pmap, va, &lvl);
1689                 KASSERT(pte != NULL, ("Invalid page table, va: 0x%lx", va));
1690                 KASSERT(lvl == 3,
1691                     ("Invalid device pagetable level: %d != 3", lvl));
1692                 pmap_clear(pte);
1693
1694                 va += PAGE_SIZE;
1695                 size -= PAGE_SIZE;
1696         }
1697         pmap_invalidate_range(kernel_pmap, sva, va, true);
1698 }
1699
1700 /*
1701  *      Used to map a range of physical addresses into kernel
1702  *      virtual address space.
1703  *
1704  *      The value passed in '*virt' is a suggested virtual address for
1705  *      the mapping. Architectures which can support a direct-mapped
1706  *      physical to virtual region can return the appropriate address
1707  *      within that region, leaving '*virt' unchanged. Other
1708  *      architectures should map the pages starting at '*virt' and
1709  *      update '*virt' with the first usable address after the mapped
1710  *      region.
1711  */
1712 vm_offset_t
1713 pmap_map(vm_offset_t *virt, vm_paddr_t start, vm_paddr_t end, int prot)
1714 {
1715         return PHYS_TO_DMAP(start);
1716 }
1717
1718 /*
1719  * Add a list of wired pages to the kva
1720  * this routine is only used for temporary
1721  * kernel mappings that do not need to have
1722  * page modification or references recorded.
1723  * Note that old mappings are simply written
1724  * over.  The page *must* be wired.
1725  * Note: SMP coherent.  Uses a ranged shootdown IPI.
1726  */
1727 void
1728 pmap_qenter(vm_offset_t sva, vm_page_t *ma, int count)
1729 {
1730         pd_entry_t *pde;
1731         pt_entry_t *pte, pa;
1732         vm_offset_t va;
1733         vm_page_t m;
1734         int i, lvl;
1735
1736         va = sva;
1737         for (i = 0; i < count; i++) {
1738                 pde = pmap_pde(kernel_pmap, va, &lvl);
1739                 KASSERT(pde != NULL,
1740                     ("pmap_qenter: Invalid page entry, va: 0x%lx", va));
1741                 KASSERT(lvl == 2,
1742                     ("pmap_qenter: Invalid level %d", lvl));
1743
1744                 m = ma[i];
1745                 pa = VM_PAGE_TO_PHYS(m) | ATTR_DEFAULT |
1746                     ATTR_S1_AP(ATTR_S1_AP_RW) | ATTR_S1_XN |
1747                     ATTR_S1_IDX(m->md.pv_memattr) | L3_PAGE;
1748                 pte = pmap_l2_to_l3(pde, va);
1749                 pmap_load_store(pte, pa);
1750
1751                 va += L3_SIZE;
1752         }
1753         pmap_invalidate_range(kernel_pmap, sva, va, true);
1754 }
1755
1756 /*
1757  * This routine tears out page mappings from the
1758  * kernel -- it is meant only for temporary mappings.
1759  */
1760 void
1761 pmap_qremove(vm_offset_t sva, int count)
1762 {
1763         pt_entry_t *pte;
1764         vm_offset_t va;
1765         int lvl;
1766
1767         KASSERT(ADDR_IS_CANONICAL(sva),
1768             ("%s: Address not in canonical form: %lx", __func__, sva));
1769         KASSERT(ADDR_IS_KERNEL(sva), ("usermode va %lx", sva));
1770
1771         va = sva;
1772         while (count-- > 0) {
1773                 pte = pmap_pte(kernel_pmap, va, &lvl);
1774                 KASSERT(lvl == 3,
1775                     ("Invalid device pagetable level: %d != 3", lvl));
1776                 if (pte != NULL) {
1777                         pmap_clear(pte);
1778                 }
1779
1780                 va += PAGE_SIZE;
1781         }
1782         pmap_invalidate_range(kernel_pmap, sva, va, true);
1783 }
1784
1785 /***************************************************
1786  * Page table page management routines.....
1787  ***************************************************/
1788 /*
1789  * Schedule the specified unused page table page to be freed.  Specifically,
1790  * add the page to the specified list of pages that will be released to the
1791  * physical memory manager after the TLB has been updated.
1792  */
1793 static __inline void
1794 pmap_add_delayed_free_list(vm_page_t m, struct spglist *free,
1795     boolean_t set_PG_ZERO)
1796 {
1797
1798         if (set_PG_ZERO)
1799                 m->flags |= PG_ZERO;
1800         else
1801                 m->flags &= ~PG_ZERO;
1802         SLIST_INSERT_HEAD(free, m, plinks.s.ss);
1803 }
1804
1805 /*
1806  * Decrements a page table page's reference count, which is used to record the
1807  * number of valid page table entries within the page.  If the reference count
1808  * drops to zero, then the page table page is unmapped.  Returns TRUE if the
1809  * page table page was unmapped and FALSE otherwise.
1810  */
1811 static inline boolean_t
1812 pmap_unwire_l3(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m, struct spglist *free)
1813 {
1814
1815         --m->ref_count;
1816         if (m->ref_count == 0) {
1817                 _pmap_unwire_l3(pmap, va, m, free);
1818                 return (TRUE);
1819         } else
1820                 return (FALSE);
1821 }
1822
1823 static void
1824 _pmap_unwire_l3(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m, struct spglist *free)
1825 {
1826
1827         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
1828         /*
1829          * unmap the page table page
1830          */
1831         if (m->pindex >= (NUL2E + NUL1E)) {
1832                 /* l1 page */
1833                 pd_entry_t *l0;
1834
1835                 l0 = pmap_l0(pmap, va);
1836                 pmap_clear(l0);
1837         } else if (m->pindex >= NUL2E) {
1838                 /* l2 page */
1839                 pd_entry_t *l1;
1840
1841                 l1 = pmap_l1(pmap, va);
1842                 pmap_clear(l1);
1843         } else {
1844                 /* l3 page */
1845                 pd_entry_t *l2;
1846
1847                 l2 = pmap_l2(pmap, va);
1848                 pmap_clear(l2);
1849         }
1850         pmap_resident_count_dec(pmap, 1);
1851         if (m->pindex < NUL2E) {
1852                 /* We just released an l3, unhold the matching l2 */
1853                 pd_entry_t *l1, tl1;
1854                 vm_page_t l2pg;
1855
1856                 l1 = pmap_l1(pmap, va);
1857                 tl1 = pmap_load(l1);
1858                 l2pg = PHYS_TO_VM_PAGE(tl1 & ~ATTR_MASK);
1859                 pmap_unwire_l3(pmap, va, l2pg, free);
1860         } else if (m->pindex < (NUL2E + NUL1E)) {
1861                 /* We just released an l2, unhold the matching l1 */
1862                 pd_entry_t *l0, tl0;
1863                 vm_page_t l1pg;
1864
1865                 l0 = pmap_l0(pmap, va);
1866                 tl0 = pmap_load(l0);
1867                 l1pg = PHYS_TO_VM_PAGE(tl0 & ~ATTR_MASK);
1868                 pmap_unwire_l3(pmap, va, l1pg, free);
1869         }
1870         pmap_invalidate_page(pmap, va, false);
1871
1872         /*
1873          * Put page on a list so that it is released after
1874          * *ALL* TLB shootdown is done
1875          */
1876         pmap_add_delayed_free_list(m, free, TRUE);
1877 }
1878
1879 /*
1880  * After removing a page table entry, this routine is used to
1881  * conditionally free the page, and manage the reference count.
1882  */
1883 static int
1884 pmap_unuse_pt(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t ptepde,
1885     struct spglist *free)
1886 {
1887         vm_page_t mpte;
1888
1889         KASSERT(ADDR_IS_CANONICAL(va),
1890             ("%s: Address not in canonical form: %lx", __func__, va));
1891         if (ADDR_IS_KERNEL(va))
1892                 return (0);
1893         KASSERT(ptepde != 0, ("pmap_unuse_pt: ptepde != 0"));
1894         mpte = PHYS_TO_VM_PAGE(ptepde & ~ATTR_MASK);
1895         return (pmap_unwire_l3(pmap, va, mpte, free));
1896 }
1897
1898 /*
1899  * Release a page table page reference after a failed attempt to create a
1900  * mapping.
1901  */
1902 static void
1903 pmap_abort_ptp(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t mpte)
1904 {
1905         struct spglist free;
1906
1907         SLIST_INIT(&free);
1908         if (pmap_unwire_l3(pmap, va, mpte, &free))
1909                 vm_page_free_pages_toq(&free, true);
1910 }
1911
1912 void
1913 pmap_pinit0(pmap_t pmap)
1914 {
1915
1916         PMAP_LOCK_INIT(pmap);
1917         bzero(&pmap->pm_stats, sizeof(pmap->pm_stats));
1918         pmap->pm_l0_paddr = READ_SPECIALREG(ttbr0_el1);
1919         pmap->pm_l0 = (pd_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(pmap->pm_l0_paddr);
1920         vm_radix_init(&pmap->pm_root);
1921         pmap->pm_cookie = COOKIE_FROM(ASID_RESERVED_FOR_PID_0, INT_MIN);
1922         pmap->pm_stage = PM_STAGE1;
1923         pmap->pm_levels = 4;
1924         pmap->pm_ttbr = pmap->pm_l0_paddr;
1925         pmap->pm_asid_set = &asids;
1926
1927         PCPU_SET(curpmap, pmap);
1928 }
1929
1930 int
1931 pmap_pinit_stage(pmap_t pmap, enum pmap_stage stage, int levels)
1932 {
1933         vm_page_t m;
1934
1935         /*
1936          * allocate the l0 page
1937          */
1938         m = vm_page_alloc_noobj(VM_ALLOC_WAITOK | VM_ALLOC_WIRED |
1939             VM_ALLOC_ZERO);
1940         pmap->pm_l0_paddr = VM_PAGE_TO_PHYS(m);
1941         pmap->pm_l0 = (pd_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(pmap->pm_l0_paddr);
1942
1943         vm_radix_init(&pmap->pm_root);
1944         bzero(&pmap->pm_stats, sizeof(pmap->pm_stats));
1945         pmap->pm_cookie = COOKIE_FROM(-1, INT_MAX);
1946
1947         MPASS(levels == 3 || levels == 4);
1948         pmap->pm_levels = levels;
1949         pmap->pm_stage = stage;
1950         switch (stage) {
1951         case PM_STAGE1:
1952                 pmap->pm_asid_set = &asids;
1953                 break;
1954         case PM_STAGE2:
1955                 pmap->pm_asid_set = &vmids;
1956                 break;
1957         default:
1958                 panic("%s: Invalid pmap type %d", __func__, stage);
1959                 break;
1960         }
1961
1962         /* XXX Temporarily disable deferred ASID allocation. */
1963         pmap_alloc_asid(pmap);
1964
1965         /*
1966          * Allocate the level 1 entry to use as the root. This will increase
1967          * the refcount on the level 1 page so it won't be removed until
1968          * pmap_release() is called.
1969          */
1970         if (pmap->pm_levels == 3) {
1971                 PMAP_LOCK(pmap);
1972                 m = _pmap_alloc_l3(pmap, NUL2E + NUL1E, NULL);
1973                 PMAP_UNLOCK(pmap);
1974         }
1975         pmap->pm_ttbr = VM_PAGE_TO_PHYS(m);
1976
1977         return (1);
1978 }
1979
1980 int
1981 pmap_pinit(pmap_t pmap)
1982 {
1983
1984         return (pmap_pinit_stage(pmap, PM_STAGE1, 4));
1985 }
1986
1987 /*
1988  * This routine is called if the desired page table page does not exist.
1989  *
1990  * If page table page allocation fails, this routine may sleep before
1991  * returning NULL.  It sleeps only if a lock pointer was given.
1992  *
1993  * Note: If a page allocation fails at page table level two or three,
1994  * one or two pages may be held during the wait, only to be released
1995  * afterwards.  This conservative approach is easily argued to avoid
1996  * race conditions.
1997  */
1998 static vm_page_t
1999 _pmap_alloc_l3(pmap_t pmap, vm_pindex_t ptepindex, struct rwlock **lockp)
2000 {
2001         vm_page_t m, l1pg, l2pg;
2002
2003         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
2004
2005         /*
2006          * Allocate a page table page.
2007          */
2008         if ((m = vm_page_alloc_noobj(VM_ALLOC_WIRED | VM_ALLOC_ZERO)) == NULL) {
2009                 if (lockp != NULL) {
2010                         RELEASE_PV_LIST_LOCK(lockp);
2011                         PMAP_UNLOCK(pmap);
2012                         vm_wait(NULL);
2013                         PMAP_LOCK(pmap);
2014                 }
2015
2016                 /*
2017                  * Indicate the need to retry.  While waiting, the page table
2018                  * page may have been allocated.
2019                  */
2020                 return (NULL);
2021         }
2022         m->pindex = ptepindex;
2023
2024         /*
2025          * Because of AArch64's weak memory consistency model, we must have a
2026          * barrier here to ensure that the stores for zeroing "m", whether by
2027          * pmap_zero_page() or an earlier function, are visible before adding
2028          * "m" to the page table.  Otherwise, a page table walk by another
2029          * processor's MMU could see the mapping to "m" and a stale, non-zero
2030          * PTE within "m".
2031          */
2032         dmb(ishst);
2033
2034         /*
2035          * Map the pagetable page into the process address space, if
2036          * it isn't already there.
2037          */
2038
2039         if (ptepindex >= (NUL2E + NUL1E)) {
2040                 pd_entry_t *l0p, l0e;
2041                 vm_pindex_t l0index;
2042
2043                 l0index = ptepindex - (NUL2E + NUL1E);
2044                 l0p = &pmap->pm_l0[l0index];
2045                 KASSERT((pmap_load(l0p) & ATTR_DESCR_VALID) == 0,
2046                     ("%s: L0 entry %#lx is valid", __func__, pmap_load(l0p)));
2047                 l0e = VM_PAGE_TO_PHYS(m) | L0_TABLE;
2048
2049                 /*
2050                  * Mark all kernel memory as not accessible from userspace
2051                  * and userspace memory as not executable from the kernel.
2052                  * This has been done for the bootstrap L0 entries in
2053                  * locore.S.
2054                  */
2055                 if (pmap == kernel_pmap)
2056                         l0e |= TATTR_UXN_TABLE | TATTR_AP_TABLE_NO_EL0;
2057                 else
2058                         l0e |= TATTR_PXN_TABLE;
2059                 pmap_store(l0p, l0e);
2060         } else if (ptepindex >= NUL2E) {
2061                 vm_pindex_t l0index, l1index;
2062                 pd_entry_t *l0, *l1;
2063                 pd_entry_t tl0;
2064
2065                 l1index = ptepindex - NUL2E;
2066                 l0index = l1index >> Ln_ENTRIES_SHIFT;
2067
2068                 l0 = &pmap->pm_l0[l0index];
2069                 tl0 = pmap_load(l0);
2070                 if (tl0 == 0) {
2071                         /* recurse for allocating page dir */
2072                         if (_pmap_alloc_l3(pmap, NUL2E + NUL1E + l0index,
2073                             lockp) == NULL) {
2074                                 vm_page_unwire_noq(m);
2075                                 vm_page_free_zero(m);
2076                                 return (NULL);
2077                         }
2078                 } else {
2079                         l1pg = PHYS_TO_VM_PAGE(tl0 & ~ATTR_MASK);
2080                         l1pg->ref_count++;
2081                 }
2082
2083                 l1 = (pd_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(pmap_load(l0) & ~ATTR_MASK);
2084                 l1 = &l1[ptepindex & Ln_ADDR_MASK];
2085                 KASSERT((pmap_load(l1) & ATTR_DESCR_VALID) == 0,
2086                     ("%s: L1 entry %#lx is valid", __func__, pmap_load(l1)));
2087                 pmap_store(l1, VM_PAGE_TO_PHYS(m) | L1_TABLE);
2088         } else {
2089                 vm_pindex_t l0index, l1index;
2090                 pd_entry_t *l0, *l1, *l2;
2091                 pd_entry_t tl0, tl1;
2092
2093                 l1index = ptepindex >> Ln_ENTRIES_SHIFT;
2094                 l0index = l1index >> Ln_ENTRIES_SHIFT;
2095
2096                 l0 = &pmap->pm_l0[l0index];
2097                 tl0 = pmap_load(l0);
2098                 if (tl0 == 0) {
2099                         /* recurse for allocating page dir */
2100                         if (_pmap_alloc_l3(pmap, NUL2E + l1index,
2101                             lockp) == NULL) {
2102                                 vm_page_unwire_noq(m);
2103                                 vm_page_free_zero(m);
2104                                 return (NULL);
2105                         }
2106                         tl0 = pmap_load(l0);
2107                         l1 = (pd_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(tl0 & ~ATTR_MASK);
2108                         l1 = &l1[l1index & Ln_ADDR_MASK];
2109                 } else {
2110                         l1 = (pd_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(tl0 & ~ATTR_MASK);
2111                         l1 = &l1[l1index & Ln_ADDR_MASK];
2112                         tl1 = pmap_load(l1);
2113                         if (tl1 == 0) {
2114                                 /* recurse for allocating page dir */
2115                                 if (_pmap_alloc_l3(pmap, NUL2E + l1index,
2116                                     lockp) == NULL) {
2117                                         vm_page_unwire_noq(m);
2118                                         vm_page_free_zero(m);
2119                                         return (NULL);
2120                                 }
2121                         } else {
2122                                 l2pg = PHYS_TO_VM_PAGE(tl1 & ~ATTR_MASK);
2123                                 l2pg->ref_count++;
2124                         }
2125                 }
2126
2127                 l2 = (pd_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(pmap_load(l1) & ~ATTR_MASK);
2128                 l2 = &l2[ptepindex & Ln_ADDR_MASK];
2129                 KASSERT((pmap_load(l2) & ATTR_DESCR_VALID) == 0,
2130                     ("%s: L2 entry %#lx is valid", __func__, pmap_load(l2)));
2131                 pmap_store(l2, VM_PAGE_TO_PHYS(m) | L2_TABLE);
2132         }
2133
2134         pmap_resident_count_inc(pmap, 1);
2135
2136         return (m);
2137 }
2138
2139 static pd_entry_t *
2140 pmap_alloc_l2(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t *l2pgp,
2141     struct rwlock **lockp)
2142 {
2143         pd_entry_t *l1, *l2;
2144         vm_page_t l2pg;
2145         vm_pindex_t l2pindex;
2146
2147         KASSERT(ADDR_IS_CANONICAL(va),
2148             ("%s: Address not in canonical form: %lx", __func__, va));
2149
2150 retry:
2151         l1 = pmap_l1(pmap, va);
2152         if (l1 != NULL && (pmap_load(l1) & ATTR_DESCR_MASK) == L1_TABLE) {
2153                 l2 = pmap_l1_to_l2(l1, va);
2154                 if (!ADDR_IS_KERNEL(va)) {
2155                         /* Add a reference to the L2 page. */
2156                         l2pg = PHYS_TO_VM_PAGE(pmap_load(l1) & ~ATTR_MASK);
2157                         l2pg->ref_count++;
2158                 } else
2159                         l2pg = NULL;
2160         } else if (!ADDR_IS_KERNEL(va)) {
2161                 /* Allocate a L2 page. */
2162                 l2pindex = pmap_l2_pindex(va) >> Ln_ENTRIES_SHIFT;
2163                 l2pg = _pmap_alloc_l3(pmap, NUL2E + l2pindex, lockp);
2164                 if (l2pg == NULL) {
2165                         if (lockp != NULL)
2166                                 goto retry;
2167                         else
2168                                 return (NULL);
2169                 }
2170                 l2 = (pd_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(l2pg));
2171                 l2 = &l2[pmap_l2_index(va)];
2172         } else
2173                 panic("pmap_alloc_l2: missing page table page for va %#lx",
2174                     va);
2175         *l2pgp = l2pg;
2176         return (l2);
2177 }
2178
2179 static vm_page_t
2180 pmap_alloc_l3(pmap_t pmap, vm_offset_t va, struct rwlock **lockp)
2181 {
2182         vm_pindex_t ptepindex;
2183         pd_entry_t *pde, tpde;
2184 #ifdef INVARIANTS
2185         pt_entry_t *pte;
2186 #endif
2187         vm_page_t m;
2188         int lvl;
2189
2190         /*
2191          * Calculate pagetable page index
2192          */
2193         ptepindex = pmap_l2_pindex(va);
2194 retry:
2195         /*
2196          * Get the page directory entry
2197          */
2198         pde = pmap_pde(pmap, va, &lvl);
2199
2200         /*
2201          * If the page table page is mapped, we just increment the hold count,
2202          * and activate it. If we get a level 2 pde it will point to a level 3
2203          * table.
2204          */
2205         switch (lvl) {
2206         case -1:
2207                 break;
2208         case 0:
2209 #ifdef INVARIANTS
2210                 pte = pmap_l0_to_l1(pde, va);
2211                 KASSERT(pmap_load(pte) == 0,
2212                     ("pmap_alloc_l3: TODO: l0 superpages"));
2213 #endif
2214                 break;
2215         case 1:
2216 #ifdef INVARIANTS
2217                 pte = pmap_l1_to_l2(pde, va);
2218                 KASSERT(pmap_load(pte) == 0,
2219                     ("pmap_alloc_l3: TODO: l1 superpages"));
2220 #endif
2221                 break;
2222         case 2:
2223                 tpde = pmap_load(pde);
2224                 if (tpde != 0) {
2225                         m = PHYS_TO_VM_PAGE(tpde & ~ATTR_MASK);
2226                         m->ref_count++;
2227                         return (m);
2228                 }
2229                 break;
2230         default:
2231                 panic("pmap_alloc_l3: Invalid level %d", lvl);
2232         }
2233
2234         /*
2235          * Here if the pte page isn't mapped, or if it has been deallocated.
2236          */
2237         m = _pmap_alloc_l3(pmap, ptepindex, lockp);
2238         if (m == NULL && lockp != NULL)
2239                 goto retry;
2240
2241         return (m);
2242 }
2243
2244 /***************************************************
2245  * Pmap allocation/deallocation routines.
2246  ***************************************************/
2247
2248 /*
2249  * Release any resources held by the given physical map.
2250  * Called when a pmap initialized by pmap_pinit is being released.
2251  * Should only be called if the map contains no valid mappings.
2252  */
2253 void
2254 pmap_release(pmap_t pmap)
2255 {
2256         boolean_t rv;
2257         struct spglist free;
2258         struct asid_set *set;
2259         vm_page_t m;
2260         int asid;
2261
2262         if (pmap->pm_levels != 4) {
2263                 PMAP_ASSERT_STAGE2(pmap);
2264                 KASSERT(pmap->pm_stats.resident_count == 1,
2265                     ("pmap_release: pmap resident count %ld != 0",
2266                     pmap->pm_stats.resident_count));
2267                 KASSERT((pmap->pm_l0[0] & ATTR_DESCR_VALID) == ATTR_DESCR_VALID,
2268                     ("pmap_release: Invalid l0 entry: %lx", pmap->pm_l0[0]));
2269
2270                 SLIST_INIT(&free);
2271                 m = PHYS_TO_VM_PAGE(pmap->pm_ttbr);
2272                 PMAP_LOCK(pmap);
2273                 rv = pmap_unwire_l3(pmap, 0, m, &free);
2274                 PMAP_UNLOCK(pmap);
2275                 MPASS(rv == TRUE);
2276                 vm_page_free_pages_toq(&free, true);
2277         }
2278
2279         KASSERT(pmap->pm_stats.resident_count == 0,
2280             ("pmap_release: pmap resident count %ld != 0",
2281             pmap->pm_stats.resident_count));
2282         KASSERT(vm_radix_is_empty(&pmap->pm_root),
2283             ("pmap_release: pmap has reserved page table page(s)"));
2284
2285         set = pmap->pm_asid_set;
2286         KASSERT(set != NULL, ("%s: NULL asid set", __func__));
2287
2288         /*
2289          * Allow the ASID to be reused. In stage 2 VMIDs we don't invalidate
2290          * the entries when removing them so rely on a later tlb invalidation.
2291          * this will happen when updating the VMID generation. Because of this
2292          * we don't reuse VMIDs within a generation.
2293          */
2294         if (pmap->pm_stage == PM_STAGE1) {
2295                 mtx_lock_spin(&set->asid_set_mutex);
2296                 if (COOKIE_TO_EPOCH(pmap->pm_cookie) == set->asid_epoch) {
2297                         asid = COOKIE_TO_ASID(pmap->pm_cookie);
2298                         KASSERT(asid >= ASID_FIRST_AVAILABLE &&
2299                             asid < set->asid_set_size,
2300                             ("pmap_release: pmap cookie has out-of-range asid"));
2301                         bit_clear(set->asid_set, asid);
2302                 }
2303                 mtx_unlock_spin(&set->asid_set_mutex);
2304         }
2305
2306         m = PHYS_TO_VM_PAGE(pmap->pm_l0_paddr);
2307         vm_page_unwire_noq(m);
2308         vm_page_free_zero(m);
2309 }
2310
2311 static int
2312 kvm_size(SYSCTL_HANDLER_ARGS)
2313 {
2314         unsigned long ksize = VM_MAX_KERNEL_ADDRESS - VM_MIN_KERNEL_ADDRESS;
2315
2316         return sysctl_handle_long(oidp, &ksize, 0, req);
2317 }
2318 SYSCTL_PROC(_vm, OID_AUTO, kvm_size, CTLTYPE_LONG | CTLFLAG_RD | CTLFLAG_MPSAFE,
2319     0, 0, kvm_size, "LU",
2320     "Size of KVM");
2321
2322 static int
2323 kvm_free(SYSCTL_HANDLER_ARGS)
2324 {
2325         unsigned long kfree = VM_MAX_KERNEL_ADDRESS - kernel_vm_end;
2326
2327         return sysctl_handle_long(oidp, &kfree, 0, req);
2328 }
2329 SYSCTL_PROC(_vm, OID_AUTO, kvm_free, CTLTYPE_LONG | CTLFLAG_RD | CTLFLAG_MPSAFE,
2330     0, 0, kvm_free, "LU",
2331     "Amount of KVM free");
2332
2333 /*
2334  * grow the number of kernel page table entries, if needed
2335  */
2336 void
2337 pmap_growkernel(vm_offset_t addr)
2338 {
2339         vm_paddr_t paddr;
2340         vm_page_t nkpg;
2341         pd_entry_t *l0, *l1, *l2;
2342
2343         mtx_assert(&kernel_map->system_mtx, MA_OWNED);
2344
2345         addr = roundup2(addr, L2_SIZE);
2346         if (addr - 1 >= vm_map_max(kernel_map))
2347                 addr = vm_map_max(kernel_map);
2348         while (kernel_vm_end < addr) {
2349                 l0 = pmap_l0(kernel_pmap, kernel_vm_end);
2350                 KASSERT(pmap_load(l0) != 0,
2351                     ("pmap_growkernel: No level 0 kernel entry"));
2352
2353                 l1 = pmap_l0_to_l1(l0, kernel_vm_end);
2354                 if (pmap_load(l1) == 0) {
2355                         /* We need a new PDP entry */
2356                         nkpg = vm_page_alloc_noobj(VM_ALLOC_INTERRUPT |
2357                             VM_ALLOC_WIRED | VM_ALLOC_ZERO);
2358                         if (nkpg == NULL)
2359                                 panic("pmap_growkernel: no memory to grow kernel");
2360                         nkpg->pindex = kernel_vm_end >> L1_SHIFT;
2361                         /* See the dmb() in _pmap_alloc_l3(). */
2362                         dmb(ishst);
2363                         paddr = VM_PAGE_TO_PHYS(nkpg);
2364                         pmap_store(l1, paddr | L1_TABLE);
2365                         continue; /* try again */
2366                 }
2367                 l2 = pmap_l1_to_l2(l1, kernel_vm_end);
2368                 if (pmap_load(l2) != 0) {
2369                         kernel_vm_end = (kernel_vm_end + L2_SIZE) & ~L2_OFFSET;
2370                         if (kernel_vm_end - 1 >= vm_map_max(kernel_map)) {
2371                                 kernel_vm_end = vm_map_max(kernel_map);
2372                                 break;
2373                         }
2374                         continue;
2375                 }
2376
2377                 nkpg = vm_page_alloc_noobj(VM_ALLOC_INTERRUPT | VM_ALLOC_WIRED |
2378                     VM_ALLOC_ZERO);
2379                 if (nkpg == NULL)
2380                         panic("pmap_growkernel: no memory to grow kernel");
2381                 nkpg->pindex = kernel_vm_end >> L2_SHIFT;
2382                 /* See the dmb() in _pmap_alloc_l3(). */
2383                 dmb(ishst);
2384                 paddr = VM_PAGE_TO_PHYS(nkpg);
2385                 pmap_store(l2, paddr | L2_TABLE);
2386
2387                 kernel_vm_end = (kernel_vm_end + L2_SIZE) & ~L2_OFFSET;
2388                 if (kernel_vm_end - 1 >= vm_map_max(kernel_map)) {
2389                         kernel_vm_end = vm_map_max(kernel_map);
2390                         break;
2391                 }
2392         }
2393 }
2394
2395 /***************************************************
2396  * page management routines.
2397  ***************************************************/
2398
2399 CTASSERT(sizeof(struct pv_chunk) == PAGE_SIZE);
2400 CTASSERT(_NPCM == 3);
2401 CTASSERT(_NPCPV == 168);
2402
2403 static __inline struct pv_chunk *
2404 pv_to_chunk(pv_entry_t pv)
2405 {
2406
2407         return ((struct pv_chunk *)((uintptr_t)pv & ~(uintptr_t)PAGE_MASK));
2408 }
2409
2410 #define PV_PMAP(pv) (pv_to_chunk(pv)->pc_pmap)
2411
2412 #define PC_FREE0        0xfffffffffffffffful
2413 #define PC_FREE1        0xfffffffffffffffful
2414 #define PC_FREE2        0x000000fffffffffful
2415
2416 static const uint64_t pc_freemask[_NPCM] = { PC_FREE0, PC_FREE1, PC_FREE2 };
2417
2418 #ifdef PV_STATS
2419 static int pc_chunk_count, pc_chunk_allocs, pc_chunk_frees, pc_chunk_tryfail;
2420
2421 SYSCTL_INT(_vm_pmap, OID_AUTO, pc_chunk_count, CTLFLAG_RD, &pc_chunk_count, 0,
2422         "Current number of pv entry chunks");
2423 SYSCTL_INT(_vm_pmap, OID_AUTO, pc_chunk_allocs, CTLFLAG_RD, &pc_chunk_allocs, 0,
2424         "Current number of pv entry chunks allocated");
2425 SYSCTL_INT(_vm_pmap, OID_AUTO, pc_chunk_frees, CTLFLAG_RD, &pc_chunk_frees, 0,
2426         "Current number of pv entry chunks frees");
2427 SYSCTL_INT(_vm_pmap, OID_AUTO, pc_chunk_tryfail, CTLFLAG_RD, &pc_chunk_tryfail, 0,
2428         "Number of times tried to get a chunk page but failed.");
2429
2430 static long pv_entry_frees, pv_entry_allocs, pv_entry_count;
2431 static int pv_entry_spare;
2432
2433 SYSCTL_LONG(_vm_pmap, OID_AUTO, pv_entry_frees, CTLFLAG_RD, &pv_entry_frees, 0,
2434         "Current number of pv entry frees");
2435 SYSCTL_LONG(_vm_pmap, OID_AUTO, pv_entry_allocs, CTLFLAG_RD, &pv_entry_allocs, 0,
2436         "Current number of pv entry allocs");
2437 SYSCTL_LONG(_vm_pmap, OID_AUTO, pv_entry_count, CTLFLAG_RD, &pv_entry_count, 0,
2438         "Current number of pv entries");
2439 SYSCTL_INT(_vm_pmap, OID_AUTO, pv_entry_spare, CTLFLAG_RD, &pv_entry_spare, 0,
2440         "Current number of spare pv entries");
2441 #endif
2442
2443 /*
2444  * We are in a serious low memory condition.  Resort to
2445  * drastic measures to free some pages so we can allocate
2446  * another pv entry chunk.
2447  *
2448  * Returns NULL if PV entries were reclaimed from the specified pmap.
2449  *
2450  * We do not, however, unmap 2mpages because subsequent accesses will
2451  * allocate per-page pv entries until repromotion occurs, thereby
2452  * exacerbating the shortage of free pv entries.
2453  */
2454 static vm_page_t
2455 reclaim_pv_chunk(pmap_t locked_pmap, struct rwlock **lockp)
2456 {
2457         struct pv_chunk *pc, *pc_marker, *pc_marker_end;
2458         struct pv_chunk_header pc_marker_b, pc_marker_end_b;
2459         struct md_page *pvh;
2460         pd_entry_t *pde;
2461         pmap_t next_pmap, pmap;
2462         pt_entry_t *pte, tpte;
2463         pv_entry_t pv;
2464         vm_offset_t va;
2465         vm_page_t m, m_pc;
2466         struct spglist free;
2467         uint64_t inuse;
2468         int bit, field, freed, lvl;
2469         static int active_reclaims = 0;
2470
2471         PMAP_LOCK_ASSERT(locked_pmap, MA_OWNED);
2472         KASSERT(lockp != NULL, ("reclaim_pv_chunk: lockp is NULL"));
2473
2474         pmap = NULL;
2475         m_pc = NULL;
2476         SLIST_INIT(&free);
2477         bzero(&pc_marker_b, sizeof(pc_marker_b));
2478         bzero(&pc_marker_end_b, sizeof(pc_marker_end_b));
2479         pc_marker = (struct pv_chunk *)&pc_marker_b;
2480         pc_marker_end = (struct pv_chunk *)&pc_marker_end_b;
2481
2482         mtx_lock(&pv_chunks_mutex);
2483         active_reclaims++;
2484         TAILQ_INSERT_HEAD(&pv_chunks, pc_marker, pc_lru);
2485         TAILQ_INSERT_TAIL(&pv_chunks, pc_marker_end, pc_lru);
2486         while ((pc = TAILQ_NEXT(pc_marker, pc_lru)) != pc_marker_end &&
2487             SLIST_EMPTY(&free)) {
2488                 next_pmap = pc->pc_pmap;
2489                 if (next_pmap == NULL) {
2490                         /*
2491                          * The next chunk is a marker.  However, it is
2492                          * not our marker, so active_reclaims must be
2493                          * > 1.  Consequently, the next_chunk code
2494                          * will not rotate the pv_chunks list.
2495                          */
2496                         goto next_chunk;
2497                 }
2498                 mtx_unlock(&pv_chunks_mutex);
2499
2500                 /*
2501                  * A pv_chunk can only be removed from the pc_lru list
2502                  * when both pv_chunks_mutex is owned and the
2503                  * corresponding pmap is locked.
2504                  */
2505                 if (pmap != next_pmap) {
2506                         if (pmap != NULL && pmap != locked_pmap)
2507                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
2508                         pmap = next_pmap;
2509                         /* Avoid deadlock and lock recursion. */
2510                         if (pmap > locked_pmap) {
2511                                 RELEASE_PV_LIST_LOCK(lockp);
2512                                 PMAP_LOCK(pmap);
2513                                 mtx_lock(&pv_chunks_mutex);
2514                                 continue;
2515                         } else if (pmap != locked_pmap) {
2516                                 if (PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
2517                                         mtx_lock(&pv_chunks_mutex);
2518                                         continue;
2519                                 } else {
2520                                         pmap = NULL; /* pmap is not locked */
2521                                         mtx_lock(&pv_chunks_mutex);
2522                                         pc = TAILQ_NEXT(pc_marker, pc_lru);
2523                                         if (pc == NULL ||
2524                                             pc->pc_pmap != next_pmap)
2525                                                 continue;
2526                                         goto next_chunk;
2527                                 }
2528                         }
2529                 }
2530
2531                 /*
2532                  * Destroy every non-wired, 4 KB page mapping in the chunk.
2533                  */
2534                 freed = 0;
2535                 for (field = 0; field < _NPCM; field++) {
2536                         for (inuse = ~pc->pc_map[field] & pc_freemask[field];
2537                             inuse != 0; inuse &= ~(1UL << bit)) {
2538                                 bit = ffsl(inuse) - 1;
2539                                 pv = &pc->pc_pventry[field * 64 + bit];
2540                                 va = pv->pv_va;
2541                                 pde = pmap_pde(pmap, va, &lvl);
2542                                 if (lvl != 2)
2543                                         continue;
2544                                 pte = pmap_l2_to_l3(pde, va);
2545                                 tpte = pmap_load(pte);
2546                                 if ((tpte & ATTR_SW_WIRED) != 0)
2547                                         continue;
2548                                 tpte = pmap_load_clear(pte);
2549                                 m = PHYS_TO_VM_PAGE(tpte & ~ATTR_MASK);
2550                                 if (pmap_pte_dirty(pmap, tpte))
2551                                         vm_page_dirty(m);
2552                                 if ((tpte & ATTR_AF) != 0) {
2553                                         pmap_invalidate_page(pmap, va, true);
2554                                         vm_page_aflag_set(m, PGA_REFERENCED);
2555                                 }
2556                                 CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_VM_PAGE(lockp, m);
2557                                 TAILQ_REMOVE(&m->md.pv_list, pv, pv_next);
2558                                 m->md.pv_gen++;
2559                                 if (TAILQ_EMPTY(&m->md.pv_list) &&
2560                                     (m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0) {
2561                                         pvh = page_to_pvh(m);
2562                                         if (TAILQ_EMPTY(&pvh->pv_list)) {
2563                                                 vm_page_aflag_clear(m,
2564                                                     PGA_WRITEABLE);
2565                                         }
2566                                 }
2567                                 pc->pc_map[field] |= 1UL << bit;
2568                                 pmap_unuse_pt(pmap, va, pmap_load(pde), &free);
2569                                 freed++;
2570                         }
2571                 }
2572                 if (freed == 0) {
2573                         mtx_lock(&pv_chunks_mutex);
2574                         goto next_chunk;
2575                 }
2576                 /* Every freed mapping is for a 4 KB page. */
2577                 pmap_resident_count_dec(pmap, freed);
2578                 PV_STAT(atomic_add_long(&pv_entry_frees, freed));
2579                 PV_STAT(atomic_add_int(&pv_entry_spare, freed));
2580                 PV_STAT(atomic_subtract_long(&pv_entry_count, freed));
2581                 TAILQ_REMOVE(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
2582                 if (pc->pc_map[0] == PC_FREE0 && pc->pc_map[1] == PC_FREE1 &&
2583                     pc->pc_map[2] == PC_FREE2) {
2584                         PV_STAT(atomic_subtract_int(&pv_entry_spare, _NPCPV));
2585                         PV_STAT(atomic_subtract_int(&pc_chunk_count, 1));
2586                         PV_STAT(atomic_add_int(&pc_chunk_frees, 1));
2587                         /* Entire chunk is free; return it. */
2588                         m_pc = PHYS_TO_VM_PAGE(DMAP_TO_PHYS((vm_offset_t)pc));
2589                         dump_drop_page(m_pc->phys_addr);
2590                         mtx_lock(&pv_chunks_mutex);
2591                         TAILQ_REMOVE(&pv_chunks, pc, pc_lru);
2592                         break;
2593                 }
2594                 TAILQ_INSERT_HEAD(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
2595                 mtx_lock(&pv_chunks_mutex);
2596                 /* One freed pv entry in locked_pmap is sufficient. */
2597                 if (pmap == locked_pmap)
2598                         break;
2599
2600 next_chunk:
2601                 TAILQ_REMOVE(&pv_chunks, pc_marker, pc_lru);
2602                 TAILQ_INSERT_AFTER(&pv_chunks, pc, pc_marker, pc_lru);
2603                 if (active_reclaims == 1 && pmap != NULL) {
2604                         /*
2605                          * Rotate the pv chunks list so that we do not
2606                          * scan the same pv chunks that could not be
2607                          * freed (because they contained a wired
2608                          * and/or superpage mapping) on every
2609                          * invocation of reclaim_pv_chunk().
2610                          */
2611                         while ((pc = TAILQ_FIRST(&pv_chunks)) != pc_marker) {
2612                                 MPASS(pc->pc_pmap != NULL);
2613                                 TAILQ_REMOVE(&pv_chunks, pc, pc_lru);
2614                                 TAILQ_INSERT_TAIL(&pv_chunks, pc, pc_lru);
2615                         }
2616                 }
2617         }
2618         TAILQ_REMOVE(&pv_chunks, pc_marker, pc_lru);
2619         TAILQ_REMOVE(&pv_chunks, pc_marker_end, pc_lru);
2620         active_reclaims--;
2621         mtx_unlock(&pv_chunks_mutex);
2622         if (pmap != NULL && pmap != locked_pmap)
2623                 PMAP_UNLOCK(pmap);
2624         if (m_pc == NULL && !SLIST_EMPTY(&free)) {
2625                 m_pc = SLIST_FIRST(&free);
2626                 SLIST_REMOVE_HEAD(&free, plinks.s.ss);
2627                 /* Recycle a freed page table page. */
2628                 m_pc->ref_count = 1;
2629         }
2630         vm_page_free_pages_toq(&free, true);
2631         return (m_pc);
2632 }
2633
2634 /*
2635  * free the pv_entry back to the free list
2636  */
2637 static void
2638 free_pv_entry(pmap_t pmap, pv_entry_t pv)
2639 {
2640         struct pv_chunk *pc;
2641         int idx, field, bit;
2642
2643         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
2644         PV_STAT(atomic_add_long(&pv_entry_frees, 1));
2645         PV_STAT(atomic_add_int(&pv_entry_spare, 1));
2646         PV_STAT(atomic_subtract_long(&pv_entry_count, 1));
2647         pc = pv_to_chunk(pv);
2648         idx = pv - &pc->pc_pventry[0];
2649         field = idx / 64;
2650         bit = idx % 64;
2651         pc->pc_map[field] |= 1ul << bit;
2652         if (pc->pc_map[0] != PC_FREE0 || pc->pc_map[1] != PC_FREE1 ||
2653             pc->pc_map[2] != PC_FREE2) {
2654                 /* 98% of the time, pc is already at the head of the list. */
2655                 if (__predict_false(pc != TAILQ_FIRST(&pmap->pm_pvchunk))) {
2656                         TAILQ_REMOVE(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
2657                         TAILQ_INSERT_HEAD(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
2658                 }
2659                 return;
2660         }
2661         TAILQ_REMOVE(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
2662         free_pv_chunk(pc);
2663 }
2664
2665 static void
2666 free_pv_chunk(struct pv_chunk *pc)
2667 {
2668         vm_page_t m;
2669
2670         mtx_lock(&pv_chunks_mutex);
2671         TAILQ_REMOVE(&pv_chunks, pc, pc_lru);
2672         mtx_unlock(&pv_chunks_mutex);
2673         PV_STAT(atomic_subtract_int(&pv_entry_spare, _NPCPV));
2674         PV_STAT(atomic_subtract_int(&pc_chunk_count, 1));
2675         PV_STAT(atomic_add_int(&pc_chunk_frees, 1));
2676         /* entire chunk is free, return it */
2677         m = PHYS_TO_VM_PAGE(DMAP_TO_PHYS((vm_offset_t)pc));
2678         dump_drop_page(m->phys_addr);
2679         vm_page_unwire_noq(m);
2680         vm_page_free(m);
2681 }
2682
2683 /*
2684  * Returns a new PV entry, allocating a new PV chunk from the system when
2685  * needed.  If this PV chunk allocation fails and a PV list lock pointer was
2686  * given, a PV chunk is reclaimed from an arbitrary pmap.  Otherwise, NULL is
2687  * returned.
2688  *
2689  * The given PV list lock may be released.
2690  */
2691 static pv_entry_t
2692 get_pv_entry(pmap_t pmap, struct rwlock **lockp)
2693 {
2694         int bit, field;
2695         pv_entry_t pv;
2696         struct pv_chunk *pc;
2697         vm_page_t m;
2698
2699         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
2700         PV_STAT(atomic_add_long(&pv_entry_allocs, 1));
2701 retry:
2702         pc = TAILQ_FIRST(&pmap->pm_pvchunk);
2703         if (pc != NULL) {
2704                 for (field = 0; field < _NPCM; field++) {
2705                         if (pc->pc_map[field]) {
2706                                 bit = ffsl(pc->pc_map[field]) - 1;
2707                                 break;
2708                         }
2709                 }
2710                 if (field < _NPCM) {
2711                         pv = &pc->pc_pventry[field * 64 + bit];
2712                         pc->pc_map[field] &= ~(1ul << bit);
2713                         /* If this was the last item, move it to tail */
2714                         if (pc->pc_map[0] == 0 && pc->pc_map[1] == 0 &&
2715                             pc->pc_map[2] == 0) {
2716                                 TAILQ_REMOVE(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
2717                                 TAILQ_INSERT_TAIL(&pmap->pm_pvchunk, pc,
2718                                     pc_list);
2719                         }
2720                         PV_STAT(atomic_add_long(&pv_entry_count, 1));
2721                         PV_STAT(atomic_subtract_int(&pv_entry_spare, 1));
2722                         return (pv);
2723                 }
2724         }
2725         /* No free items, allocate another chunk */
2726         m = vm_page_alloc_noobj(VM_ALLOC_WIRED);
2727         if (m == NULL) {
2728                 if (lockp == NULL) {
2729                         PV_STAT(pc_chunk_tryfail++);
2730                         return (NULL);
2731                 }
2732                 m = reclaim_pv_chunk(pmap, lockp);
2733                 if (m == NULL)
2734                         goto retry;
2735         }
2736         PV_STAT(atomic_add_int(&pc_chunk_count, 1));
2737         PV_STAT(atomic_add_int(&pc_chunk_allocs, 1));
2738         dump_add_page(m->phys_addr);
2739         pc = (void *)PHYS_TO_DMAP(m->phys_addr);
2740         pc->pc_pmap = pmap;
2741         pc->pc_map[0] = PC_FREE0 & ~1ul;        /* preallocated bit 0 */
2742         pc->pc_map[1] = PC_FREE1;
2743         pc->pc_map[2] = PC_FREE2;
2744         mtx_lock(&pv_chunks_mutex);
2745         TAILQ_INSERT_TAIL(&pv_chunks, pc, pc_lru);
2746         mtx_unlock(&pv_chunks_mutex);
2747         pv = &pc->pc_pventry[0];
2748         TAILQ_INSERT_HEAD(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
2749         PV_STAT(atomic_add_long(&pv_entry_count, 1));
2750         PV_STAT(atomic_add_int(&pv_entry_spare, _NPCPV - 1));
2751         return (pv);
2752 }
2753
2754 /*
2755  * Ensure that the number of spare PV entries in the specified pmap meets or
2756  * exceeds the given count, "needed".
2757  *
2758  * The given PV list lock may be released.
2759  */
2760 static void
2761 reserve_pv_entries(pmap_t pmap, int needed, struct rwlock **lockp)
2762 {
2763         struct pch new_tail;
2764         struct pv_chunk *pc;
2765         vm_page_t m;
2766         int avail, free;
2767         bool reclaimed;
2768
2769         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
2770         KASSERT(lockp != NULL, ("reserve_pv_entries: lockp is NULL"));
2771
2772         /*
2773          * Newly allocated PV chunks must be stored in a private list until
2774          * the required number of PV chunks have been allocated.  Otherwise,
2775          * reclaim_pv_chunk() could recycle one of these chunks.  In
2776          * contrast, these chunks must be added to the pmap upon allocation.
2777          */
2778         TAILQ_INIT(&new_tail);
2779 retry:
2780         avail = 0;
2781         TAILQ_FOREACH(pc, &pmap->pm_pvchunk, pc_list) {
2782                 bit_count((bitstr_t *)pc->pc_map, 0,
2783                     sizeof(pc->pc_map) * NBBY, &free);
2784                 if (free == 0)
2785                         break;
2786                 avail += free;
2787                 if (avail >= needed)
2788                         break;
2789         }
2790         for (reclaimed = false; avail < needed; avail += _NPCPV) {
2791                 m = vm_page_alloc_noobj(VM_ALLOC_WIRED);
2792                 if (m == NULL) {
2793                         m = reclaim_pv_chunk(pmap, lockp);
2794                         if (m == NULL)
2795                                 goto retry;
2796                         reclaimed = true;
2797                 }
2798                 PV_STAT(atomic_add_int(&pc_chunk_count, 1));
2799                 PV_STAT(atomic_add_int(&pc_chunk_allocs, 1));
2800                 dump_add_page(m->phys_addr);
2801                 pc = (void *)PHYS_TO_DMAP(m->phys_addr);
2802                 pc->pc_pmap = pmap;
2803                 pc->pc_map[0] = PC_FREE0;
2804                 pc->pc_map[1] = PC_FREE1;
2805                 pc->pc_map[2] = PC_FREE2;
2806                 TAILQ_INSERT_HEAD(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
2807                 TAILQ_INSERT_TAIL(&new_tail, pc, pc_lru);
2808                 PV_STAT(atomic_add_int(&pv_entry_spare, _NPCPV));
2809
2810                 /*
2811                  * The reclaim might have freed a chunk from the current pmap.
2812                  * If that chunk contained available entries, we need to
2813                  * re-count the number of available entries.
2814                  */
2815                 if (reclaimed)
2816                         goto retry;
2817         }
2818         if (!TAILQ_EMPTY(&new_tail)) {
2819                 mtx_lock(&pv_chunks_mutex);
2820                 TAILQ_CONCAT(&pv_chunks, &new_tail, pc_lru);
2821                 mtx_unlock(&pv_chunks_mutex);
2822         }
2823 }
2824
2825 /*
2826  * First find and then remove the pv entry for the specified pmap and virtual
2827  * address from the specified pv list.  Returns the pv entry if found and NULL
2828  * otherwise.  This operation can be performed on pv lists for either 4KB or
2829  * 2MB page mappings.
2830  */
2831 static __inline pv_entry_t
2832 pmap_pvh_remove(struct md_page *pvh, pmap_t pmap, vm_offset_t va)
2833 {
2834         pv_entry_t pv;
2835
2836         TAILQ_FOREACH(pv, &pvh->pv_list, pv_next) {
2837                 if (pmap == PV_PMAP(pv) && va == pv->pv_va) {
2838                         TAILQ_REMOVE(&pvh->pv_list, pv, pv_next);
2839                         pvh->pv_gen++;
2840                         break;
2841                 }
2842         }
2843         return (pv);
2844 }
2845
2846 /*
2847  * After demotion from a 2MB page mapping to 512 4KB page mappings,
2848  * destroy the pv entry for the 2MB page mapping and reinstantiate the pv
2849  * entries for each of the 4KB page mappings.
2850  */
2851 static void
2852 pmap_pv_demote_l2(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_paddr_t pa,
2853     struct rwlock **lockp)
2854 {
2855         struct md_page *pvh;
2856         struct pv_chunk *pc;
2857         pv_entry_t pv;
2858         vm_offset_t va_last;
2859         vm_page_t m;
2860         int bit, field;
2861
2862         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
2863         KASSERT((va & L2_OFFSET) == 0,
2864             ("pmap_pv_demote_l2: va is not 2mpage aligned"));
2865         KASSERT((pa & L2_OFFSET) == 0,
2866             ("pmap_pv_demote_l2: pa is not 2mpage aligned"));
2867         CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_PHYS(lockp, pa);
2868
2869         /*
2870          * Transfer the 2mpage's pv entry for this mapping to the first
2871          * page's pv list.  Once this transfer begins, the pv list lock
2872          * must not be released until the last pv entry is reinstantiated.
2873          */
2874         pvh = pa_to_pvh(pa);
2875         pv = pmap_pvh_remove(pvh, pmap, va);
2876         KASSERT(pv != NULL, ("pmap_pv_demote_l2: pv not found"));
2877         m = PHYS_TO_VM_PAGE(pa);
2878         TAILQ_INSERT_TAIL(&m->md.pv_list, pv, pv_next);
2879         m->md.pv_gen++;
2880         /* Instantiate the remaining Ln_ENTRIES - 1 pv entries. */
2881         PV_STAT(atomic_add_long(&pv_entry_allocs, Ln_ENTRIES - 1));
2882         va_last = va + L2_SIZE - PAGE_SIZE;
2883         for (;;) {
2884                 pc = TAILQ_FIRST(&pmap->pm_pvchunk);
2885                 KASSERT(pc->pc_map[0] != 0 || pc->pc_map[1] != 0 ||
2886                     pc->pc_map[2] != 0, ("pmap_pv_demote_l2: missing spare"));
2887                 for (field = 0; field < _NPCM; field++) {
2888                         while (pc->pc_map[field]) {
2889                                 bit = ffsl(pc->pc_map[field]) - 1;
2890                                 pc->pc_map[field] &= ~(1ul << bit);
2891                                 pv = &pc->pc_pventry[field * 64 + bit];
2892                                 va += PAGE_SIZE;
2893                                 pv->pv_va = va;
2894                                 m++;
2895                                 KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
2896                             ("pmap_pv_demote_l2: page %p is not managed", m));
2897                                 TAILQ_INSERT_TAIL(&m->md.pv_list, pv, pv_next);
2898                                 m->md.pv_gen++;
2899                                 if (va == va_last)
2900                                         goto out;
2901                         }
2902                 }
2903                 TAILQ_REMOVE(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
2904                 TAILQ_INSERT_TAIL(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
2905         }
2906 out:
2907         if (pc->pc_map[0] == 0 && pc->pc_map[1] == 0 && pc->pc_map[2] == 0) {
2908                 TAILQ_REMOVE(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
2909                 TAILQ_INSERT_TAIL(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
2910         }
2911         PV_STAT(atomic_add_long(&pv_entry_count, Ln_ENTRIES - 1));
2912         PV_STAT(atomic_subtract_int(&pv_entry_spare, Ln_ENTRIES - 1));
2913 }
2914
2915 /*
2916  * First find and then destroy the pv entry for the specified pmap and virtual
2917  * address.  This operation can be performed on pv lists for either 4KB or 2MB
2918  * page mappings.
2919  */
2920 static void
2921 pmap_pvh_free(struct md_page *pvh, pmap_t pmap, vm_offset_t va)
2922 {
2923         pv_entry_t pv;
2924
2925         pv = pmap_pvh_remove(pvh, pmap, va);
2926         KASSERT(pv != NULL, ("pmap_pvh_free: pv not found"));
2927         free_pv_entry(pmap, pv);
2928 }
2929
2930 /*
2931  * Conditionally create the PV entry for a 4KB page mapping if the required
2932  * memory can be allocated without resorting to reclamation.
2933  */
2934 static boolean_t
2935 pmap_try_insert_pv_entry(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m,
2936     struct rwlock **lockp)
2937 {
2938         pv_entry_t pv;
2939
2940         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
2941         /* Pass NULL instead of the lock pointer to disable reclamation. */
2942         if ((pv = get_pv_entry(pmap, NULL)) != NULL) {
2943                 pv->pv_va = va;
2944                 CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_VM_PAGE(lockp, m);
2945                 TAILQ_INSERT_TAIL(&m->md.pv_list, pv, pv_next);
2946                 m->md.pv_gen++;
2947                 return (TRUE);
2948         } else
2949                 return (FALSE);
2950 }
2951
2952 /*
2953  * Create the PV entry for a 2MB page mapping.  Always returns true unless the
2954  * flag PMAP_ENTER_NORECLAIM is specified.  If that flag is specified, returns
2955  * false if the PV entry cannot be allocated without resorting to reclamation.
2956  */
2957 static bool
2958 pmap_pv_insert_l2(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t l2e, u_int flags,
2959     struct rwlock **lockp)
2960 {
2961         struct md_page *pvh;
2962         pv_entry_t pv;
2963         vm_paddr_t pa;
2964
2965         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
2966         /* Pass NULL instead of the lock pointer to disable reclamation. */
2967         if ((pv = get_pv_entry(pmap, (flags & PMAP_ENTER_NORECLAIM) != 0 ?
2968             NULL : lockp)) == NULL)
2969                 return (false);
2970         pv->pv_va = va;
2971         pa = l2e & ~ATTR_MASK;
2972         CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_PHYS(lockp, pa);
2973         pvh = pa_to_pvh(pa);
2974         TAILQ_INSERT_TAIL(&pvh->pv_list, pv, pv_next);
2975         pvh->pv_gen++;
2976         return (true);
2977 }
2978
2979 static void
2980 pmap_remove_kernel_l2(pmap_t pmap, pt_entry_t *l2, vm_offset_t va)
2981 {
2982         pt_entry_t newl2, oldl2;
2983         vm_page_t ml3;
2984         vm_paddr_t ml3pa;
2985
2986         KASSERT(!VIRT_IN_DMAP(va), ("removing direct mapping of %#lx", va));
2987         KASSERT(pmap == kernel_pmap, ("pmap %p is not kernel_pmap", pmap));
2988         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
2989
2990         ml3 = pmap_remove_pt_page(pmap, va);
2991         if (ml3 == NULL)
2992                 panic("pmap_remove_kernel_l2: Missing pt page");
2993
2994         ml3pa = VM_PAGE_TO_PHYS(ml3);
2995         newl2 = ml3pa | L2_TABLE;
2996
2997         /*
2998          * If this page table page was unmapped by a promotion, then it
2999          * contains valid mappings.  Zero it to invalidate those mappings.
3000          */
3001         if (ml3->valid != 0)
3002                 pagezero((void *)PHYS_TO_DMAP(ml3pa));
3003
3004         /*
3005          * Demote the mapping.  The caller must have already invalidated the
3006          * mapping (i.e., the "break" in break-before-make).
3007          */
3008         oldl2 = pmap_load_store(l2, newl2);
3009         KASSERT(oldl2 == 0, ("%s: found existing mapping at %p: %#lx",
3010             __func__, l2, oldl2));
3011 }
3012
3013 /*
3014  * pmap_remove_l2: Do the things to unmap a level 2 superpage.
3015  */
3016 static int
3017 pmap_remove_l2(pmap_t pmap, pt_entry_t *l2, vm_offset_t sva,
3018     pd_entry_t l1e, struct spglist *free, struct rwlock **lockp)
3019 {
3020         struct md_page *pvh;
3021         pt_entry_t old_l2;
3022         vm_page_t m, ml3, mt;
3023
3024         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
3025         KASSERT((sva & L2_OFFSET) == 0, ("pmap_remove_l2: sva is not aligned"));
3026         old_l2 = pmap_load_clear(l2);
3027         KASSERT((old_l2 & ATTR_DESCR_MASK) == L2_BLOCK,
3028             ("pmap_remove_l2: L2e %lx is not a block mapping", old_l2));
3029
3030         /*
3031          * Since a promotion must break the 4KB page mappings before making
3032          * the 2MB page mapping, a pmap_invalidate_page() suffices.
3033          */
3034         pmap_invalidate_page(pmap, sva, true);
3035
3036         if (old_l2 & ATTR_SW_WIRED)
3037                 pmap->pm_stats.wired_count -= L2_SIZE / PAGE_SIZE;
3038         pmap_resident_count_dec(pmap, L2_SIZE / PAGE_SIZE);
3039         if (old_l2 & ATTR_SW_MANAGED) {
3040                 m = PHYS_TO_VM_PAGE(old_l2 & ~ATTR_MASK);
3041                 pvh = page_to_pvh(m);
3042                 CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_PHYS(lockp, old_l2 & ~ATTR_MASK);
3043                 pmap_pvh_free(pvh, pmap, sva);
3044                 for (mt = m; mt < &m[L2_SIZE / PAGE_SIZE]; mt++) {
3045                         if (pmap_pte_dirty(pmap, old_l2))
3046                                 vm_page_dirty(mt);
3047                         if (old_l2 & ATTR_AF)
3048                                 vm_page_aflag_set(mt, PGA_REFERENCED);
3049                         if (TAILQ_EMPTY(&mt->md.pv_list) &&
3050                             TAILQ_EMPTY(&pvh->pv_list))
3051                                 vm_page_aflag_clear(mt, PGA_WRITEABLE);
3052                 }
3053         }
3054         if (pmap == kernel_pmap) {
3055                 pmap_remove_kernel_l2(pmap, l2, sva);
3056         } else {
3057                 ml3 = pmap_remove_pt_page(pmap, sva);
3058                 if (ml3 != NULL) {
3059                         KASSERT(ml3->valid == VM_PAGE_BITS_ALL,
3060                             ("pmap_remove_l2: l3 page not promoted"));
3061                         pmap_resident_count_dec(pmap, 1);
3062                         KASSERT(ml3->ref_count == NL3PG,
3063                             ("pmap_remove_l2: l3 page ref count error"));
3064                         ml3->ref_count = 0;
3065                         pmap_add_delayed_free_list(ml3, free, FALSE);
3066                 }
3067         }
3068         return (pmap_unuse_pt(pmap, sva, l1e, free));
3069 }
3070
3071 /*
3072  * pmap_remove_l3: do the things to unmap a page in a process
3073  */
3074 static int
3075 pmap_remove_l3(pmap_t pmap, pt_entry_t *l3, vm_offset_t va,
3076     pd_entry_t l2e, struct spglist *free, struct rwlock **lockp)
3077 {
3078         struct md_page *pvh;
3079         pt_entry_t old_l3;
3080         vm_page_t m;
3081
3082         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
3083         old_l3 = pmap_load_clear(l3);
3084         pmap_invalidate_page(pmap, va, true);
3085         if (old_l3 & ATTR_SW_WIRED)
3086                 pmap->pm_stats.wired_count -= 1;
3087         pmap_resident_count_dec(pmap, 1);
3088         if (old_l3 & ATTR_SW_MANAGED) {
3089                 m = PHYS_TO_VM_PAGE(old_l3 & ~ATTR_MASK);
3090                 if (pmap_pte_dirty(pmap, old_l3))
3091                         vm_page_dirty(m);
3092                 if (old_l3 & ATTR_AF)
3093                         vm_page_aflag_set(m, PGA_REFERENCED);
3094                 CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_VM_PAGE(lockp, m);
3095                 pmap_pvh_free(&m->md, pmap, va);
3096                 if (TAILQ_EMPTY(&m->md.pv_list) &&
3097                     (m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0) {
3098                         pvh = page_to_pvh(m);
3099                         if (TAILQ_EMPTY(&pvh->pv_list))
3100                                 vm_page_aflag_clear(m, PGA_WRITEABLE);
3101                 }
3102         }
3103         return (pmap_unuse_pt(pmap, va, l2e, free));
3104 }
3105
3106 /*
3107  * Remove the specified range of addresses from the L3 page table that is
3108  * identified by the given L2 entry.
3109  */
3110 static void
3111 pmap_remove_l3_range(pmap_t pmap, pd_entry_t l2e, vm_offset_t sva,
3112     vm_offset_t eva, struct spglist *free, struct rwlock **lockp)
3113 {
3114         struct md_page *pvh;
3115         struct rwlock *new_lock;
3116         pt_entry_t *l3, old_l3;
3117         vm_offset_t va;
3118         vm_page_t l3pg, m;
3119
3120         KASSERT(ADDR_IS_CANONICAL(sva),
3121             ("%s: Start address not in canonical form: %lx", __func__, sva));
3122         KASSERT(ADDR_IS_CANONICAL(eva) || eva == VM_MAX_USER_ADDRESS,
3123             ("%s: End address not in canonical form: %lx", __func__, eva));
3124
3125         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
3126         KASSERT(rounddown2(sva, L2_SIZE) + L2_SIZE == roundup2(eva, L2_SIZE),
3127             ("pmap_remove_l3_range: range crosses an L3 page table boundary"));
3128         l3pg = !ADDR_IS_KERNEL(sva) ? PHYS_TO_VM_PAGE(l2e & ~ATTR_MASK) : NULL;
3129         va = eva;
3130         for (l3 = pmap_l2_to_l3(&l2e, sva); sva != eva; l3++, sva += L3_SIZE) {
3131                 if (!pmap_l3_valid(pmap_load(l3))) {
3132                         if (va != eva) {
3133                                 pmap_invalidate_range(pmap, va, sva, true);
3134                                 va = eva;
3135                         }
3136                         continue;
3137                 }
3138                 old_l3 = pmap_load_clear(l3);
3139                 if ((old_l3 & ATTR_SW_WIRED) != 0)
3140                         pmap->pm_stats.wired_count--;
3141                 pmap_resident_count_dec(pmap, 1);
3142                 if ((old_l3 & ATTR_SW_MANAGED) != 0) {
3143                         m = PHYS_TO_VM_PAGE(old_l3 & ~ATTR_MASK);
3144                         if (pmap_pte_dirty(pmap, old_l3))
3145                                 vm_page_dirty(m);
3146                         if ((old_l3 & ATTR_AF) != 0)
3147                                 vm_page_aflag_set(m, PGA_REFERENCED);
3148                         new_lock = PHYS_TO_PV_LIST_LOCK(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
3149                         if (new_lock != *lockp) {
3150                                 if (*lockp != NULL) {
3151                                         /*
3152                                          * Pending TLB invalidations must be
3153                                          * performed before the PV list lock is
3154                                          * released.  Otherwise, a concurrent
3155                                          * pmap_remove_all() on a physical page
3156                                          * could return while a stale TLB entry
3157                                          * still provides access to that page. 
3158                                          */
3159                                         if (va != eva) {
3160                                                 pmap_invalidate_range(pmap, va,
3161                                                     sva, true);
3162                                                 va = eva;
3163                                         }
3164                                         rw_wunlock(*lockp);
3165                                 }
3166                                 *lockp = new_lock;
3167                                 rw_wlock(*lockp);
3168                         }
3169                         pmap_pvh_free(&m->md, pmap, sva);
3170                         if (TAILQ_EMPTY(&m->md.pv_list) &&
3171                             (m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0) {
3172                                 pvh = page_to_pvh(m);
3173                                 if (TAILQ_EMPTY(&pvh->pv_list))
3174                                         vm_page_aflag_clear(m, PGA_WRITEABLE);
3175                         }
3176                 }
3177                 if (l3pg != NULL && pmap_unwire_l3(pmap, sva, l3pg, free)) {
3178                         /*
3179                          * _pmap_unwire_l3() has already invalidated the TLB
3180                          * entries at all levels for "sva".  So, we need not
3181                          * perform "sva += L3_SIZE;" here.  Moreover, we need
3182                          * not perform "va = sva;" if "sva" is at the start
3183                          * of a new valid range consisting of a single page.
3184                          */
3185                         break;
3186                 }
3187                 if (va == eva)
3188                         va = sva;
3189         }
3190         if (va != eva)
3191                 pmap_invalidate_range(pmap, va, sva, true);
3192 }
3193
3194 /*
3195  *      Remove the given range of addresses from the specified map.
3196  *
3197  *      It is assumed that the start and end are properly
3198  *      rounded to the page size.
3199  */
3200 void
3201 pmap_remove(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
3202 {
3203         struct rwlock *lock;
3204         vm_offset_t va_next;
3205         pd_entry_t *l0, *l1, *l2;
3206         pt_entry_t l3_paddr;
3207         struct spglist free;
3208
3209         /*
3210          * Perform an unsynchronized read.  This is, however, safe.
3211          */
3212         if (pmap->pm_stats.resident_count == 0)
3213                 return;
3214
3215         SLIST_INIT(&free);
3216
3217         PMAP_LOCK(pmap);
3218
3219         lock = NULL;
3220         for (; sva < eva; sva = va_next) {
3221                 if (pmap->pm_stats.resident_count == 0)
3222                         break;
3223
3224                 l0 = pmap_l0(pmap, sva);
3225                 if (pmap_load(l0) == 0) {
3226                         va_next = (sva + L0_SIZE) & ~L0_OFFSET;
3227                         if (va_next < sva)
3228                                 va_next = eva;
3229                         continue;
3230                 }
3231
3232                 va_next = (sva + L1_SIZE) & ~L1_OFFSET;
3233                 if (va_next < sva)
3234                         va_next = eva;
3235                 l1 = pmap_l0_to_l1(l0, sva);
3236                 if (pmap_load(l1) == 0)
3237                         continue;
3238                 if ((pmap_load(l1) & ATTR_DESCR_MASK) == L1_BLOCK) {
3239                         KASSERT(va_next <= eva,
3240                             ("partial update of non-transparent 1G page "
3241                             "l1 %#lx sva %#lx eva %#lx va_next %#lx",
3242                             pmap_load(l1), sva, eva, va_next));
3243                         MPASS(pmap != kernel_pmap);
3244                         MPASS((pmap_load(l1) & ATTR_SW_MANAGED) == 0);
3245                         pmap_clear(l1);
3246                         pmap_invalidate_page(pmap, sva, true);
3247                         pmap_resident_count_dec(pmap, L1_SIZE / PAGE_SIZE);
3248                         pmap_unuse_pt(pmap, sva, pmap_load(l0), &free);
3249                         continue;
3250                 }
3251
3252                 /*
3253                  * Calculate index for next page table.
3254                  */
3255                 va_next = (sva + L2_SIZE) & ~L2_OFFSET;
3256                 if (va_next < sva)
3257                         va_next = eva;
3258
3259                 l2 = pmap_l1_to_l2(l1, sva);
3260                 if (l2 == NULL)
3261                         continue;
3262
3263                 l3_paddr = pmap_load(l2);
3264
3265                 if ((l3_paddr & ATTR_DESCR_MASK) == L2_BLOCK) {
3266                         if (sva + L2_SIZE == va_next && eva >= va_next) {
3267                                 pmap_remove_l2(pmap, l2, sva, pmap_load(l1),
3268                                     &free, &lock);
3269                                 continue;
3270                         } else if (pmap_demote_l2_locked(pmap, l2, sva,
3271                             &lock) == NULL)
3272                                 continue;
3273                         l3_paddr = pmap_load(l2);
3274                 }
3275
3276                 /*
3277                  * Weed out invalid mappings.
3278                  */
3279                 if ((l3_paddr & ATTR_DESCR_MASK) != L2_TABLE)
3280                         continue;
3281
3282                 /*
3283                  * Limit our scan to either the end of the va represented
3284                  * by the current page table page, or to the end of the
3285                  * range being removed.
3286                  */
3287                 if (va_next > eva)
3288                         va_next = eva;
3289
3290                 pmap_remove_l3_range(pmap, l3_paddr, sva, va_next, &free,
3291                     &lock);
3292         }
3293         if (lock != NULL)
3294                 rw_wunlock(lock);
3295         PMAP_UNLOCK(pmap);
3296         vm_page_free_pages_toq(&free, true);
3297 }
3298
3299 /*
3300  *      Routine:        pmap_remove_all
3301  *      Function:
3302  *              Removes this physical page from
3303  *              all physical maps in which it resides.
3304  *              Reflects back modify bits to the pager.
3305  *
3306  *      Notes:
3307  *              Original versions of this routine were very
3308  *              inefficient because they iteratively called
3309  *              pmap_remove (slow...)
3310  */
3311
3312 void
3313 pmap_remove_all(vm_page_t m)
3314 {
3315         struct md_page *pvh;
3316         pv_entry_t pv;
3317         pmap_t pmap;
3318         struct rwlock *lock;
3319         pd_entry_t *pde, tpde;
3320         pt_entry_t *pte, tpte;
3321         vm_offset_t va;
3322         struct spglist free;
3323         int lvl, pvh_gen, md_gen;
3324
3325         KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
3326             ("pmap_remove_all: page %p is not managed", m));
3327         SLIST_INIT(&free);
3328         lock = VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m);
3329         pvh = (m->flags & PG_FICTITIOUS) != 0 ? &pv_dummy : page_to_pvh(m);
3330         rw_wlock(lock);
3331 retry:
3332         while ((pv = TAILQ_FIRST(&pvh->pv_list)) != NULL) {
3333                 pmap = PV_PMAP(pv);
3334                 if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
3335                         pvh_gen = pvh->pv_gen;
3336                         rw_wunlock(lock);
3337                         PMAP_LOCK(pmap);
3338                         rw_wlock(lock);
3339                         if (pvh_gen != pvh->pv_gen) {
3340                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
3341                                 goto retry;
3342                         }
3343                 }
3344                 va = pv->pv_va;
3345                 pte = pmap_pte(pmap, va, &lvl);
3346                 KASSERT(pte != NULL,
3347                     ("pmap_remove_all: no page table entry found"));
3348                 KASSERT(lvl == 2,
3349                     ("pmap_remove_all: invalid pte level %d", lvl));
3350                 pmap_demote_l2_locked(pmap, pte, va, &lock);
3351                 PMAP_UNLOCK(pmap);
3352         }
3353         while ((pv = TAILQ_FIRST(&m->md.pv_list)) != NULL) {
3354                 pmap = PV_PMAP(pv);
3355                 PMAP_ASSERT_STAGE1(pmap);
3356                 if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
3357                         pvh_gen = pvh->pv_gen;
3358                         md_gen = m->md.pv_gen;
3359                         rw_wunlock(lock);
3360                         PMAP_LOCK(pmap);
3361                         rw_wlock(lock);
3362                         if (pvh_gen != pvh->pv_gen || md_gen != m->md.pv_gen) {
3363                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
3364                                 goto retry;
3365                         }
3366                 }
3367                 pmap_resident_count_dec(pmap, 1);
3368
3369                 pde = pmap_pde(pmap, pv->pv_va, &lvl);
3370                 KASSERT(pde != NULL,
3371                     ("pmap_remove_all: no page directory entry found"));
3372                 KASSERT(lvl == 2,
3373                     ("pmap_remove_all: invalid pde level %d", lvl));
3374                 tpde = pmap_load(pde);
3375
3376                 pte = pmap_l2_to_l3(pde, pv->pv_va);
3377                 tpte = pmap_load_clear(pte);
3378                 if (tpte & ATTR_SW_WIRED)
3379                         pmap->pm_stats.wired_count--;
3380                 if ((tpte & ATTR_AF) != 0) {
3381                         pmap_invalidate_page(pmap, pv->pv_va, true);
3382                         vm_page_aflag_set(m, PGA_REFERENCED);
3383                 }
3384
3385                 /*
3386                  * Update the vm_page_t clean and reference bits.
3387                  */
3388                 if (pmap_pte_dirty(pmap, tpte))
3389                         vm_page_dirty(m);
3390                 pmap_unuse_pt(pmap, pv->pv_va, tpde, &free);
3391                 TAILQ_REMOVE(&m->md.pv_list, pv, pv_next);
3392                 m->md.pv_gen++;
3393                 free_pv_entry(pmap, pv);
3394                 PMAP_UNLOCK(pmap);
3395         }
3396         vm_page_aflag_clear(m, PGA_WRITEABLE);
3397         rw_wunlock(lock);
3398         vm_page_free_pages_toq(&free, true);
3399 }
3400
3401 /*
3402  * Masks and sets bits in a level 2 page table entries in the specified pmap
3403  */
3404 static void
3405 pmap_protect_l2(pmap_t pmap, pt_entry_t *l2, vm_offset_t sva, pt_entry_t mask,
3406     pt_entry_t nbits)
3407 {
3408         pd_entry_t old_l2;
3409         vm_page_t m, mt;
3410
3411         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
3412         PMAP_ASSERT_STAGE1(pmap);
3413         KASSERT((sva & L2_OFFSET) == 0,
3414             ("pmap_protect_l2: sva is not 2mpage aligned"));
3415         old_l2 = pmap_load(l2);
3416         KASSERT((old_l2 & ATTR_DESCR_MASK) == L2_BLOCK,
3417             ("pmap_protect_l2: L2e %lx is not a block mapping", old_l2));
3418
3419         /*
3420          * Return if the L2 entry already has the desired access restrictions
3421          * in place.
3422          */
3423         if ((old_l2 & mask) == nbits)
3424                 return;
3425
3426         while (!atomic_fcmpset_64(l2, &old_l2, (old_l2 & ~mask) | nbits))
3427                 cpu_spinwait();
3428
3429         /*
3430          * When a dirty read/write superpage mapping is write protected,
3431          * update the dirty field of each of the superpage's constituent 4KB
3432          * pages.
3433          */
3434         if ((old_l2 & ATTR_SW_MANAGED) != 0 &&
3435             (nbits & ATTR_S1_AP(ATTR_S1_AP_RO)) != 0 &&
3436             pmap_pte_dirty(pmap, old_l2)) {
3437                 m = PHYS_TO_VM_PAGE(old_l2 & ~ATTR_MASK);
3438                 for (mt = m; mt < &m[L2_SIZE / PAGE_SIZE]; mt++)
3439                         vm_page_dirty(mt);
3440         }
3441
3442         /*
3443          * Since a promotion must break the 4KB page mappings before making
3444          * the 2MB page mapping, a pmap_invalidate_page() suffices.
3445          */
3446         pmap_invalidate_page(pmap, sva, true);
3447 }
3448
3449 /*
3450  * Masks and sets bits in last level page table entries in the specified
3451  * pmap and range
3452  */
3453 static void
3454 pmap_mask_set(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva, pt_entry_t mask,
3455     pt_entry_t nbits, bool invalidate)
3456 {
3457         vm_offset_t va, va_next;
3458         pd_entry_t *l0, *l1, *l2;
3459         pt_entry_t *l3p, l3;
3460
3461         PMAP_LOCK(pmap);
3462         for (; sva < eva; sva = va_next) {
3463                 l0 = pmap_l0(pmap, sva);
3464                 if (pmap_load(l0) == 0) {
3465                         va_next = (sva + L0_SIZE) & ~L0_OFFSET;
3466                         if (va_next < sva)
3467                                 va_next = eva;
3468                         continue;
3469                 }
3470
3471                 va_next = (sva + L1_SIZE) & ~L1_OFFSET;
3472                 if (va_next < sva)
3473                         va_next = eva;
3474                 l1 = pmap_l0_to_l1(l0, sva);
3475                 if (pmap_load(l1) == 0)
3476                         continue;
3477                 if ((pmap_load(l1) & ATTR_DESCR_MASK) == L1_BLOCK) {
3478                         KASSERT(va_next <= eva,
3479                             ("partial update of non-transparent 1G page "
3480                             "l1 %#lx sva %#lx eva %#lx va_next %#lx",
3481                             pmap_load(l1), sva, eva, va_next));
3482                         MPASS((pmap_load(l1) & ATTR_SW_MANAGED) == 0);
3483                         if ((pmap_load(l1) & mask) != nbits) {
3484                                 pmap_store(l1, (pmap_load(l1) & ~mask) | nbits);
3485                                 if (invalidate)
3486                                         pmap_invalidate_page(pmap, sva, true);
3487                         }
3488                         continue;
3489                 }
3490
3491                 va_next = (sva + L2_SIZE) & ~L2_OFFSET;
3492                 if (va_next < sva)
3493                         va_next = eva;
3494
3495                 l2 = pmap_l1_to_l2(l1, sva);
3496                 if (pmap_load(l2) == 0)
3497                         continue;
3498
3499                 if ((pmap_load(l2) & ATTR_DESCR_MASK) == L2_BLOCK) {
3500                         if (sva + L2_SIZE == va_next && eva >= va_next) {
3501                                 pmap_protect_l2(pmap, l2, sva, mask, nbits);
3502                                 continue;
3503                         } else if (pmap_demote_l2(pmap, l2, sva) == NULL)
3504                                 continue;
3505                 }
3506                 KASSERT((pmap_load(l2) & ATTR_DESCR_MASK) == L2_TABLE,
3507                     ("pmap_protect: Invalid L2 entry after demotion"));
3508
3509                 if (va_next > eva)
3510                         va_next = eva;
3511
3512                 va = va_next;
3513                 for (l3p = pmap_l2_to_l3(l2, sva); sva != va_next; l3p++,
3514                     sva += L3_SIZE) {
3515                         l3 = pmap_load(l3p);
3516
3517                         /*
3518                          * Go to the next L3 entry if the current one is
3519                          * invalid or already has the desired access
3520                          * restrictions in place.  (The latter case occurs
3521                          * frequently.  For example, in a "buildworld"
3522                          * workload, almost 1 out of 4 L3 entries already
3523                          * have the desired restrictions.)
3524                          */
3525                         if (!pmap_l3_valid(l3) || (l3 & mask) == nbits) {
3526                                 if (va != va_next) {
3527                                         if (invalidate)
3528                                                 pmap_invalidate_range(pmap,
3529                                                     va, sva, true);
3530                                         va = va_next;
3531                                 }
3532                                 continue;
3533                         }
3534
3535                         while (!atomic_fcmpset_64(l3p, &l3, (l3 & ~mask) |
3536                             nbits))
3537                                 cpu_spinwait();
3538
3539                         /*
3540                          * When a dirty read/write mapping is write protected,
3541                          * update the page's dirty field.
3542                          */
3543                         if ((l3 & ATTR_SW_MANAGED) != 0 &&
3544                             (nbits & ATTR_S1_AP(ATTR_S1_AP_RO)) != 0 &&
3545                             pmap_pte_dirty(pmap, l3))
3546                                 vm_page_dirty(PHYS_TO_VM_PAGE(l3 & ~ATTR_MASK));
3547
3548                         if (va == va_next)
3549                                 va = sva;
3550                 }
3551                 if (va != va_next && invalidate)
3552                         pmap_invalidate_range(pmap, va, sva, true);
3553         }
3554         PMAP_UNLOCK(pmap);
3555 }
3556
3557 /*
3558  *      Set the physical protection on the
3559  *      specified range of this map as requested.
3560  */
3561 void
3562 pmap_protect(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva, vm_prot_t prot)
3563 {
3564         pt_entry_t mask, nbits;
3565
3566         PMAP_ASSERT_STAGE1(pmap);
3567         KASSERT((prot & ~VM_PROT_ALL) == 0, ("invalid prot %x", prot));
3568         if (prot == VM_PROT_NONE) {
3569                 pmap_remove(pmap, sva, eva);
3570                 return;
3571         }
3572
3573         mask = nbits = 0;
3574         if ((prot & VM_PROT_WRITE) == 0) {
3575                 mask |= ATTR_S1_AP_RW_BIT | ATTR_SW_DBM;
3576                 nbits |= ATTR_S1_AP(ATTR_S1_AP_RO);
3577         }
3578         if ((prot & VM_PROT_EXECUTE) == 0) {
3579                 mask |= ATTR_S1_XN;
3580                 nbits |= ATTR_S1_XN;
3581         }
3582         if (mask == 0)
3583                 return;
3584
3585         pmap_mask_set(pmap, sva, eva, mask, nbits, true);
3586 }
3587
3588 void
3589 pmap_disable_promotion(vm_offset_t sva, vm_size_t size)
3590 {
3591
3592         MPASS((sva & L3_OFFSET) == 0);
3593         MPASS(((sva + size) & L3_OFFSET) == 0);
3594
3595         pmap_mask_set(kernel_pmap, sva, sva + size, ATTR_SW_NO_PROMOTE,
3596             ATTR_SW_NO_PROMOTE, false);
3597 }
3598
3599 /*
3600  * Inserts the specified page table page into the specified pmap's collection
3601  * of idle page table pages.  Each of a pmap's page table pages is responsible
3602  * for mapping a distinct range of virtual addresses.  The pmap's collection is
3603  * ordered by this virtual address range.
3604  *
3605  * If "promoted" is false, then the page table page "mpte" must be zero filled.
3606  */
3607 static __inline int
3608 pmap_insert_pt_page(pmap_t pmap, vm_page_t mpte, bool promoted)
3609 {
3610
3611         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
3612         mpte->valid = promoted ? VM_PAGE_BITS_ALL : 0;
3613         return (vm_radix_insert(&pmap->pm_root, mpte));
3614 }
3615
3616 /*
3617  * Removes the page table page mapping the specified virtual address from the
3618  * specified pmap's collection of idle page table pages, and returns it.
3619  * Otherwise, returns NULL if there is no page table page corresponding to the
3620  * specified virtual address.
3621  */
3622 static __inline vm_page_t
3623 pmap_remove_pt_page(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
3624 {
3625
3626         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
3627         return (vm_radix_remove(&pmap->pm_root, pmap_l2_pindex(va)));
3628 }
3629
3630 /*
3631  * Performs a break-before-make update of a pmap entry. This is needed when
3632  * either promoting or demoting pages to ensure the TLB doesn't get into an
3633  * inconsistent state.
3634  */
3635 static void
3636 pmap_update_entry(pmap_t pmap, pd_entry_t *pte, pd_entry_t newpte,
3637     vm_offset_t va, vm_size_t size)
3638 {
3639         register_t intr;
3640
3641         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
3642
3643         if ((newpte & ATTR_SW_NO_PROMOTE) != 0)
3644                 panic("%s: Updating non-promote pte", __func__);
3645
3646         /*
3647          * Ensure we don't get switched out with the page table in an
3648          * inconsistent state. We also need to ensure no interrupts fire
3649          * as they may make use of an address we are about to invalidate.
3650          */
3651         intr = intr_disable();
3652
3653         /*
3654          * Clear the old mapping's valid bit, but leave the rest of the entry
3655          * unchanged, so that a lockless, concurrent pmap_kextract() can still
3656          * lookup the physical address.
3657          */
3658         pmap_clear_bits(pte, ATTR_DESCR_VALID);
3659
3660         /*
3661          * When promoting, the L{1,2}_TABLE entry that is being replaced might
3662          * be cached, so we invalidate intermediate entries as well as final
3663          * entries.
3664          */
3665         pmap_invalidate_range(pmap, va, va + size, false);
3666
3667         /* Create the new mapping */
3668         pmap_store(pte, newpte);
3669         dsb(ishst);
3670
3671         intr_restore(intr);
3672 }
3673
3674 #if VM_NRESERVLEVEL > 0
3675 /*
3676  * After promotion from 512 4KB page mappings to a single 2MB page mapping,
3677  * replace the many pv entries for the 4KB page mappings by a single pv entry
3678  * for the 2MB page mapping.
3679  */
3680 static void
3681 pmap_pv_promote_l2(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_paddr_t pa,
3682     struct rwlock **lockp)
3683 {
3684         struct md_page *pvh;
3685         pv_entry_t pv;
3686         vm_offset_t va_last;
3687         vm_page_t m;
3688
3689         KASSERT((pa & L2_OFFSET) == 0,
3690             ("pmap_pv_promote_l2: pa is not 2mpage aligned"));
3691         CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_PHYS(lockp, pa);
3692
3693         /*
3694          * Transfer the first page's pv entry for this mapping to the 2mpage's
3695          * pv list.  Aside from avoiding the cost of a call to get_pv_entry(),
3696          * a transfer avoids the possibility that get_pv_entry() calls
3697          * reclaim_pv_chunk() and that reclaim_pv_chunk() removes one of the
3698          * mappings that is being promoted.
3699          */
3700         m = PHYS_TO_VM_PAGE(pa);
3701         va = va & ~L2_OFFSET;
3702         pv = pmap_pvh_remove(&m->md, pmap, va);
3703         KASSERT(pv != NULL, ("pmap_pv_promote_l2: pv not found"));
3704         pvh = page_to_pvh(m);
3705         TAILQ_INSERT_TAIL(&pvh->pv_list, pv, pv_next);
3706         pvh->pv_gen++;
3707         /* Free the remaining NPTEPG - 1 pv entries. */
3708         va_last = va + L2_SIZE - PAGE_SIZE;
3709         do {
3710                 m++;
3711                 va += PAGE_SIZE;
3712                 pmap_pvh_free(&m->md, pmap, va);
3713         } while (va < va_last);
3714 }
3715
3716 /*
3717  * Tries to promote the 512, contiguous 4KB page mappings that are within a
3718  * single level 2 table entry to a single 2MB page mapping.  For promotion
3719  * to occur, two conditions must be met: (1) the 4KB page mappings must map
3720  * aligned, contiguous physical memory and (2) the 4KB page mappings must have
3721  * identical characteristics.
3722  */
3723 static void
3724 pmap_promote_l2(pmap_t pmap, pd_entry_t *l2, vm_offset_t va,
3725     struct rwlock **lockp)
3726 {
3727         pt_entry_t *firstl3, *l3, newl2, oldl3, pa;
3728         vm_page_t mpte;
3729         vm_offset_t sva;
3730
3731         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
3732         PMAP_ASSERT_STAGE1(pmap);
3733
3734         sva = va & ~L2_OFFSET;
3735         firstl3 = pmap_l2_to_l3(l2, sva);
3736         newl2 = pmap_load(firstl3);
3737
3738         if (((newl2 & (~ATTR_MASK | ATTR_AF)) & L2_OFFSET) != ATTR_AF ||
3739             (newl2 & ATTR_SW_NO_PROMOTE) != 0) {
3740                 atomic_add_long(&pmap_l2_p_failures, 1);
3741                 CTR2(KTR_PMAP, "pmap_promote_l2: failure for va %#lx"
3742                     " in pmap %p", va, pmap);
3743                 return;
3744         }
3745
3746 setl2:
3747         if ((newl2 & (ATTR_S1_AP_RW_BIT | ATTR_SW_DBM)) ==
3748             (ATTR_S1_AP(ATTR_S1_AP_RO) | ATTR_SW_DBM)) {
3749                 /*
3750                  * When the mapping is clean, i.e., ATTR_S1_AP_RO is set,
3751                  * ATTR_SW_DBM can be cleared without a TLB invalidation.
3752                  */
3753                 if (!atomic_fcmpset_64(firstl3, &newl2, newl2 & ~ATTR_SW_DBM))
3754                         goto setl2;
3755                 newl2 &= ~ATTR_SW_DBM;
3756         }
3757
3758         pa = newl2 + L2_SIZE - PAGE_SIZE;
3759         for (l3 = firstl3 + NL3PG - 1; l3 > firstl3; l3--) {
3760                 oldl3 = pmap_load(l3);
3761 setl3:
3762                 if ((oldl3 & (ATTR_S1_AP_RW_BIT | ATTR_SW_DBM)) ==
3763                     (ATTR_S1_AP(ATTR_S1_AP_RO) | ATTR_SW_DBM)) {
3764                         /*
3765                          * When the mapping is clean, i.e., ATTR_S1_AP_RO is
3766                          * set, ATTR_SW_DBM can be cleared without a TLB
3767                          * invalidation.
3768                          */
3769                         if (!atomic_fcmpset_64(l3, &oldl3, oldl3 &
3770                             ~ATTR_SW_DBM))
3771                                 goto setl3;
3772                         oldl3 &= ~ATTR_SW_DBM;
3773                 }
3774                 if (oldl3 != pa) {
3775                         atomic_add_long(&pmap_l2_p_failures, 1);
3776                         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_promote_l2: failure for va %#lx"
3777                             " in pmap %p", va, pmap);
3778                         return;
3779                 }
3780                 pa -= PAGE_SIZE;
3781         }
3782
3783         /*
3784          * Save the page table page in its current state until the L2
3785          * mapping the superpage is demoted by pmap_demote_l2() or
3786          * destroyed by pmap_remove_l3().
3787          */
3788         mpte = PHYS_TO_VM_PAGE(pmap_load(l2) & ~ATTR_MASK);
3789         KASSERT(mpte >= vm_page_array &&
3790             mpte < &vm_page_array[vm_page_array_size],
3791             ("pmap_promote_l2: page table page is out of range"));
3792         KASSERT(mpte->pindex == pmap_l2_pindex(va),
3793             ("pmap_promote_l2: page table page's pindex is wrong"));
3794         if (pmap_insert_pt_page(pmap, mpte, true)) {
3795                 atomic_add_long(&pmap_l2_p_failures, 1);
3796                 CTR2(KTR_PMAP,
3797                     "pmap_promote_l2: failure for va %#lx in pmap %p", va,
3798                     pmap);
3799                 return;
3800         }
3801
3802         if ((newl2 & ATTR_SW_MANAGED) != 0)
3803                 pmap_pv_promote_l2(pmap, va, newl2 & ~ATTR_MASK, lockp);
3804
3805         newl2 &= ~ATTR_DESCR_MASK;
3806         newl2 |= L2_BLOCK;
3807
3808         pmap_update_entry(pmap, l2, newl2, sva, L2_SIZE);
3809
3810         atomic_add_long(&pmap_l2_promotions, 1);
3811         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_promote_l2: success for va %#lx in pmap %p", va,
3812                     pmap);
3813 }
3814 #endif /* VM_NRESERVLEVEL > 0 */
3815
3816 static int
3817 pmap_enter_largepage(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pt_entry_t newpte, int flags,
3818     int psind)
3819 {
3820         pd_entry_t *l0p, *l1p, *l2p, origpte;
3821         vm_page_t mp;
3822
3823         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
3824         KASSERT(psind > 0 && psind < MAXPAGESIZES,
3825             ("psind %d unexpected", psind));
3826         KASSERT(((newpte & ~ATTR_MASK) & (pagesizes[psind] - 1)) == 0,
3827             ("unaligned phys address %#lx newpte %#lx psind %d",
3828             (newpte & ~ATTR_MASK), newpte, psind));
3829
3830 restart:
3831         if (psind == 2) {
3832                 l0p = pmap_l0(pmap, va);
3833                 if ((pmap_load(l0p) & ATTR_DESCR_VALID) == 0) {
3834                         mp = _pmap_alloc_l3(pmap, pmap_l0_pindex(va), NULL);
3835                         if (mp == NULL) {
3836                                 if ((flags & PMAP_ENTER_NOSLEEP) != 0)
3837                                         return (KERN_RESOURCE_SHORTAGE);
3838                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
3839                                 vm_wait(NULL);
3840                                 PMAP_LOCK(pmap);
3841                                 goto restart;
3842                         }
3843                         l1p = pmap_l0_to_l1(l0p, va);
3844                         KASSERT(l1p != NULL, ("va %#lx lost l1 entry", va));
3845                         origpte = pmap_load(l1p);
3846                 } else {
3847                         l1p = pmap_l0_to_l1(l0p, va);
3848                         KASSERT(l1p != NULL, ("va %#lx lost l1 entry", va));
3849                         origpte = pmap_load(l1p);
3850                         if ((origpte & ATTR_DESCR_VALID) == 0) {
3851                                 mp = PHYS_TO_VM_PAGE(pmap_load(l0p) &
3852                                     ~ATTR_MASK);
3853                                 mp->ref_count++;
3854                         }
3855                 }
3856                 KASSERT((origpte & ATTR_DESCR_VALID) == 0 ||
3857                     ((origpte & ATTR_DESCR_MASK) == L1_BLOCK &&
3858                      (origpte & ~ATTR_MASK) == (newpte & ~ATTR_MASK)),
3859                     ("va %#lx changing 1G phys page l1 %#lx newpte %#lx",
3860                     va, origpte, newpte));
3861                 pmap_store(l1p, newpte);
3862         } else /* (psind == 1) */ {
3863                 l2p = pmap_l2(pmap, va);
3864                 if (l2p == NULL) {
3865                         mp = _pmap_alloc_l3(pmap, pmap_l1_pindex(va), NULL);
3866                         if (mp == NULL) {
3867                                 if ((flags & PMAP_ENTER_NOSLEEP) != 0)
3868                                         return (KERN_RESOURCE_SHORTAGE);
3869                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
3870                                 vm_wait(NULL);
3871                                 PMAP_LOCK(pmap);
3872                                 goto restart;
3873                         }
3874                         l2p = (pd_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(mp));
3875                         l2p = &l2p[pmap_l2_index(va)];
3876                         origpte = pmap_load(l2p);
3877                 } else {
3878                         l1p = pmap_l1(pmap, va);
3879                         origpte = pmap_load(l2p);
3880                         if ((origpte & ATTR_DESCR_VALID) == 0) {
3881                                 mp = PHYS_TO_VM_PAGE(pmap_load(l1p) &
3882                                     ~ATTR_MASK);
3883                                 mp->ref_count++;
3884                         }
3885                 }
3886                 KASSERT((origpte & ATTR_DESCR_VALID) == 0 ||
3887                     ((origpte & ATTR_DESCR_MASK) == L2_BLOCK &&
3888                      (origpte & ~ATTR_MASK) == (newpte & ~ATTR_MASK)),
3889                     ("va %#lx changing 2M phys page l2 %#lx newpte %#lx",
3890                     va, origpte, newpte));
3891                 pmap_store(l2p, newpte);
3892         }
3893         dsb(ishst);
3894
3895         if ((origpte & ATTR_DESCR_VALID) == 0)
3896                 pmap_resident_count_inc(pmap, pagesizes[psind] / PAGE_SIZE);
3897         if ((newpte & ATTR_SW_WIRED) != 0 && (origpte & ATTR_SW_WIRED) == 0)
3898                 pmap->pm_stats.wired_count += pagesizes[psind] / PAGE_SIZE;
3899         else if ((newpte & ATTR_SW_WIRED) == 0 &&
3900             (origpte & ATTR_SW_WIRED) != 0)
3901                 pmap->pm_stats.wired_count -= pagesizes[psind] / PAGE_SIZE;
3902
3903         return (KERN_SUCCESS);
3904 }
3905
3906 /*
3907  * Add a single SMMU entry. This function does not sleep.
3908  */
3909 int
3910 pmap_senter(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_paddr_t pa,
3911     vm_prot_t prot, u_int flags)
3912 {
3913         pd_entry_t *pde;
3914         pt_entry_t new_l3, orig_l3;
3915         pt_entry_t *l3;
3916         vm_page_t mpte;
3917         int lvl;
3918         int rv;
3919
3920         PMAP_ASSERT_STAGE1(pmap);
3921         KASSERT(va < VM_MAXUSER_ADDRESS, ("wrong address space"));
3922
3923         va = trunc_page(va);
3924         new_l3 = (pt_entry_t)(pa | ATTR_DEFAULT |
3925             ATTR_S1_IDX(VM_MEMATTR_DEVICE) | L3_PAGE);
3926         if ((prot & VM_PROT_WRITE) == 0)
3927                 new_l3 |= ATTR_S1_AP(ATTR_S1_AP_RO);
3928         new_l3 |= ATTR_S1_XN; /* Execute never. */
3929         new_l3 |= ATTR_S1_AP(ATTR_S1_AP_USER);
3930         new_l3 |= ATTR_S1_nG; /* Non global. */
3931
3932         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_senter: %.16lx -> %.16lx", va, pa);
3933
3934         PMAP_LOCK(pmap);
3935
3936         /*
3937          * In the case that a page table page is not
3938          * resident, we are creating it here.
3939          */
3940 retry:
3941         pde = pmap_pde(pmap, va, &lvl);
3942         if (pde != NULL && lvl == 2) {
3943                 l3 = pmap_l2_to_l3(pde, va);
3944         } else {
3945                 mpte = _pmap_alloc_l3(pmap, pmap_l2_pindex(va), NULL);
3946                 if (mpte == NULL) {
3947                         CTR0(KTR_PMAP, "pmap_enter: mpte == NULL");
3948                         rv = KERN_RESOURCE_SHORTAGE;
3949                         goto out;
3950                 }
3951                 goto retry;
3952         }
3953
3954         orig_l3 = pmap_load(l3);
3955         KASSERT(!pmap_l3_valid(orig_l3), ("l3 is valid"));
3956
3957         /* New mapping */
3958         pmap_store(l3, new_l3);
3959         pmap_resident_count_inc(pmap, 1);
3960         dsb(ishst);
3961
3962         rv = KERN_SUCCESS;
3963 out:
3964         PMAP_UNLOCK(pmap);
3965
3966         return (rv);
3967 }
3968
3969 /*
3970  * Remove a single SMMU entry.
3971  */
3972 int
3973 pmap_sremove(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
3974 {
3975         pt_entry_t *pte;
3976         int lvl;
3977         int rc;
3978
3979         PMAP_LOCK(pmap);
3980
3981         pte = pmap_pte(pmap, va, &lvl);
3982         KASSERT(lvl == 3,
3983             ("Invalid SMMU pagetable level: %d != 3", lvl));
3984
3985         if (pte != NULL) {
3986                 pmap_resident_count_dec(pmap, 1);
3987                 pmap_clear(pte);
3988                 rc = KERN_SUCCESS;
3989         } else
3990                 rc = KERN_FAILURE;
3991
3992         PMAP_UNLOCK(pmap);
3993
3994         return (rc);
3995 }
3996
3997 /*
3998  * Remove all the allocated L1, L2 pages from SMMU pmap.
3999  * All the L3 entires must be cleared in advance, otherwise
4000  * this function panics.
4001  */
4002 void
4003 pmap_sremove_pages(pmap_t pmap)
4004 {
4005         pd_entry_t l0e, *l1, l1e, *l2, l2e;
4006         pt_entry_t *l3, l3e;
4007         vm_page_t m, m0, m1;
4008         vm_offset_t sva;
4009         vm_paddr_t pa;
4010         vm_paddr_t pa0;
4011         vm_paddr_t pa1;
4012         int i, j, k, l;
4013
4014         PMAP_LOCK(pmap);
4015
4016         for (sva = VM_MINUSER_ADDRESS, i = pmap_l0_index(sva);
4017             (i < Ln_ENTRIES && sva < VM_MAXUSER_ADDRESS); i++) {
4018                 l0e = pmap->pm_l0[i];
4019                 if ((l0e & ATTR_DESCR_VALID) == 0) {
4020                         sva += L0_SIZE;
4021                         continue;
4022                 }
4023                 pa0 = l0e & ~ATTR_MASK;
4024                 m0 = PHYS_TO_VM_PAGE(pa0);
4025                 l1 = (pd_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(pa0);
4026
4027                 for (j = pmap_l1_index(sva); j < Ln_ENTRIES; j++) {
4028                         l1e = l1[j];
4029                         if ((l1e & ATTR_DESCR_VALID) == 0) {
4030                                 sva += L1_SIZE;
4031                                 continue;
4032                         }
4033                         if ((l1e & ATTR_DESCR_MASK) == L1_BLOCK) {
4034                                 sva += L1_SIZE;
4035                                 continue;
4036                         }
4037                         pa1 = l1e & ~ATTR_MASK;
4038                         m1 = PHYS_TO_VM_PAGE(pa1);
4039                         l2 = (pd_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(pa1);
4040
4041                         for (k = pmap_l2_index(sva); k < Ln_ENTRIES; k++) {
4042                                 l2e = l2[k];
4043                                 if ((l2e & ATTR_DESCR_VALID) == 0) {
4044                                         sva += L2_SIZE;
4045                                         continue;
4046                                 }
4047                                 pa = l2e & ~ATTR_MASK;
4048                                 m = PHYS_TO_VM_PAGE(pa);
4049                                 l3 = (pt_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(pa);
4050
4051                                 for (l = pmap_l3_index(sva); l < Ln_ENTRIES;
4052                                     l++, sva += L3_SIZE) {
4053                                         l3e = l3[l];
4054                                         if ((l3e & ATTR_DESCR_VALID) == 0)
4055                                                 continue;
4056                                         panic("%s: l3e found for va %jx\n",
4057                                             __func__, sva);
4058                                 }
4059
4060                                 vm_page_unwire_noq(m1);
4061                                 vm_page_unwire_noq(m);
4062                                 pmap_resident_count_dec(pmap, 1);
4063                                 vm_page_free(m);
4064                                 pmap_clear(&l2[k]);
4065                         }
4066
4067                         vm_page_unwire_noq(m0);
4068                         pmap_resident_count_dec(pmap, 1);
4069                         vm_page_free(m1);
4070                         pmap_clear(&l1[j]);
4071                 }
4072
4073                 pmap_resident_count_dec(pmap, 1);
4074                 vm_page_free(m0);
4075                 pmap_clear(&pmap->pm_l0[i]);
4076         }
4077
4078         KASSERT(pmap->pm_stats.resident_count == 0,
4079             ("Invalid resident count %jd", pmap->pm_stats.resident_count));
4080
4081         PMAP_UNLOCK(pmap);
4082 }
4083
4084 /*
4085  *      Insert the given physical page (p) at
4086  *      the specified virtual address (v) in the
4087  *      target physical map with the protection requested.
4088  *
4089  *      If specified, the page will be wired down, meaning
4090  *      that the related pte can not be reclaimed.
4091  *
4092  *      NB:  This is the only routine which MAY NOT lazy-evaluate
4093  *      or lose information.  That is, this routine must actually
4094  *      insert this page into the given map NOW.
4095  */
4096 int
4097 pmap_enter(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m, vm_prot_t prot,
4098     u_int flags, int8_t psind)
4099 {
4100         struct rwlock *lock;
4101         pd_entry_t *pde;
4102         pt_entry_t new_l3, orig_l3;
4103         pt_entry_t *l2, *l3;
4104         pv_entry_t pv;
4105         vm_paddr_t opa, pa;
4106         vm_page_t mpte, om;
4107         boolean_t nosleep;
4108         int lvl, rv;
4109
4110         KASSERT(ADDR_IS_CANONICAL(va),
4111             ("%s: Address not in canonical form: %lx", __func__, va));
4112
4113         va = trunc_page(va);
4114         if ((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0)
4115                 VM_PAGE_OBJECT_BUSY_ASSERT(m);
4116         pa = VM_PAGE_TO_PHYS(m);
4117         new_l3 = (pt_entry_t)(pa | ATTR_DEFAULT | L3_PAGE);
4118         new_l3 |= pmap_pte_memattr(pmap, m->md.pv_memattr);
4119         new_l3 |= pmap_pte_prot(pmap, prot);
4120
4121         if ((flags & PMAP_ENTER_WIRED) != 0)
4122                 new_l3 |= ATTR_SW_WIRED;
4123         if (pmap->pm_stage == PM_STAGE1) {
4124                 if (!ADDR_IS_KERNEL(va))
4125                         new_l3 |= ATTR_S1_AP(ATTR_S1_AP_USER) | ATTR_S1_PXN;
4126                 else
4127                         new_l3 |= ATTR_S1_UXN;
4128                 if (pmap != kernel_pmap)
4129                         new_l3 |= ATTR_S1_nG;
4130         } else {
4131                 /*
4132                  * Clear the access flag on executable mappings, this will be
4133                  * set later when the page is accessed. The fault handler is
4134                  * required to invalidate the I-cache.
4135                  *
4136                  * TODO: Switch to the valid flag to allow hardware management
4137                  * of the access flag. Much of the pmap code assumes the
4138                  * valid flag is set and fails to destroy the old page tables
4139                  * correctly if it is clear.
4140                  */
4141                 if (prot & VM_PROT_EXECUTE)
4142                         new_l3 &= ~ATTR_AF;
4143         }
4144         if ((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0) {
4145                 new_l3 |= ATTR_SW_MANAGED;
4146                 if ((prot & VM_PROT_WRITE) != 0) {
4147                         new_l3 |= ATTR_SW_DBM;
4148                         if ((flags & VM_PROT_WRITE) == 0) {
4149                                 if (pmap->pm_stage == PM_STAGE1)
4150                                         new_l3 |= ATTR_S1_AP(ATTR_S1_AP_RO);
4151                                 else
4152                                         new_l3 &=
4153                                             ~ATTR_S2_S2AP(ATTR_S2_S2AP_WRITE);
4154                         }
4155                 }
4156         }
4157
4158         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_enter: %.16lx -> %.16lx", va, pa);
4159
4160         lock = NULL;
4161         PMAP_LOCK(pmap);
4162         if ((flags & PMAP_ENTER_LARGEPAGE) != 0) {
4163                 KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) != 0,
4164                     ("managed largepage va %#lx flags %#x", va, flags));
4165                 new_l3 &= ~L3_PAGE;
4166                 if (psind == 2)
4167                         new_l3 |= L1_BLOCK;
4168                 else /* (psind == 1) */
4169                         new_l3 |= L2_BLOCK;
4170                 rv = pmap_enter_largepage(pmap, va, new_l3, flags, psind);
4171                 goto out;
4172         }
4173         if (psind == 1) {
4174                 /* Assert the required virtual and physical alignment. */
4175                 KASSERT((va & L2_OFFSET) == 0, ("pmap_enter: va unaligned"));
4176                 KASSERT(m->psind > 0, ("pmap_enter: m->psind < psind"));
4177                 rv = pmap_enter_l2(pmap, va, (new_l3 & ~L3_PAGE) | L2_BLOCK,
4178                     flags, m, &lock);
4179                 goto out;
4180         }
4181         mpte = NULL;
4182
4183         /*
4184          * In the case that a page table page is not
4185          * resident, we are creating it here.
4186          */
4187 retry:
4188         pde = pmap_pde(pmap, va, &lvl);
4189         if (pde != NULL && lvl == 2) {
4190                 l3 = pmap_l2_to_l3(pde, va);
4191                 if (!ADDR_IS_KERNEL(va) && mpte == NULL) {
4192                         mpte = PHYS_TO_VM_PAGE(pmap_load(pde) & ~ATTR_MASK);
4193                         mpte->ref_count++;
4194                 }
4195                 goto havel3;
4196         } else if (pde != NULL && lvl == 1) {
4197                 l2 = pmap_l1_to_l2(pde, va);
4198                 if ((pmap_load(l2) & ATTR_DESCR_MASK) == L2_BLOCK &&
4199                     (l3 = pmap_demote_l2_locked(pmap, l2, va, &lock)) != NULL) {
4200                         l3 = &l3[pmap_l3_index(va)];
4201                         if (!ADDR_IS_KERNEL(va)) {
4202                                 mpte = PHYS_TO_VM_PAGE(
4203                                     pmap_load(l2) & ~ATTR_MASK);
4204                                 mpte->ref_count++;
4205                         }
4206                         goto havel3;
4207                 }
4208                 /* We need to allocate an L3 table. */
4209         }
4210         if (!ADDR_IS_KERNEL(va)) {
4211                 nosleep = (flags & PMAP_ENTER_NOSLEEP) != 0;
4212
4213                 /*
4214                  * We use _pmap_alloc_l3() instead of pmap_alloc_l3() in order
4215                  * to handle the possibility that a superpage mapping for "va"
4216                  * was created while we slept.
4217                  */
4218                 mpte = _pmap_alloc_l3(pmap, pmap_l2_pindex(va),
4219                     nosleep ? NULL : &lock);
4220                 if (mpte == NULL && nosleep) {
4221                         CTR0(KTR_PMAP, "pmap_enter: mpte == NULL");
4222                         rv = KERN_RESOURCE_SHORTAGE;
4223                         goto out;
4224                 }
4225                 goto retry;
4226         } else
4227                 panic("pmap_enter: missing L3 table for kernel va %#lx", va);
4228
4229 havel3:
4230         orig_l3 = pmap_load(l3);
4231         opa = orig_l3 & ~ATTR_MASK;
4232         pv = NULL;
4233
4234         /*
4235          * Is the specified virtual address already mapped?
4236          */
4237         if (pmap_l3_valid(orig_l3)) {
4238                 /*
4239                  * Only allow adding new entries on stage 2 tables for now.
4240                  * This simplifies cache invalidation as we may need to call
4241                  * into EL2 to perform such actions.
4242                  */
4243                 PMAP_ASSERT_STAGE1(pmap);
4244                 /*
4245                  * Wiring change, just update stats. We don't worry about
4246                  * wiring PT pages as they remain resident as long as there
4247                  * are valid mappings in them. Hence, if a user page is wired,
4248                  * the PT page will be also.
4249                  */
4250                 if ((flags & PMAP_ENTER_WIRED) != 0 &&
4251                     (orig_l3 & ATTR_SW_WIRED) == 0)
4252                         pmap->pm_stats.wired_count++;
4253                 else if ((flags & PMAP_ENTER_WIRED) == 0 &&
4254                     (orig_l3 & ATTR_SW_WIRED) != 0)
4255                         pmap->pm_stats.wired_count--;
4256
4257                 /*
4258                  * Remove the extra PT page reference.
4259                  */
4260                 if (mpte != NULL) {
4261                         mpte->ref_count--;
4262                         KASSERT(mpte->ref_count > 0,
4263                             ("pmap_enter: missing reference to page table page,"
4264                              " va: 0x%lx", va));
4265                 }
4266
4267                 /*
4268                  * Has the physical page changed?
4269                  */
4270                 if (opa == pa) {
4271                         /*
4272                          * No, might be a protection or wiring change.
4273                          */
4274                         if ((orig_l3 & ATTR_SW_MANAGED) != 0 &&
4275                             (new_l3 & ATTR_SW_DBM) != 0)
4276                                 vm_page_aflag_set(m, PGA_WRITEABLE);
4277                         goto validate;
4278                 }
4279
4280                 /*
4281                  * The physical page has changed.  Temporarily invalidate
4282                  * the mapping.
4283                  */
4284                 orig_l3 = pmap_load_clear(l3);
4285                 KASSERT((orig_l3 & ~ATTR_MASK) == opa,
4286                     ("pmap_enter: unexpected pa update for %#lx", va));
4287                 if ((orig_l3 & ATTR_SW_MANAGED) != 0) {
4288                         om = PHYS_TO_VM_PAGE(opa);
4289
4290                         /*
4291                          * The pmap lock is sufficient to synchronize with
4292                          * concurrent calls to pmap_page_test_mappings() and
4293                          * pmap_ts_referenced().
4294                          */
4295                         if (pmap_pte_dirty(pmap, orig_l3))
4296                                 vm_page_dirty(om);
4297                         if ((orig_l3 & ATTR_AF) != 0) {
4298                                 pmap_invalidate_page(pmap, va, true);
4299                                 vm_page_aflag_set(om, PGA_REFERENCED);
4300                         }
4301                         CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_PHYS(&lock, opa);
4302                         pv = pmap_pvh_remove(&om->md, pmap, va);
4303                         if ((m->oflags & VPO_UNMANAGED) != 0)
4304                                 free_pv_entry(pmap, pv);
4305                         if ((om->a.flags & PGA_WRITEABLE) != 0 &&
4306                             TAILQ_EMPTY(&om->md.pv_list) &&
4307                             ((om->flags & PG_FICTITIOUS) != 0 ||
4308                             TAILQ_EMPTY(&page_to_pvh(om)->pv_list)))
4309                                 vm_page_aflag_clear(om, PGA_WRITEABLE);
4310                 } else {
4311                         KASSERT((orig_l3 & ATTR_AF) != 0,
4312                             ("pmap_enter: unmanaged mapping lacks ATTR_AF"));
4313                         pmap_invalidate_page(pmap, va, true);
4314                 }
4315                 orig_l3 = 0;
4316         } else {
4317                 /*
4318                  * Increment the counters.
4319                  */
4320                 if ((new_l3 & ATTR_SW_WIRED) != 0)
4321                         pmap->pm_stats.wired_count++;
4322                 pmap_resident_count_inc(pmap, 1);
4323         }
4324         /*
4325          * Enter on the PV list if part of our managed memory.
4326          */
4327         if ((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0) {
4328                 if (pv == NULL) {
4329                         pv = get_pv_entry(pmap, &lock);
4330                         pv->pv_va = va;
4331                 }
4332                 CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_PHYS(&lock, pa);
4333                 TAILQ_INSERT_TAIL(&m->md.pv_list, pv, pv_next);
4334                 m->md.pv_gen++;
4335                 if ((new_l3 & ATTR_SW_DBM) != 0)
4336                         vm_page_aflag_set(m, PGA_WRITEABLE);
4337         }
4338
4339 validate:
4340         if (pmap->pm_stage == PM_STAGE1) {
4341                 /*
4342                  * Sync icache if exec permission and attribute
4343                  * VM_MEMATTR_WRITE_BACK is set. Do it now, before the mapping
4344                  * is stored and made valid for hardware table walk. If done
4345                  * later, then other can access this page before caches are
4346                  * properly synced. Don't do it for kernel memory which is
4347                  * mapped with exec permission even if the memory isn't going
4348                  * to hold executable code. The only time when icache sync is
4349                  * needed is after kernel module is loaded and the relocation
4350                  * info is processed. And it's done in elf_cpu_load_file().
4351                 */
4352                 if ((prot & VM_PROT_EXECUTE) &&  pmap != kernel_pmap &&
4353                     m->md.pv_memattr == VM_MEMATTR_WRITE_BACK &&
4354                     (opa != pa || (orig_l3 & ATTR_S1_XN))) {
4355                         PMAP_ASSERT_STAGE1(pmap);
4356                         cpu_icache_sync_range(PHYS_TO_DMAP(pa), PAGE_SIZE);
4357                 }
4358         } else {
4359                 cpu_dcache_wb_range(PHYS_TO_DMAP(pa), PAGE_SIZE);
4360         }
4361
4362         /*
4363          * Update the L3 entry
4364          */
4365         if (pmap_l3_valid(orig_l3)) {
4366                 PMAP_ASSERT_STAGE1(pmap);
4367                 KASSERT(opa == pa, ("pmap_enter: invalid update"));
4368                 if ((orig_l3 & ~ATTR_AF) != (new_l3 & ~ATTR_AF)) {
4369                         /* same PA, different attributes */
4370                         orig_l3 = pmap_load_store(l3, new_l3);
4371                         pmap_invalidate_page(pmap, va, true);
4372                         if ((orig_l3 & ATTR_SW_MANAGED) != 0 &&
4373                             pmap_pte_dirty(pmap, orig_l3))
4374                                 vm_page_dirty(m);
4375                 } else {
4376                         /*
4377                          * orig_l3 == new_l3
4378                          * This can happens if multiple threads simultaneously
4379                          * access not yet mapped page. This bad for performance
4380                          * since this can cause full demotion-NOP-promotion
4381                          * cycle.
4382                          * Another possible reasons are:
4383                          * - VM and pmap memory layout are diverged
4384                          * - tlb flush is missing somewhere and CPU doesn't see
4385                          *   actual mapping.
4386                          */
4387                         CTR4(KTR_PMAP, "%s: already mapped page - "
4388                             "pmap %p va 0x%#lx pte 0x%lx",
4389                             __func__, pmap, va, new_l3);
4390                 }
4391         } else {
4392                 /* New mapping */
4393                 pmap_store(l3, new_l3);
4394                 dsb(ishst);
4395         }
4396
4397 #if VM_NRESERVLEVEL > 0
4398         /*
4399          * Try to promote from level 3 pages to a level 2 superpage. This
4400          * currently only works on stage 1 pmaps as pmap_promote_l2 looks at
4401          * stage 1 specific fields and performs a break-before-make sequence
4402          * that is incorrect a stage 2 pmap.
4403          */
4404         if ((mpte == NULL || mpte->ref_count == NL3PG) &&
4405             pmap_ps_enabled(pmap) && pmap->pm_stage == PM_STAGE1 &&
4406             (m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0 &&
4407             vm_reserv_level_iffullpop(m) == 0) {
4408                 pmap_promote_l2(pmap, pde, va, &lock);
4409         }
4410 #endif
4411
4412         rv = KERN_SUCCESS;
4413 out:
4414         if (lock != NULL)
4415                 rw_wunlock(lock);
4416         PMAP_UNLOCK(pmap);
4417         return (rv);
4418 }
4419
4420 /*
4421  * Tries to create a read- and/or execute-only 2MB page mapping.  Returns true
4422  * if successful.  Returns false if (1) a page table page cannot be allocated
4423  * without sleeping, (2) a mapping already exists at the specified virtual
4424  * address, or (3) a PV entry cannot be allocated without reclaiming another
4425  * PV entry.
4426  */
4427 static bool
4428 pmap_enter_2mpage(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m, vm_prot_t prot,
4429     struct rwlock **lockp)
4430 {
4431         pd_entry_t new_l2;
4432
4433         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
4434         PMAP_ASSERT_STAGE1(pmap);
4435         KASSERT(ADDR_IS_CANONICAL(va),
4436             ("%s: Address not in canonical form: %lx", __func__, va));
4437
4438         new_l2 = (pd_entry_t)(VM_PAGE_TO_PHYS(m) | ATTR_DEFAULT |
4439             ATTR_S1_IDX(m->md.pv_memattr) | ATTR_S1_AP(ATTR_S1_AP_RO) |
4440             L2_BLOCK);
4441         if ((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0) {
4442                 new_l2 |= ATTR_SW_MANAGED;
4443                 new_l2 &= ~ATTR_AF;
4444         }
4445         if ((prot & VM_PROT_EXECUTE) == 0 ||
4446             m->md.pv_memattr == VM_MEMATTR_DEVICE)
4447                 new_l2 |= ATTR_S1_XN;
4448         if (!ADDR_IS_KERNEL(va))
4449                 new_l2 |= ATTR_S1_AP(ATTR_S1_AP_USER) | ATTR_S1_PXN;
4450         else
4451                 new_l2 |= ATTR_S1_UXN;
4452         if (pmap != kernel_pmap)
4453                 new_l2 |= ATTR_S1_nG;
4454         return (pmap_enter_l2(pmap, va, new_l2, PMAP_ENTER_NOSLEEP |
4455             PMAP_ENTER_NOREPLACE | PMAP_ENTER_NORECLAIM, m, lockp) ==
4456             KERN_SUCCESS);
4457 }
4458
4459 /*
4460  * Returns true if every page table entry in the specified page table is
4461  * zero.
4462  */
4463 static bool
4464 pmap_every_pte_zero(vm_paddr_t pa)
4465 {
4466         pt_entry_t *pt_end, *pte;
4467
4468         KASSERT((pa & PAGE_MASK) == 0, ("pa is misaligned"));
4469         pte = (pt_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(pa);
4470         for (pt_end = pte + Ln_ENTRIES; pte < pt_end; pte++) {
4471                 if (*pte != 0)
4472                         return (false);
4473         }
4474         return (true);
4475 }
4476
4477 /*
4478  * Tries to create the specified 2MB page mapping.  Returns KERN_SUCCESS if
4479  * the mapping was created, and either KERN_FAILURE or KERN_RESOURCE_SHORTAGE
4480  * otherwise.  Returns KERN_FAILURE if PMAP_ENTER_NOREPLACE was specified and
4481  * a mapping already exists at the specified virtual address.  Returns
4482  * KERN_RESOURCE_SHORTAGE if PMAP_ENTER_NOSLEEP was specified and a page table
4483  * page allocation failed.  Returns KERN_RESOURCE_SHORTAGE if
4484  * PMAP_ENTER_NORECLAIM was specified and a PV entry allocation failed.
4485  */
4486 static int
4487 pmap_enter_l2(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t new_l2, u_int flags,
4488     vm_page_t m, struct rwlock **lockp)
4489 {
4490         struct spglist free;
4491         pd_entry_t *l2, old_l2;
4492         vm_page_t l2pg, mt;
4493
4494         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
4495         KASSERT(ADDR_IS_CANONICAL(va),
4496             ("%s: Address not in canonical form: %lx", __func__, va));
4497
4498         if ((l2 = pmap_alloc_l2(pmap, va, &l2pg, (flags &
4499             PMAP_ENTER_NOSLEEP) != 0 ? NULL : lockp)) == NULL) {
4500                 CTR2(KTR_PMAP, "pmap_enter_l2: failure for va %#lx in pmap %p",
4501                     va, pmap);
4502                 return (KERN_RESOURCE_SHORTAGE);
4503         }
4504
4505         /*
4506          * If there are existing mappings, either abort or remove them.
4507          */
4508         if ((old_l2 = pmap_load(l2)) != 0) {
4509                 KASSERT(l2pg == NULL || l2pg->ref_count > 1,
4510                     ("pmap_enter_l2: l2pg's ref count is too low"));
4511                 if ((flags & PMAP_ENTER_NOREPLACE) != 0 &&
4512                     (!ADDR_IS_KERNEL(va) ||
4513                     (old_l2 & ATTR_DESCR_MASK) == L2_BLOCK ||
4514                     !pmap_every_pte_zero(old_l2 & ~ATTR_MASK))) {
4515                         if (l2pg != NULL)
4516                                 l2pg->ref_count--;
4517                         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_enter_l2: failure for va %#lx"
4518                             " in pmap %p", va, pmap);
4519                         return (KERN_FAILURE);
4520                 }
4521                 SLIST_INIT(&free);
4522                 if ((old_l2 & ATTR_DESCR_MASK) == L2_BLOCK)
4523                         (void)pmap_remove_l2(pmap, l2, va,
4524                             pmap_load(pmap_l1(pmap, va)), &free, lockp);
4525                 else
4526                         pmap_remove_l3_range(pmap, old_l2, va, va + L2_SIZE,
4527                             &free, lockp);
4528                 if (!ADDR_IS_KERNEL(va)) {
4529                         vm_page_free_pages_toq(&free, true);
4530                         KASSERT(pmap_load(l2) == 0,
4531                             ("pmap_enter_l2: non-zero L2 entry %p", l2));
4532                 } else {
4533                         KASSERT(SLIST_EMPTY(&free),
4534                             ("pmap_enter_l2: freed kernel page table page"));
4535
4536                         /*
4537                          * Both pmap_remove_l2() and pmap_remove_l3_range()
4538                          * will leave the kernel page table page zero filled.
4539                          * Nonetheless, the TLB could have an intermediate
4540                          * entry for the kernel page table page, so request
4541                          * an invalidation at all levels after clearing
4542                          * the L2_TABLE entry.
4543                          */
4544                         mt = PHYS_TO_VM_PAGE(pmap_load(l2) & ~ATTR_MASK);
4545                         if (pmap_insert_pt_page(pmap, mt, false))
4546                                 panic("pmap_enter_l2: trie insert failed");
4547                         pmap_clear(l2);
4548                         pmap_invalidate_page(pmap, va, false);
4549                 }
4550         }
4551
4552         if ((new_l2 & ATTR_SW_MANAGED) != 0) {
4553                 /*
4554                  * Abort this mapping if its PV entry could not be created.
4555                  */
4556                 if (!pmap_pv_insert_l2(pmap, va, new_l2, flags, lockp)) {
4557                         if (l2pg != NULL)
4558                                 pmap_abort_ptp(pmap, va, l2pg);
4559                         CTR2(KTR_PMAP,
4560                             "pmap_enter_l2: failure for va %#lx in pmap %p",
4561                             va, pmap);
4562                         return (KERN_RESOURCE_SHORTAGE);
4563                 }
4564                 if ((new_l2 & ATTR_SW_DBM) != 0)
4565                         for (mt = m; mt < &m[L2_SIZE / PAGE_SIZE]; mt++)
4566                                 vm_page_aflag_set(mt, PGA_WRITEABLE);
4567         }
4568
4569         /*
4570          * Increment counters.
4571          */
4572         if ((new_l2 & ATTR_SW_WIRED) != 0)
4573                 pmap->pm_stats.wired_count += L2_SIZE / PAGE_SIZE;
4574         pmap->pm_stats.resident_count += L2_SIZE / PAGE_SIZE;
4575
4576         /*
4577          * Conditionally sync the icache.  See pmap_enter() for details.
4578          */
4579         if ((new_l2 & ATTR_S1_XN) == 0 && ((new_l2 & ~ATTR_MASK) !=
4580             (old_l2 & ~ATTR_MASK) || (old_l2 & ATTR_S1_XN) != 0) &&
4581             pmap != kernel_pmap && m->md.pv_memattr == VM_MEMATTR_WRITE_BACK) {
4582                 cpu_icache_sync_range(PHYS_TO_DMAP(new_l2 & ~ATTR_MASK),
4583                     L2_SIZE);
4584         }
4585
4586         /*
4587          * Map the superpage.
4588          */
4589         pmap_store(l2, new_l2);
4590         dsb(ishst);
4591
4592         atomic_add_long(&pmap_l2_mappings, 1);
4593         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_enter_l2: success for va %#lx in pmap %p",
4594             va, pmap);
4595
4596         return (KERN_SUCCESS);
4597 }
4598
4599 /*
4600  * Maps a sequence of resident pages belonging to the same object.
4601  * The sequence begins with the given page m_start.  This page is
4602  * mapped at the given virtual address start.  Each subsequent page is
4603  * mapped at a virtual address that is offset from start by the same
4604  * amount as the page is offset from m_start within the object.  The
4605  * last page in the sequence is the page with the largest offset from
4606  * m_start that can be mapped at a virtual address less than the given
4607  * virtual address end.  Not every virtual page between start and end
4608  * is mapped; only those for which a resident page exists with the
4609  * corresponding offset from m_start are mapped.
4610  */
4611 void
4612 pmap_enter_object(pmap_t pmap, vm_offset_t start, vm_offset_t end,
4613     vm_page_t m_start, vm_prot_t prot)
4614 {
4615         struct rwlock *lock;
4616         vm_offset_t va;
4617         vm_page_t m, mpte;
4618         vm_pindex_t diff, psize;
4619
4620         VM_OBJECT_ASSERT_LOCKED(m_start->object);
4621
4622         psize = atop(end - start);
4623         mpte = NULL;
4624         m = m_start;
4625         lock = NULL;
4626         PMAP_LOCK(pmap);
4627         while (m != NULL && (diff = m->pindex - m_start->pindex) < psize) {
4628                 va = start + ptoa(diff);
4629                 if ((va & L2_OFFSET) == 0 && va + L2_SIZE <= end &&
4630                     m->psind == 1 && pmap_ps_enabled(pmap) &&
4631                     pmap_enter_2mpage(pmap, va, m, prot, &lock))
4632                         m = &m[L2_SIZE / PAGE_SIZE - 1];
4633                 else
4634                         mpte = pmap_enter_quick_locked(pmap, va, m, prot, mpte,
4635                             &lock);
4636                 m = TAILQ_NEXT(m, listq);
4637         }
4638         if (lock != NULL)
4639                 rw_wunlock(lock);
4640         PMAP_UNLOCK(pmap);
4641 }
4642
4643 /*
4644  * this code makes some *MAJOR* assumptions:
4645  * 1. Current pmap & pmap exists.
4646  * 2. Not wired.
4647  * 3. Read access.
4648  * 4. No page table pages.
4649  * but is *MUCH* faster than pmap_enter...
4650  */
4651
4652 void
4653 pmap_enter_quick(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m, vm_prot_t prot)
4654 {
4655         struct rwlock *lock;
4656
4657         lock = NULL;
4658         PMAP_LOCK(pmap);
4659         (void)pmap_enter_quick_locked(pmap, va, m, prot, NULL, &lock);
4660         if (lock != NULL)
4661                 rw_wunlock(lock);
4662         PMAP_UNLOCK(pmap);
4663 }
4664
4665 static vm_page_t
4666 pmap_enter_quick_locked(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m,
4667     vm_prot_t prot, vm_page_t mpte, struct rwlock **lockp)
4668 {
4669         pd_entry_t *pde;
4670         pt_entry_t *l1, *l2, *l3, l3_val;
4671         vm_paddr_t pa;
4672         int lvl;
4673
4674         KASSERT(!VA_IS_CLEANMAP(va) ||
4675             (m->oflags & VPO_UNMANAGED) != 0,
4676             ("pmap_enter_quick_locked: managed mapping within the clean submap"));
4677         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
4678         PMAP_ASSERT_STAGE1(pmap);
4679         KASSERT(ADDR_IS_CANONICAL(va),
4680             ("%s: Address not in canonical form: %lx", __func__, va));
4681
4682         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_enter_quick_locked: %p %lx", pmap, va);
4683         /*
4684          * In the case that a page table page is not
4685          * resident, we are creating it here.
4686          */
4687         if (!ADDR_IS_KERNEL(va)) {
4688                 vm_pindex_t l2pindex;
4689
4690                 /*
4691                  * Calculate pagetable page index
4692                  */
4693                 l2pindex = pmap_l2_pindex(va);
4694                 if (mpte && (mpte->pindex == l2pindex)) {
4695                         mpte->ref_count++;
4696                 } else {
4697                         /*
4698                          * If the page table page is mapped, we just increment
4699                          * the hold count, and activate it.  Otherwise, we
4700                          * attempt to allocate a page table page, passing NULL
4701                          * instead of the PV list lock pointer because we don't
4702                          * intend to sleep.  If this attempt fails, we don't
4703                          * retry.  Instead, we give up.
4704                          */
4705                         l1 = pmap_l1(pmap, va);
4706                         if (l1 != NULL && pmap_load(l1) != 0) {
4707                                 if ((pmap_load(l1) & ATTR_DESCR_MASK) ==
4708                                     L1_BLOCK)
4709                                         return (NULL);
4710                                 l2 = pmap_l1_to_l2(l1, va);
4711                                 if (pmap_load(l2) != 0) {
4712                                         if ((pmap_load(l2) & ATTR_DESCR_MASK) ==
4713                                             L2_BLOCK)
4714                                                 return (NULL);
4715                                         mpte = PHYS_TO_VM_PAGE(pmap_load(l2) &
4716                                             ~ATTR_MASK);
4717                                         mpte->ref_count++;
4718                                 } else {
4719                                         mpte = _pmap_alloc_l3(pmap, l2pindex,
4720                                             NULL);
4721                                         if (mpte == NULL)
4722                                                 return (mpte);
4723                                 }
4724                         } else {
4725                                 mpte = _pmap_alloc_l3(pmap, l2pindex, NULL);
4726                                 if (mpte == NULL)
4727                                         return (mpte);
4728                         }
4729                 }
4730                 l3 = (pt_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(mpte));
4731                 l3 = &l3[pmap_l3_index(va)];
4732         } else {
4733                 mpte = NULL;
4734                 pde = pmap_pde(kernel_pmap, va, &lvl);
4735                 KASSERT(pde != NULL,
4736                     ("pmap_enter_quick_locked: Invalid page entry, va: 0x%lx",
4737                      va));
4738                 KASSERT(lvl == 2,
4739                     ("pmap_enter_quick_locked: Invalid level %d", lvl));
4740                 l3 = pmap_l2_to_l3(pde, va);
4741         }
4742
4743         /*
4744          * Abort if a mapping already exists.
4745          */
4746         if (pmap_load(l3) != 0) {
4747                 if (mpte != NULL)
4748                         mpte->ref_count--;
4749                 return (NULL);
4750         }
4751
4752         /*
4753          * Enter on the PV list if part of our managed memory.
4754          */
4755         if ((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0 &&
4756             !pmap_try_insert_pv_entry(pmap, va, m, lockp)) {
4757                 if (mpte != NULL)
4758                         pmap_abort_ptp(pmap, va, mpte);
4759                 return (NULL);
4760         }
4761
4762         /*
4763          * Increment counters
4764          */
4765         pmap_resident_count_inc(pmap, 1);
4766
4767         pa = VM_PAGE_TO_PHYS(m);
4768         l3_val = pa | ATTR_DEFAULT | ATTR_S1_IDX(m->md.pv_memattr) |
4769             ATTR_S1_AP(ATTR_S1_AP_RO) | L3_PAGE;
4770         if ((prot & VM_PROT_EXECUTE) == 0 ||
4771             m->md.pv_memattr == VM_MEMATTR_DEVICE)
4772                 l3_val |= ATTR_S1_XN;
4773         if (!ADDR_IS_KERNEL(va))
4774                 l3_val |= ATTR_S1_AP(ATTR_S1_AP_USER) | ATTR_S1_PXN;
4775         else
4776                 l3_val |= ATTR_S1_UXN;
4777         if (pmap != kernel_pmap)
4778                 l3_val |= ATTR_S1_nG;
4779
4780         /*
4781          * Now validate mapping with RO protection
4782          */
4783         if ((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0) {
4784                 l3_val |= ATTR_SW_MANAGED;
4785                 l3_val &= ~ATTR_AF;
4786         }
4787
4788         /* Sync icache before the mapping is stored to PTE */
4789         if ((prot & VM_PROT_EXECUTE) && pmap != kernel_pmap &&
4790             m->md.pv_memattr == VM_MEMATTR_WRITE_BACK)
4791                 cpu_icache_sync_range(PHYS_TO_DMAP(pa), PAGE_SIZE);
4792
4793         pmap_store(l3, l3_val);
4794         dsb(ishst);
4795
4796         return (mpte);
4797 }
4798
4799 /*
4800  * This code maps large physical mmap regions into the
4801  * processor address space.  Note that some shortcuts
4802  * are taken, but the code works.
4803  */
4804 void
4805 pmap_object_init_pt(pmap_t pmap, vm_offset_t addr, vm_object_t object,
4806     vm_pindex_t pindex, vm_size_t size)
4807 {
4808
4809         VM_OBJECT_ASSERT_WLOCKED(object);
4810         KASSERT(object->type == OBJT_DEVICE || object->type == OBJT_SG,
4811             ("pmap_object_init_pt: non-device object"));
4812 }
4813
4814 /*
4815  *      Clear the wired attribute from the mappings for the specified range of
4816  *      addresses in the given pmap.  Every valid mapping within that range
4817  *      must have the wired attribute set.  In contrast, invalid mappings
4818  *      cannot have the wired attribute set, so they are ignored.
4819  *
4820  *      The wired attribute of the page table entry is not a hardware feature,
4821  *      so there is no need to invalidate any TLB entries.
4822  */
4823 void
4824 pmap_unwire(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
4825 {
4826         vm_offset_t va_next;
4827         pd_entry_t *l0, *l1, *l2;
4828         pt_entry_t *l3;
4829
4830         PMAP_LOCK(pmap);
4831         for (; sva < eva; sva = va_next) {
4832                 l0 = pmap_l0(pmap, sva);
4833                 if (pmap_load(l0) == 0) {
4834                         va_next = (sva + L0_SIZE) & ~L0_OFFSET;
4835                         if (va_next < sva)
4836                                 va_next = eva;
4837                         continue;
4838                 }
4839
4840                 l1 = pmap_l0_to_l1(l0, sva);
4841                 va_next = (sva + L1_SIZE) & ~L1_OFFSET;
4842                 if (va_next < sva)
4843                         va_next = eva;
4844                 if (pmap_load(l1) == 0)
4845                         continue;
4846
4847                 if ((pmap_load(l1) & ATTR_DESCR_MASK) == L1_BLOCK) {
4848                         KASSERT(va_next <= eva,
4849                             ("partial update of non-transparent 1G page "
4850                             "l1 %#lx sva %#lx eva %#lx va_next %#lx",
4851                             pmap_load(l1), sva, eva, va_next));
4852                         MPASS(pmap != kernel_pmap);
4853                         MPASS((pmap_load(l1) & (ATTR_SW_MANAGED |
4854                             ATTR_SW_WIRED)) == ATTR_SW_WIRED);
4855                         pmap_clear_bits(l1, ATTR_SW_WIRED);
4856                         pmap->pm_stats.wired_count -= L1_SIZE / PAGE_SIZE;
4857                         continue;
4858                 }
4859
4860                 va_next = (sva + L2_SIZE) & ~L2_OFFSET;
4861                 if (va_next < sva)
4862                         va_next = eva;
4863
4864                 l2 = pmap_l1_to_l2(l1, sva);
4865                 if (pmap_load(l2) == 0)
4866                         continue;
4867
4868                 if ((pmap_load(l2) & ATTR_DESCR_MASK) == L2_BLOCK) {
4869                         if ((pmap_load(l2) & ATTR_SW_WIRED) == 0)
4870                                 panic("pmap_unwire: l2 %#jx is missing "
4871                                     "ATTR_SW_WIRED", (uintmax_t)pmap_load(l2));
4872
4873                         /*
4874                          * Are we unwiring the entire large page?  If not,
4875                          * demote the mapping and fall through.
4876                          */
4877                         if (sva + L2_SIZE == va_next && eva >= va_next) {
4878                                 pmap_clear_bits(l2, ATTR_SW_WIRED);
4879                                 pmap->pm_stats.wired_count -= L2_SIZE /
4880                                     PAGE_SIZE;
4881                                 continue;
4882                         } else if (pmap_demote_l2(pmap, l2, sva) == NULL)
4883                                 panic("pmap_unwire: demotion failed");
4884                 }
4885                 KASSERT((pmap_load(l2) & ATTR_DESCR_MASK) == L2_TABLE,
4886                     ("pmap_unwire: Invalid l2 entry after demotion"));
4887
4888                 if (va_next > eva)
4889                         va_next = eva;
4890                 for (l3 = pmap_l2_to_l3(l2, sva); sva != va_next; l3++,
4891                     sva += L3_SIZE) {
4892                         if (pmap_load(l3) == 0)
4893                                 continue;
4894                         if ((pmap_load(l3) & ATTR_SW_WIRED) == 0)
4895                                 panic("pmap_unwire: l3 %#jx is missing "
4896                                     "ATTR_SW_WIRED", (uintmax_t)pmap_load(l3));
4897
4898                         /*
4899                          * ATTR_SW_WIRED must be cleared atomically.  Although
4900                          * the pmap lock synchronizes access to ATTR_SW_WIRED,
4901                          * the System MMU may write to the entry concurrently.
4902                          */
4903                         pmap_clear_bits(l3, ATTR_SW_WIRED);
4904                         pmap->pm_stats.wired_count--;
4905                 }
4906         }
4907         PMAP_UNLOCK(pmap);
4908 }
4909
4910 /*
4911  *      Copy the range specified by src_addr/len
4912  *      from the source map to the range dst_addr/len
4913  *      in the destination map.
4914  *
4915  *      This routine is only advisory and need not do anything.
4916  *
4917  *      Because the executable mappings created by this routine are copied,
4918  *      it should not have to flush the instruction cache.
4919  */
4920 void
4921 pmap_copy(pmap_t dst_pmap, pmap_t src_pmap, vm_offset_t dst_addr, vm_size_t len,
4922     vm_offset_t src_addr)
4923 {
4924         struct rwlock *lock;
4925         pd_entry_t *l0, *l1, *l2, srcptepaddr;
4926         pt_entry_t *dst_pte, mask, nbits, ptetemp, *src_pte;
4927         vm_offset_t addr, end_addr, va_next;
4928         vm_page_t dst_m, dstmpte, srcmpte;
4929
4930         PMAP_ASSERT_STAGE1(dst_pmap);
4931         PMAP_ASSERT_STAGE1(src_pmap);
4932
4933         if (dst_addr != src_addr)
4934                 return;
4935         end_addr = src_addr + len;
4936         lock = NULL;
4937         if (dst_pmap < src_pmap) {
4938                 PMAP_LOCK(dst_pmap);
4939                 PMAP_LOCK(src_pmap);
4940         } else {
4941                 PMAP_LOCK(src_pmap);
4942                 PMAP_LOCK(dst_pmap);
4943         }
4944         for (addr = src_addr; addr < end_addr; addr = va_next) {
4945                 l0 = pmap_l0(src_pmap, addr);
4946                 if (pmap_load(l0) == 0) {
4947                         va_next = (addr + L0_SIZE) & ~L0_OFFSET;
4948                         if (va_next < addr)
4949                                 va_next = end_addr;
4950                         continue;
4951                 }
4952
4953                 va_next = (addr + L1_SIZE) & ~L1_OFFSET;
4954                 if (va_next < addr)
4955                         va_next = end_addr;
4956                 l1 = pmap_l0_to_l1(l0, addr);
4957                 if (pmap_load(l1) == 0)
4958                         continue;
4959                 if ((pmap_load(l1) & ATTR_DESCR_MASK) == L1_BLOCK) {
4960                         KASSERT(va_next <= end_addr,
4961                             ("partial update of non-transparent 1G page "
4962                             "l1 %#lx addr %#lx end_addr %#lx va_next %#lx",
4963                             pmap_load(l1), addr, end_addr, va_next));
4964                         srcptepaddr = pmap_load(l1);
4965                         l1 = pmap_l1(dst_pmap, addr);
4966                         if (l1 == NULL) {
4967                                 if (_pmap_alloc_l3(dst_pmap,
4968                                     pmap_l0_pindex(addr), NULL) == NULL)
4969                                         break;
4970                                 l1 = pmap_l1(dst_pmap, addr);
4971                         } else {
4972                                 l0 = pmap_l0(dst_pmap, addr);
4973                                 dst_m = PHYS_TO_VM_PAGE(pmap_load(l0) &
4974                                     ~ATTR_MASK);
4975                                 dst_m->ref_count++;
4976                         }
4977                         KASSERT(pmap_load(l1) == 0,
4978                             ("1G mapping present in dst pmap "
4979                             "l1 %#lx addr %#lx end_addr %#lx va_next %#lx",
4980                             pmap_load(l1), addr, end_addr, va_next));
4981                         pmap_store(l1, srcptepaddr & ~ATTR_SW_WIRED);
4982                         pmap_resident_count_inc(dst_pmap, L1_SIZE / PAGE_SIZE);
4983                         continue;
4984                 }
4985
4986                 va_next = (addr + L2_SIZE) & ~L2_OFFSET;
4987                 if (va_next < addr)
4988                         va_next = end_addr;
4989                 l2 = pmap_l1_to_l2(l1, addr);
4990                 srcptepaddr = pmap_load(l2);
4991                 if (srcptepaddr == 0)
4992                         continue;
4993                 if ((srcptepaddr & ATTR_DESCR_MASK) == L2_BLOCK) {
4994                         /*
4995                          * We can only virtual copy whole superpages.
4996                          */
4997                         if ((addr & L2_OFFSET) != 0 ||
4998                             addr + L2_SIZE > end_addr)
4999                                 continue;
5000                         l2 = pmap_alloc_l2(dst_pmap, addr, &dst_m, NULL);
5001                         if (l2 == NULL)
5002                                 break;
5003                         if (pmap_load(l2) == 0 &&
5004                             ((srcptepaddr & ATTR_SW_MANAGED) == 0 ||
5005                             pmap_pv_insert_l2(dst_pmap, addr, srcptepaddr,
5006                             PMAP_ENTER_NORECLAIM, &lock))) {
5007                                 /*
5008                                  * We leave the dirty bit unchanged because
5009                                  * managed read/write superpage mappings are
5010                                  * required to be dirty.  However, managed
5011                                  * superpage mappings are not required to
5012                                  * have their accessed bit set, so we clear
5013                                  * it because we don't know if this mapping
5014                                  * will be used.
5015                                  */
5016                                 srcptepaddr &= ~ATTR_SW_WIRED;
5017                                 if ((srcptepaddr & ATTR_SW_MANAGED) != 0)
5018                                         srcptepaddr &= ~ATTR_AF;
5019                                 pmap_store(l2, srcptepaddr);
5020                                 pmap_resident_count_inc(dst_pmap, L2_SIZE /
5021                                     PAGE_SIZE);
5022                                 atomic_add_long(&pmap_l2_mappings, 1);
5023                         } else
5024                                 pmap_abort_ptp(dst_pmap, addr, dst_m);
5025                         continue;
5026                 }
5027                 KASSERT((srcptepaddr & ATTR_DESCR_MASK) == L2_TABLE,
5028                     ("pmap_copy: invalid L2 entry"));
5029                 srcptepaddr &= ~ATTR_MASK;
5030                 srcmpte = PHYS_TO_VM_PAGE(srcptepaddr);
5031                 KASSERT(srcmpte->ref_count > 0,
5032                     ("pmap_copy: source page table page is unused"));
5033                 if (va_next > end_addr)
5034                         va_next = end_addr;
5035                 src_pte = (pt_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(srcptepaddr);
5036                 src_pte = &src_pte[pmap_l3_index(addr)];
5037                 dstmpte = NULL;
5038                 for (; addr < va_next; addr += PAGE_SIZE, src_pte++) {
5039                         ptetemp = pmap_load(src_pte);
5040
5041                         /*
5042                          * We only virtual copy managed pages.
5043                          */
5044                         if ((ptetemp & ATTR_SW_MANAGED) == 0)
5045                                 continue;
5046
5047                         if (dstmpte != NULL) {
5048                                 KASSERT(dstmpte->pindex == pmap_l2_pindex(addr),
5049                                     ("dstmpte pindex/addr mismatch"));
5050                                 dstmpte->ref_count++;
5051                         } else if ((dstmpte = pmap_alloc_l3(dst_pmap, addr,
5052                             NULL)) == NULL)
5053                                 goto out;
5054                         dst_pte = (pt_entry_t *)
5055                             PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(dstmpte));
5056                         dst_pte = &dst_pte[pmap_l3_index(addr)];
5057                         if (pmap_load(dst_pte) == 0 &&
5058                             pmap_try_insert_pv_entry(dst_pmap, addr,
5059                             PHYS_TO_VM_PAGE(ptetemp & ~ATTR_MASK), &lock)) {
5060                                 /*
5061                                  * Clear the wired, modified, and accessed
5062                                  * (referenced) bits during the copy.
5063                                  */
5064                                 mask = ATTR_AF | ATTR_SW_WIRED;
5065                                 nbits = 0;
5066                                 if ((ptetemp & ATTR_SW_DBM) != 0)
5067                                         nbits |= ATTR_S1_AP_RW_BIT;
5068                                 pmap_store(dst_pte, (ptetemp & ~mask) | nbits);
5069                                 pmap_resident_count_inc(dst_pmap, 1);
5070                         } else {
5071                                 pmap_abort_ptp(dst_pmap, addr, dstmpte);
5072                                 goto out;
5073                         }
5074                         /* Have we copied all of the valid mappings? */ 
5075                         if (dstmpte->ref_count >= srcmpte->ref_count)
5076                                 break;
5077                 }
5078         }
5079 out:
5080         /*
5081          * XXX This barrier may not be needed because the destination pmap is
5082          * not active.
5083          */
5084         dsb(ishst);
5085
5086         if (lock != NULL)
5087                 rw_wunlock(lock);
5088         PMAP_UNLOCK(src_pmap);
5089         PMAP_UNLOCK(dst_pmap);
5090 }
5091
5092 /*
5093  *      pmap_zero_page zeros the specified hardware page by mapping
5094  *      the page into KVM and using bzero to clear its contents.
5095  */
5096 void
5097 pmap_zero_page(vm_page_t m)
5098 {
5099         vm_offset_t va = PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
5100
5101         pagezero((void *)va);
5102 }
5103
5104 /*
5105  *      pmap_zero_page_area zeros the specified hardware page by mapping
5106  *      the page into KVM and using bzero to clear its contents.
5107  *
5108  *      off and size may not cover an area beyond a single hardware page.
5109  */
5110 void
5111 pmap_zero_page_area(vm_page_t m, int off, int size)
5112 {
5113         vm_offset_t va = PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
5114
5115         if (off == 0 && size == PAGE_SIZE)
5116                 pagezero((void *)va);
5117         else
5118                 bzero((char *)va + off, size);
5119 }
5120
5121 /*
5122  *      pmap_copy_page copies the specified (machine independent)
5123  *      page by mapping the page into virtual memory and using
5124  *      bcopy to copy the page, one machine dependent page at a
5125  *      time.
5126  */
5127 void
5128 pmap_copy_page(vm_page_t msrc, vm_page_t mdst)
5129 {
5130         vm_offset_t src = PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(msrc));
5131         vm_offset_t dst = PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(mdst));
5132
5133         pagecopy((void *)src, (void *)dst);
5134 }
5135
5136 int unmapped_buf_allowed = 1;
5137
5138 void
5139 pmap_copy_pages(vm_page_t ma[], vm_offset_t a_offset, vm_page_t mb[],
5140     vm_offset_t b_offset, int xfersize)
5141 {
5142         void *a_cp, *b_cp;
5143         vm_page_t m_a, m_b;
5144         vm_paddr_t p_a, p_b;
5145         vm_offset_t a_pg_offset, b_pg_offset;
5146         int cnt;
5147
5148         while (xfersize > 0) {
5149                 a_pg_offset = a_offset & PAGE_MASK;
5150                 m_a = ma[a_offset >> PAGE_SHIFT];
5151                 p_a = m_a->phys_addr;
5152                 b_pg_offset = b_offset & PAGE_MASK;
5153                 m_b = mb[b_offset >> PAGE_SHIFT];
5154                 p_b = m_b->phys_addr;
5155                 cnt = min(xfersize, PAGE_SIZE - a_pg_offset);
5156                 cnt = min(cnt, PAGE_SIZE - b_pg_offset);
5157                 if (__predict_false(!PHYS_IN_DMAP(p_a))) {
5158                         panic("!DMAP a %lx", p_a);
5159                 } else {
5160                         a_cp = (char *)PHYS_TO_DMAP(p_a) + a_pg_offset;
5161                 }
5162                 if (__predict_false(!PHYS_IN_DMAP(p_b))) {
5163                         panic("!DMAP b %lx", p_b);
5164                 } else {
5165                         b_cp = (char *)PHYS_TO_DMAP(p_b) + b_pg_offset;
5166                 }
5167                 bcopy(a_cp, b_cp, cnt);
5168                 a_offset += cnt;
5169                 b_offset += cnt;
5170                 xfersize -= cnt;
5171         }
5172 }
5173
5174 vm_offset_t
5175 pmap_quick_enter_page(vm_page_t m)
5176 {
5177
5178         return (PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(m)));
5179 }
5180
5181 void
5182 pmap_quick_remove_page(vm_offset_t addr)
5183 {
5184 }
5185
5186 /*
5187  * Returns true if the pmap's pv is one of the first
5188  * 16 pvs linked to from this page.  This count may
5189  * be changed upwards or downwards in the future; it
5190  * is only necessary that true be returned for a small
5191  * subset of pmaps for proper page aging.
5192  */
5193 boolean_t
5194 pmap_page_exists_quick(pmap_t pmap, vm_page_t m)
5195 {
5196         struct md_page *pvh;
5197         struct rwlock *lock;
5198         pv_entry_t pv;
5199         int loops = 0;
5200         boolean_t rv;
5201
5202         KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
5203             ("pmap_page_exists_quick: page %p is not managed", m));
5204         rv = FALSE;
5205         lock = VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m);
5206         rw_rlock(lock);
5207         TAILQ_FOREACH(pv, &m->md.pv_list, pv_next) {
5208                 if (PV_PMAP(pv) == pmap) {
5209                         rv = TRUE;
5210                         break;
5211                 }
5212                 loops++;
5213                 if (loops >= 16)
5214                         break;
5215         }
5216         if (!rv && loops < 16 && (m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0) {
5217                 pvh = page_to_pvh(m);
5218                 TAILQ_FOREACH(pv, &pvh->pv_list, pv_next) {
5219                         if (PV_PMAP(pv) == pmap) {
5220                                 rv = TRUE;
5221                                 break;
5222                         }
5223                         loops++;
5224                         if (loops >= 16)
5225                                 break;
5226                 }
5227         }
5228         rw_runlock(lock);
5229         return (rv);
5230 }
5231
5232 /*
5233  *      pmap_page_wired_mappings:
5234  *
5235  *      Return the number of managed mappings to the given physical page
5236  *      that are wired.
5237  */
5238 int
5239 pmap_page_wired_mappings(vm_page_t m)
5240 {
5241         struct rwlock *lock;
5242         struct md_page *pvh;
5243         pmap_t pmap;
5244         pt_entry_t *pte;
5245         pv_entry_t pv;
5246         int count, lvl, md_gen, pvh_gen;
5247
5248         if ((m->oflags & VPO_UNMANAGED) != 0)
5249                 return (0);
5250         lock = VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m);
5251         rw_rlock(lock);
5252 restart:
5253         count = 0;
5254         TAILQ_FOREACH(pv, &m->md.pv_list, pv_next) {
5255                 pmap = PV_PMAP(pv);
5256                 if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
5257                         md_gen = m->md.pv_gen;
5258                         rw_runlock(lock);
5259                         PMAP_LOCK(pmap);
5260                         rw_rlock(lock);
5261                         if (md_gen != m->md.pv_gen) {
5262                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
5263                                 goto restart;
5264                         }
5265                 }
5266                 pte = pmap_pte(pmap, pv->pv_va, &lvl);
5267                 if (pte != NULL && (pmap_load(pte) & ATTR_SW_WIRED) != 0)
5268                         count++;
5269                 PMAP_UNLOCK(pmap);
5270         }
5271         if ((m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0) {
5272                 pvh = page_to_pvh(m);
5273                 TAILQ_FOREACH(pv, &pvh->pv_list, pv_next) {
5274                         pmap = PV_PMAP(pv);
5275                         if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
5276                                 md_gen = m->md.pv_gen;
5277                                 pvh_gen = pvh->pv_gen;
5278                                 rw_runlock(lock);
5279                                 PMAP_LOCK(pmap);
5280                                 rw_rlock(lock);
5281                                 if (md_gen != m->md.pv_gen ||
5282                                     pvh_gen != pvh->pv_gen) {
5283                                         PMAP_UNLOCK(pmap);
5284                                         goto restart;
5285                                 }
5286                         }
5287                         pte = pmap_pte(pmap, pv->pv_va, &lvl);
5288                         if (pte != NULL &&
5289                             (pmap_load(pte) & ATTR_SW_WIRED) != 0)
5290                                 count++;
5291                         PMAP_UNLOCK(pmap);
5292                 }
5293         }
5294         rw_runlock(lock);
5295         return (count);
5296 }
5297
5298 /*
5299  * Returns true if the given page is mapped individually or as part of
5300  * a 2mpage.  Otherwise, returns false.
5301  */
5302 bool
5303 pmap_page_is_mapped(vm_page_t m)
5304 {
5305         struct rwlock *lock;
5306         bool rv;
5307
5308         if ((m->oflags & VPO_UNMANAGED) != 0)
5309                 return (false);
5310         lock = VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m);
5311         rw_rlock(lock);
5312         rv = !TAILQ_EMPTY(&m->md.pv_list) ||
5313             ((m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0 &&
5314             !TAILQ_EMPTY(&page_to_pvh(m)->pv_list));
5315         rw_runlock(lock);
5316         return (rv);
5317 }
5318
5319 /*
5320  * Destroy all managed, non-wired mappings in the given user-space
5321  * pmap.  This pmap cannot be active on any processor besides the
5322  * caller.
5323  *
5324  * This function cannot be applied to the kernel pmap.  Moreover, it
5325  * is not intended for general use.  It is only to be used during
5326  * process termination.  Consequently, it can be implemented in ways
5327  * that make it faster than pmap_remove().  First, it can more quickly
5328  * destroy mappings by iterating over the pmap's collection of PV
5329  * entries, rather than searching the page table.  Second, it doesn't
5330  * have to test and clear the page table entries atomically, because
5331  * no processor is currently accessing the user address space.  In
5332  * particular, a page table entry's dirty bit won't change state once
5333  * this function starts.
5334  */
5335 void
5336 pmap_remove_pages(pmap_t pmap)
5337 {
5338         pd_entry_t *pde;
5339         pt_entry_t *pte, tpte;
5340         struct spglist free;
5341         vm_page_t m, ml3, mt;
5342         pv_entry_t pv;
5343         struct md_page *pvh;
5344         struct pv_chunk *pc, *npc;
5345         struct rwlock *lock;
5346         int64_t bit;
5347         uint64_t inuse, bitmask;
5348         int allfree, field, freed, idx, lvl;
5349         vm_paddr_t pa;
5350
5351         lock = NULL;
5352
5353         SLIST_INIT(&free);
5354         PMAP_LOCK(pmap);
5355         TAILQ_FOREACH_SAFE(pc, &pmap->pm_pvchunk, pc_list, npc) {
5356                 allfree = 1;
5357                 freed = 0;
5358                 for (field = 0; field < _NPCM; field++) {
5359                         inuse = ~pc->pc_map[field] & pc_freemask[field];
5360                         while (inuse != 0) {
5361                                 bit = ffsl(inuse) - 1;
5362                                 bitmask = 1UL << bit;
5363                                 idx = field * 64 + bit;
5364                                 pv = &pc->pc_pventry[idx];
5365                                 inuse &= ~bitmask;
5366
5367                                 pde = pmap_pde(pmap, pv->pv_va, &lvl);
5368                                 KASSERT(pde != NULL,
5369                                     ("Attempting to remove an unmapped page"));
5370
5371                                 switch(lvl) {
5372                                 case 1:
5373                                         pte = pmap_l1_to_l2(pde, pv->pv_va);
5374                                         tpte = pmap_load(pte); 
5375                                         KASSERT((tpte & ATTR_DESCR_MASK) ==
5376                                             L2_BLOCK,
5377                                             ("Attempting to remove an invalid "
5378                                             "block: %lx", tpte));
5379                                         break;
5380                                 case 2:
5381                                         pte = pmap_l2_to_l3(pde, pv->pv_va);
5382                                         tpte = pmap_load(pte);
5383                                         KASSERT((tpte & ATTR_DESCR_MASK) ==
5384                                             L3_PAGE,
5385                                             ("Attempting to remove an invalid "
5386                                              "page: %lx", tpte));
5387                                         break;
5388                                 default:
5389                                         panic(
5390                                             "Invalid page directory level: %d",
5391                                             lvl);
5392                                 }
5393
5394 /*
5395  * We cannot remove wired pages from a process' mapping at this time
5396  */
5397                                 if (tpte & ATTR_SW_WIRED) {
5398                                         allfree = 0;
5399                                         continue;
5400                                 }
5401
5402                                 /* Mark free */
5403                                 pc->pc_map[field] |= bitmask;
5404
5405                                 /*
5406                                  * Because this pmap is not active on other
5407                                  * processors, the dirty bit cannot have
5408                                  * changed state since we last loaded pte.
5409                                  */
5410                                 pmap_clear(pte);
5411
5412                                 pa = tpte & ~ATTR_MASK;
5413
5414                                 m = PHYS_TO_VM_PAGE(pa);
5415                                 KASSERT(m->phys_addr == pa,
5416                                     ("vm_page_t %p phys_addr mismatch %016jx %016jx",
5417                                     m, (uintmax_t)m->phys_addr,
5418                                     (uintmax_t)tpte));
5419
5420                                 KASSERT((m->flags & PG_FICTITIOUS) != 0 ||
5421                                     m < &vm_page_array[vm_page_array_size],
5422                                     ("pmap_remove_pages: bad pte %#jx",
5423                                     (uintmax_t)tpte));
5424
5425                                 /*
5426                                  * Update the vm_page_t clean/reference bits.
5427                                  */
5428                                 if (pmap_pte_dirty(pmap, tpte)) {
5429                                         switch (lvl) {
5430                                         case 1:
5431                                                 for (mt = m; mt < &m[L2_SIZE / PAGE_SIZE]; mt++)
5432                                                         vm_page_dirty(mt);
5433                                                 break;
5434                                         case 2:
5435                                                 vm_page_dirty(m);
5436                                                 break;
5437                                         }
5438                                 }
5439
5440                                 CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_VM_PAGE(&lock, m);
5441
5442                                 switch (lvl) {
5443                                 case 1:
5444                                         pmap_resident_count_dec(pmap,
5445                                             L2_SIZE / PAGE_SIZE);
5446                                         pvh = page_to_pvh(m);
5447                                         TAILQ_REMOVE(&pvh->pv_list, pv,pv_next);
5448                                         pvh->pv_gen++;
5449                                         if (TAILQ_EMPTY(&pvh->pv_list)) {
5450                                                 for (mt = m; mt < &m[L2_SIZE / PAGE_SIZE]; mt++)
5451                                                         if ((mt->a.flags & PGA_WRITEABLE) != 0 &&
5452                                                             TAILQ_EMPTY(&mt->md.pv_list))
5453                                                                 vm_page_aflag_clear(mt, PGA_WRITEABLE);
5454                                         }
5455                                         ml3 = pmap_remove_pt_page(pmap,
5456                                             pv->pv_va);
5457                                         if (ml3 != NULL) {
5458                                                 KASSERT(ml3->valid == VM_PAGE_BITS_ALL,
5459                                                     ("pmap_remove_pages: l3 page not promoted"));
5460                                                 pmap_resident_count_dec(pmap,1);
5461                                                 KASSERT(ml3->ref_count == NL3PG,
5462                                                     ("pmap_remove_pages: l3 page ref count error"));
5463                                                 ml3->ref_count = 0;
5464                                                 pmap_add_delayed_free_list(ml3,
5465                                                     &free, FALSE);
5466                                         }
5467                                         break;
5468                                 case 2:
5469                                         pmap_resident_count_dec(pmap, 1);
5470                                         TAILQ_REMOVE(&m->md.pv_list, pv,
5471                                             pv_next);
5472                                         m->md.pv_gen++;
5473                                         if ((m->a.flags & PGA_WRITEABLE) != 0 &&
5474                                             TAILQ_EMPTY(&m->md.pv_list) &&
5475                                             (m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0) {
5476                                                 pvh = page_to_pvh(m);
5477                                                 if (TAILQ_EMPTY(&pvh->pv_list))
5478                                                         vm_page_aflag_clear(m,
5479                                                             PGA_WRITEABLE);
5480                                         }
5481                                         break;
5482                                 }
5483                                 pmap_unuse_pt(pmap, pv->pv_va, pmap_load(pde),
5484                                     &free);
5485                                 freed++;
5486                         }
5487                 }
5488                 PV_STAT(atomic_add_long(&pv_entry_frees, freed));
5489                 PV_STAT(atomic_add_int(&pv_entry_spare, freed));
5490                 PV_STAT(atomic_subtract_long(&pv_entry_count, freed));
5491                 if (allfree) {
5492                         TAILQ_REMOVE(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
5493                         free_pv_chunk(pc);
5494                 }
5495         }
5496         if (lock != NULL)
5497                 rw_wunlock(lock);
5498         pmap_invalidate_all(pmap);
5499         PMAP_UNLOCK(pmap);
5500         vm_page_free_pages_toq(&free, true);
5501 }
5502
5503 /*
5504  * This is used to check if a page has been accessed or modified.
5505  */
5506 static boolean_t
5507 pmap_page_test_mappings(vm_page_t m, boolean_t accessed, boolean_t modified)
5508 {
5509         struct rwlock *lock;
5510         pv_entry_t pv;
5511         struct md_page *pvh;
5512         pt_entry_t *pte, mask, value;
5513         pmap_t pmap;
5514         int lvl, md_gen, pvh_gen;
5515         boolean_t rv;
5516
5517         rv = FALSE;
5518         lock = VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m);
5519         rw_rlock(lock);
5520 restart:
5521         TAILQ_FOREACH(pv, &m->md.pv_list, pv_next) {
5522                 pmap = PV_PMAP(pv);
5523                 PMAP_ASSERT_STAGE1(pmap);
5524                 if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
5525                         md_gen = m->md.pv_gen;
5526                         rw_runlock(lock);
5527                         PMAP_LOCK(pmap);
5528                         rw_rlock(lock);
5529                         if (md_gen != m->md.pv_gen) {
5530                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
5531                                 goto restart;
5532                         }
5533                 }
5534                 pte = pmap_pte(pmap, pv->pv_va, &lvl);
5535                 KASSERT(lvl == 3,
5536                     ("pmap_page_test_mappings: Invalid level %d", lvl));
5537                 mask = 0;
5538                 value = 0;
5539                 if (modified) {
5540                         mask |= ATTR_S1_AP_RW_BIT;
5541                         value |= ATTR_S1_AP(ATTR_S1_AP_RW);
5542                 }
5543                 if (accessed) {
5544                         mask |= ATTR_AF | ATTR_DESCR_MASK;
5545                         value |= ATTR_AF | L3_PAGE;
5546                 }
5547                 rv = (pmap_load(pte) & mask) == value;
5548                 PMAP_UNLOCK(pmap);
5549                 if (rv)
5550                         goto out;
5551         }
5552         if ((m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0) {
5553                 pvh = page_to_pvh(m);
5554                 TAILQ_FOREACH(pv, &pvh->pv_list, pv_next) {
5555                         pmap = PV_PMAP(pv);
5556                         PMAP_ASSERT_STAGE1(pmap);
5557                         if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
5558                                 md_gen = m->md.pv_gen;
5559                                 pvh_gen = pvh->pv_gen;
5560                                 rw_runlock(lock);
5561                                 PMAP_LOCK(pmap);
5562                                 rw_rlock(lock);
5563                                 if (md_gen != m->md.pv_gen ||
5564                                     pvh_gen != pvh->pv_gen) {
5565                                         PMAP_UNLOCK(pmap);
5566                                         goto restart;
5567                                 }
5568                         }
5569                         pte = pmap_pte(pmap, pv->pv_va, &lvl);
5570                         KASSERT(lvl == 2,
5571                             ("pmap_page_test_mappings: Invalid level %d", lvl));
5572                         mask = 0;
5573                         value = 0;
5574                         if (modified) {
5575                                 mask |= ATTR_S1_AP_RW_BIT;
5576                                 value |= ATTR_S1_AP(ATTR_S1_AP_RW);
5577                         }
5578                         if (accessed) {
5579                                 mask |= ATTR_AF | ATTR_DESCR_MASK;
5580                                 value |= ATTR_AF | L2_BLOCK;
5581                         }
5582                         rv = (pmap_load(pte) & mask) == value;
5583                         PMAP_UNLOCK(pmap);
5584                         if (rv)
5585                                 goto out;
5586                 }
5587         }
5588 out:
5589         rw_runlock(lock);
5590         return (rv);
5591 }
5592
5593 /*
5594  *      pmap_is_modified:
5595  *
5596  *      Return whether or not the specified physical page was modified
5597  *      in any physical maps.
5598  */
5599 boolean_t
5600 pmap_is_modified(vm_page_t m)
5601 {
5602
5603         KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
5604             ("pmap_is_modified: page %p is not managed", m));
5605
5606         /*
5607          * If the page is not busied then this check is racy.
5608          */
5609         if (!pmap_page_is_write_mapped(m))
5610                 return (FALSE);
5611         return (pmap_page_test_mappings(m, FALSE, TRUE));
5612 }
5613
5614 /*
5615  *      pmap_is_prefaultable:
5616  *
5617  *      Return whether or not the specified virtual address is eligible
5618  *      for prefault.
5619  */
5620 boolean_t
5621 pmap_is_prefaultable(pmap_t pmap, vm_offset_t addr)
5622 {
5623         pt_entry_t *pte;
5624         boolean_t rv;
5625         int lvl;
5626
5627         rv = FALSE;
5628         PMAP_LOCK(pmap);
5629         pte = pmap_pte(pmap, addr, &lvl);
5630         if (pte != NULL && pmap_load(pte) != 0) {
5631                 rv = TRUE;
5632         }
5633         PMAP_UNLOCK(pmap);
5634         return (rv);
5635 }
5636
5637 /*
5638  *      pmap_is_referenced:
5639  *
5640  *      Return whether or not the specified physical page was referenced
5641  *      in any physical maps.
5642  */
5643 boolean_t
5644 pmap_is_referenced(vm_page_t m)
5645 {
5646
5647         KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
5648             ("pmap_is_referenced: page %p is not managed", m));
5649         return (pmap_page_test_mappings(m, TRUE, FALSE));
5650 }
5651
5652 /*
5653  * Clear the write and modified bits in each of the given page's mappings.
5654  */
5655 void
5656 pmap_remove_write(vm_page_t m)
5657 {
5658         struct md_page *pvh;
5659         pmap_t pmap;
5660         struct rwlock *lock;
5661         pv_entry_t next_pv, pv;
5662         pt_entry_t oldpte, *pte;
5663         vm_offset_t va;
5664         int lvl, md_gen, pvh_gen;
5665
5666         KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
5667             ("pmap_remove_write: page %p is not managed", m));
5668         vm_page_assert_busied(m);
5669
5670         if (!pmap_page_is_write_mapped(m))
5671                 return;
5672         lock = VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m);
5673         pvh = (m->flags & PG_FICTITIOUS) != 0 ? &pv_dummy : page_to_pvh(m);
5674         rw_wlock(lock);
5675 retry:
5676         TAILQ_FOREACH_SAFE(pv, &pvh->pv_list, pv_next, next_pv) {
5677                 pmap = PV_PMAP(pv);
5678                 PMAP_ASSERT_STAGE1(pmap);
5679                 if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
5680                         pvh_gen = pvh->pv_gen;
5681                         rw_wunlock(lock);
5682                         PMAP_LOCK(pmap);
5683                         rw_wlock(lock);
5684                         if (pvh_gen != pvh->pv_gen) {
5685                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
5686                                 goto retry;
5687                         }
5688                 }
5689                 va = pv->pv_va;
5690                 pte = pmap_pte(pmap, va, &lvl);
5691                 if ((pmap_load(pte) & ATTR_SW_DBM) != 0)
5692                         (void)pmap_demote_l2_locked(pmap, pte, va, &lock);
5693                 KASSERT(lock == VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m),
5694                     ("inconsistent pv lock %p %p for page %p",
5695                     lock, VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m), m));
5696                 PMAP_UNLOCK(pmap);
5697         }
5698         TAILQ_FOREACH(pv, &m->md.pv_list, pv_next) {
5699                 pmap = PV_PMAP(pv);
5700                 PMAP_ASSERT_STAGE1(pmap);
5701                 if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
5702                         pvh_gen = pvh->pv_gen;
5703                         md_gen = m->md.pv_gen;
5704                         rw_wunlock(lock);
5705                         PMAP_LOCK(pmap);
5706                         rw_wlock(lock);
5707                         if (pvh_gen != pvh->pv_gen ||
5708                             md_gen != m->md.pv_gen) {
5709                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
5710                                 goto retry;
5711                         }
5712                 }
5713                 pte = pmap_pte(pmap, pv->pv_va, &lvl);
5714                 oldpte = pmap_load(pte);
5715                 if ((oldpte & ATTR_SW_DBM) != 0) {
5716                         while (!atomic_fcmpset_64(pte, &oldpte,
5717                             (oldpte | ATTR_S1_AP_RW_BIT) & ~ATTR_SW_DBM))
5718                                 cpu_spinwait();
5719                         if ((oldpte & ATTR_S1_AP_RW_BIT) ==
5720                             ATTR_S1_AP(ATTR_S1_AP_RW))
5721                                 vm_page_dirty(m);
5722                         pmap_invalidate_page(pmap, pv->pv_va, true);
5723                 }
5724                 PMAP_UNLOCK(pmap);
5725         }
5726         rw_wunlock(lock);
5727         vm_page_aflag_clear(m, PGA_WRITEABLE);
5728 }
5729
5730 /*
5731  *      pmap_ts_referenced:
5732  *
5733  *      Return a count of reference bits for a page, clearing those bits.
5734  *      It is not necessary for every reference bit to be cleared, but it
5735  *      is necessary that 0 only be returned when there are truly no
5736  *      reference bits set.
5737  *
5738  *      As an optimization, update the page's dirty field if a modified bit is
5739  *      found while counting reference bits.  This opportunistic update can be
5740  *      performed at low cost and can eliminate the need for some future calls
5741  *      to pmap_is_modified().  However, since this function stops after
5742  *      finding PMAP_TS_REFERENCED_MAX reference bits, it may not detect some
5743  *      dirty pages.  Those dirty pages will only be detected by a future call
5744  *      to pmap_is_modified().
5745  */
5746 int
5747 pmap_ts_referenced(vm_page_t m)
5748 {
5749         struct md_page *pvh;
5750         pv_entry_t pv, pvf;
5751         pmap_t pmap;
5752         struct rwlock *lock;
5753         pd_entry_t *pde, tpde;
5754         pt_entry_t *pte, tpte;
5755         vm_offset_t va;
5756         vm_paddr_t pa;
5757         int cleared, lvl, md_gen, not_cleared, pvh_gen;
5758         struct spglist free;
5759
5760         KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
5761             ("pmap_ts_referenced: page %p is not managed", m));
5762         SLIST_INIT(&free);
5763         cleared = 0;
5764         pa = VM_PAGE_TO_PHYS(m);
5765         lock = PHYS_TO_PV_LIST_LOCK(pa);
5766         pvh = (m->flags & PG_FICTITIOUS) != 0 ? &pv_dummy : page_to_pvh(m);
5767         rw_wlock(lock);
5768 retry:
5769         not_cleared = 0;
5770         if ((pvf = TAILQ_FIRST(&pvh->pv_list)) == NULL)
5771                 goto small_mappings;
5772         pv = pvf;
5773         do {
5774                 if (pvf == NULL)
5775                         pvf = pv;
5776                 pmap = PV_PMAP(pv);
5777                 if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
5778                         pvh_gen = pvh->pv_gen;
5779                         rw_wunlock(lock);
5780                         PMAP_LOCK(pmap);
5781                         rw_wlock(lock);
5782                         if (pvh_gen != pvh->pv_gen) {
5783                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
5784                                 goto retry;
5785                         }
5786                 }
5787                 va = pv->pv_va;
5788                 pde = pmap_pde(pmap, va, &lvl);
5789                 KASSERT(pde != NULL, ("pmap_ts_referenced: no l1 table found"));
5790                 KASSERT(lvl == 1,
5791                     ("pmap_ts_referenced: invalid pde level %d", lvl));
5792                 tpde = pmap_load(pde);
5793                 KASSERT((tpde & ATTR_DESCR_MASK) == L1_TABLE,
5794                     ("pmap_ts_referenced: found an invalid l1 table"));
5795                 pte = pmap_l1_to_l2(pde, va);
5796                 tpte = pmap_load(pte);
5797                 if (pmap_pte_dirty(pmap, tpte)) {
5798                         /*
5799                          * Although "tpte" is mapping a 2MB page, because
5800                          * this function is called at a 4KB page granularity,
5801                          * we only update the 4KB page under test.
5802                          */
5803                         vm_page_dirty(m);
5804                 }
5805
5806                 if ((tpte & ATTR_AF) != 0) {
5807                         /*
5808                          * Since this reference bit is shared by 512 4KB pages,
5809                          * it should not be cleared every time it is tested.
5810                          * Apply a simple "hash" function on the physical page
5811                          * number, the virtual superpage number, and the pmap
5812                          * address to select one 4KB page out of the 512 on
5813                          * which testing the reference bit will result in
5814                          * clearing that reference bit.  This function is
5815                          * designed to avoid the selection of the same 4KB page
5816                          * for every 2MB page mapping.
5817                          *
5818                          * On demotion, a mapping that hasn't been referenced
5819                          * is simply destroyed.  To avoid the possibility of a
5820                          * subsequent page fault on a demoted wired mapping,
5821                          * always leave its reference bit set.  Moreover,
5822                          * since the superpage is wired, the current state of
5823                          * its reference bit won't affect page replacement.
5824                          */
5825                         if ((((pa >> PAGE_SHIFT) ^ (va >> L2_SHIFT) ^
5826                             (uintptr_t)pmap) & (Ln_ENTRIES - 1)) == 0 &&
5827                             (tpte & ATTR_SW_WIRED) == 0) {
5828                                 pmap_clear_bits(pte, ATTR_AF);
5829                                 pmap_invalidate_page(pmap, va, true);
5830                                 cleared++;
5831                         } else
5832                                 not_cleared++;
5833                 }
5834                 PMAP_UNLOCK(pmap);
5835                 /* Rotate the PV list if it has more than one entry. */
5836                 if (pv != NULL && TAILQ_NEXT(pv, pv_next) != NULL) {
5837                         TAILQ_REMOVE(&pvh->pv_list, pv, pv_next);
5838                         TAILQ_INSERT_TAIL(&pvh->pv_list, pv, pv_next);
5839                         pvh->pv_gen++;
5840                 }
5841                 if (cleared + not_cleared >= PMAP_TS_REFERENCED_MAX)
5842                         goto out;
5843         } while ((pv = TAILQ_FIRST(&pvh->pv_list)) != pvf);
5844 small_mappings:
5845         if ((pvf = TAILQ_FIRST(&m->md.pv_list)) == NULL)
5846                 goto out;
5847         pv = pvf;
5848         do {
5849                 if (pvf == NULL)
5850                         pvf = pv;
5851                 pmap = PV_PMAP(pv);
5852                 if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
5853                         pvh_gen = pvh->pv_gen;
5854                         md_gen = m->md.pv_gen;
5855                         rw_wunlock(lock);
5856                         PMAP_LOCK(pmap);
5857                         rw_wlock(lock);
5858                         if (pvh_gen != pvh->pv_gen || md_gen != m->md.pv_gen) {
5859                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
5860                                 goto retry;
5861                         }
5862                 }
5863                 pde = pmap_pde(pmap, pv->pv_va, &lvl);
5864                 KASSERT(pde != NULL, ("pmap_ts_referenced: no l2 table found"));
5865                 KASSERT(lvl == 2,
5866                     ("pmap_ts_referenced: invalid pde level %d", lvl));
5867                 tpde = pmap_load(pde);
5868                 KASSERT((tpde & ATTR_DESCR_MASK) == L2_TABLE,
5869                     ("pmap_ts_referenced: found an invalid l2 table"));
5870                 pte = pmap_l2_to_l3(pde, pv->pv_va);
5871                 tpte = pmap_load(pte);
5872                 if (pmap_pte_dirty(pmap, tpte))
5873                         vm_page_dirty(m);
5874                 if ((tpte & ATTR_AF) != 0) {
5875                         if ((tpte & ATTR_SW_WIRED) == 0) {
5876                                 pmap_clear_bits(pte, ATTR_AF);
5877                                 pmap_invalidate_page(pmap, pv->pv_va, true);
5878                                 cleared++;
5879                         } else
5880                                 not_cleared++;
5881                 }
5882                 PMAP_UNLOCK(pmap);
5883                 /* Rotate the PV list if it has more than one entry. */
5884                 if (pv != NULL && TAILQ_NEXT(pv, pv_next) != NULL) {
5885                         TAILQ_REMOVE(&m->md.pv_list, pv, pv_next);
5886                         TAILQ_INSERT_TAIL(&m->md.pv_list, pv, pv_next);
5887                         m->md.pv_gen++;
5888                 }
5889         } while ((pv = TAILQ_FIRST(&m->md.pv_list)) != pvf && cleared +
5890             not_cleared < PMAP_TS_REFERENCED_MAX);
5891 out:
5892         rw_wunlock(lock);
5893         vm_page_free_pages_toq(&free, true);
5894         return (cleared + not_cleared);
5895 }
5896
5897 /*
5898  *      Apply the given advice to the specified range of addresses within the
5899  *      given pmap.  Depending on the advice, clear the referenced and/or
5900  *      modified flags in each mapping and set the mapped page's dirty field.
5901  */
5902 void
5903 pmap_advise(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva, int advice)
5904 {
5905         struct rwlock *lock;
5906         vm_offset_t va, va_next;
5907         vm_page_t m;
5908         pd_entry_t *l0, *l1, *l2, oldl2;
5909         pt_entry_t *l3, oldl3;
5910
5911         PMAP_ASSERT_STAGE1(pmap);
5912
5913         if (advice != MADV_DONTNEED && advice != MADV_FREE)
5914                 return;
5915
5916         PMAP_LOCK(pmap);
5917         for (; sva < eva; sva = va_next) {
5918                 l0 = pmap_l0(pmap, sva);
5919                 if (pmap_load(l0) == 0) {
5920                         va_next = (sva + L0_SIZE) & ~L0_OFFSET;
5921                         if (va_next < sva)
5922                                 va_next = eva;
5923                         continue;
5924                 }
5925
5926                 va_next = (sva + L1_SIZE) & ~L1_OFFSET;
5927                 if (va_next < sva)
5928                         va_next = eva;
5929                 l1 = pmap_l0_to_l1(l0, sva);
5930                 if (pmap_load(l1) == 0)
5931                         continue;
5932                 if ((pmap_load(l1) & ATTR_DESCR_MASK) == L1_BLOCK)
5933                         continue;
5934
5935                 va_next = (sva + L2_SIZE) & ~L2_OFFSET;
5936                 if (va_next < sva)
5937                         va_next = eva;
5938                 l2 = pmap_l1_to_l2(l1, sva);
5939                 oldl2 = pmap_load(l2);
5940                 if (oldl2 == 0)
5941                         continue;
5942                 if ((oldl2 & ATTR_DESCR_MASK) == L2_BLOCK) {
5943                         if ((oldl2 & ATTR_SW_MANAGED) == 0)
5944                                 continue;
5945                         lock = NULL;
5946                         if (!pmap_demote_l2_locked(pmap, l2, sva, &lock)) {
5947                                 if (lock != NULL)
5948                                         rw_wunlock(lock);
5949
5950                                 /*
5951                                  * The 2MB page mapping was destroyed.
5952                                  */
5953                                 continue;
5954                         }
5955
5956                         /*
5957                          * Unless the page mappings are wired, remove the
5958                          * mapping to a single page so that a subsequent
5959                          * access may repromote.  Choosing the last page
5960                          * within the address range [sva, min(va_next, eva))
5961                          * generally results in more repromotions.  Since the
5962                          * underlying page table page is fully populated, this
5963                          * removal never frees a page table page.
5964                          */
5965                         if ((oldl2 & ATTR_SW_WIRED) == 0) {
5966                                 va = eva;
5967                                 if (va > va_next)
5968                                         va = va_next;
5969                                 va -= PAGE_SIZE;
5970                                 KASSERT(va >= sva,
5971                                     ("pmap_advise: no address gap"));
5972                                 l3 = pmap_l2_to_l3(l2, va);
5973                                 KASSERT(pmap_load(l3) != 0,
5974                                     ("pmap_advise: invalid PTE"));
5975                                 pmap_remove_l3(pmap, l3, va, pmap_load(l2),
5976                                     NULL, &lock);
5977                         }
5978                         if (lock != NULL)
5979                                 rw_wunlock(lock);
5980                 }
5981                 KASSERT((pmap_load(l2) & ATTR_DESCR_MASK) == L2_TABLE,
5982                     ("pmap_advise: invalid L2 entry after demotion"));
5983                 if (va_next > eva)
5984                         va_next = eva;
5985                 va = va_next;
5986                 for (l3 = pmap_l2_to_l3(l2, sva); sva != va_next; l3++,
5987                     sva += L3_SIZE) {
5988                         oldl3 = pmap_load(l3);
5989                         if ((oldl3 & (ATTR_SW_MANAGED | ATTR_DESCR_MASK)) !=
5990                             (ATTR_SW_MANAGED | L3_PAGE))
5991                                 goto maybe_invlrng;
5992                         else if (pmap_pte_dirty(pmap, oldl3)) {
5993                                 if (advice == MADV_DONTNEED) {
5994                                         /*
5995                                          * Future calls to pmap_is_modified()
5996                                          * can be avoided by making the page
5997                                          * dirty now.
5998                                          */
5999                                         m = PHYS_TO_VM_PAGE(oldl3 & ~ATTR_MASK);
6000                                         vm_page_dirty(m);
6001                                 }
6002                                 while (!atomic_fcmpset_long(l3, &oldl3,
6003                                     (oldl3 & ~ATTR_AF) |
6004                                     ATTR_S1_AP(ATTR_S1_AP_RO)))
6005                                         cpu_spinwait();
6006                         } else if ((oldl3 & ATTR_AF) != 0)
6007                                 pmap_clear_bits(l3, ATTR_AF);
6008                         else
6009                                 goto maybe_invlrng;
6010                         if (va == va_next)
6011                                 va = sva;
6012                         continue;
6013 maybe_invlrng:
6014                         if (va != va_next) {
6015                                 pmap_invalidate_range(pmap, va, sva, true);
6016                                 va = va_next;
6017                         }
6018                 }
6019                 if (va != va_next)
6020                         pmap_invalidate_range(pmap, va, sva, true);
6021         }
6022         PMAP_UNLOCK(pmap);
6023 }
6024
6025 /*
6026  *      Clear the modify bits on the specified physical page.
6027  */
6028 void
6029 pmap_clear_modify(vm_page_t m)
6030 {
6031         struct md_page *pvh;
6032         struct rwlock *lock;
6033         pmap_t pmap;
6034         pv_entry_t next_pv, pv;
6035         pd_entry_t *l2, oldl2;
6036         pt_entry_t *l3, oldl3;
6037         vm_offset_t va;
6038         int md_gen, pvh_gen;
6039
6040         KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
6041             ("pmap_clear_modify: page %p is not managed", m));
6042         vm_page_assert_busied(m);
6043
6044         if (!pmap_page_is_write_mapped(m))
6045                 return;
6046         pvh = (m->flags & PG_FICTITIOUS) != 0 ? &pv_dummy : page_to_pvh(m);
6047         lock = VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m);
6048         rw_wlock(lock);
6049 restart:
6050         TAILQ_FOREACH_SAFE(pv, &pvh->pv_list, pv_next, next_pv) {
6051                 pmap = PV_PMAP(pv);
6052                 PMAP_ASSERT_STAGE1(pmap);
6053                 if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
6054                         pvh_gen = pvh->pv_gen;
6055                         rw_wunlock(lock);
6056                         PMAP_LOCK(pmap);
6057                         rw_wlock(lock);
6058                         if (pvh_gen != pvh->pv_gen) {
6059                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
6060                                 goto restart;
6061                         }
6062                 }
6063                 va = pv->pv_va;
6064                 l2 = pmap_l2(pmap, va);
6065                 oldl2 = pmap_load(l2);
6066                 /* If oldl2 has ATTR_SW_DBM set, then it is also dirty. */
6067                 if ((oldl2 & ATTR_SW_DBM) != 0 &&
6068                     pmap_demote_l2_locked(pmap, l2, va, &lock) &&
6069                     (oldl2 & ATTR_SW_WIRED) == 0) {
6070                         /*
6071                          * Write protect the mapping to a single page so that
6072                          * a subsequent write access may repromote.
6073                          */
6074                         va += VM_PAGE_TO_PHYS(m) - (oldl2 & ~ATTR_MASK);
6075                         l3 = pmap_l2_to_l3(l2, va);
6076                         oldl3 = pmap_load(l3);
6077                         while (!atomic_fcmpset_long(l3, &oldl3,
6078                             (oldl3 & ~ATTR_SW_DBM) | ATTR_S1_AP(ATTR_S1_AP_RO)))
6079                                 cpu_spinwait();
6080                         vm_page_dirty(m);
6081                         pmap_invalidate_page(pmap, va, true);
6082                 }
6083                 PMAP_UNLOCK(pmap);
6084         }
6085         TAILQ_FOREACH(pv, &m->md.pv_list, pv_next) {
6086                 pmap = PV_PMAP(pv);
6087                 PMAP_ASSERT_STAGE1(pmap);
6088                 if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
6089                         md_gen = m->md.pv_gen;
6090                         pvh_gen = pvh->pv_gen;
6091                         rw_wunlock(lock);
6092                         PMAP_LOCK(pmap);
6093                         rw_wlock(lock);
6094                         if (pvh_gen != pvh->pv_gen || md_gen != m->md.pv_gen) {
6095                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
6096                                 goto restart;
6097                         }
6098                 }
6099                 l2 = pmap_l2(pmap, pv->pv_va);
6100                 l3 = pmap_l2_to_l3(l2, pv->pv_va);
6101                 oldl3 = pmap_load(l3);
6102                 if ((oldl3 & (ATTR_S1_AP_RW_BIT | ATTR_SW_DBM)) == ATTR_SW_DBM){
6103                         pmap_set_bits(l3, ATTR_S1_AP(ATTR_S1_AP_RO));
6104                         pmap_invalidate_page(pmap, pv->pv_va, true);
6105                 }
6106                 PMAP_UNLOCK(pmap);
6107         }
6108         rw_wunlock(lock);
6109 }
6110
6111 void *
6112 pmap_mapbios(vm_paddr_t pa, vm_size_t size)
6113 {
6114         struct pmap_preinit_mapping *ppim;
6115         vm_offset_t va, offset;
6116         pd_entry_t *pde;
6117         pt_entry_t *l2;
6118         int i, lvl, l2_blocks, free_l2_count, start_idx;
6119
6120         if (!vm_initialized) {
6121                 /*
6122                  * No L3 ptables so map entire L2 blocks where start VA is:
6123                  *      preinit_map_va + start_idx * L2_SIZE
6124                  * There may be duplicate mappings (multiple VA -> same PA) but
6125                  * ARM64 dcache is always PIPT so that's acceptable.
6126                  */
6127                  if (size == 0)
6128                          return (NULL);
6129
6130                  /* Calculate how many L2 blocks are needed for the mapping */
6131                 l2_blocks = (roundup2(pa + size, L2_SIZE) -
6132                     rounddown2(pa, L2_SIZE)) >> L2_SHIFT;
6133
6134                 offset = pa & L2_OFFSET;
6135
6136                 if (preinit_map_va == 0)
6137                         return (NULL);
6138
6139                 /* Map 2MiB L2 blocks from reserved VA space */
6140
6141                 free_l2_count = 0;
6142                 start_idx = -1;
6143                 /* Find enough free contiguous VA space */
6144                 for (i = 0; i < PMAP_PREINIT_MAPPING_COUNT; i++) {
6145                         ppim = pmap_preinit_mapping + i;
6146                         if (free_l2_count > 0 && ppim->pa != 0) {
6147                                 /* Not enough space here */
6148                                 free_l2_count = 0;
6149                                 start_idx = -1;
6150                                 continue;
6151                         }
6152
6153                         if (ppim->pa == 0) {
6154                                 /* Free L2 block */
6155                                 if (start_idx == -1)
6156                                         start_idx = i;
6157                                 free_l2_count++;
6158                                 if (free_l2_count == l2_blocks)
6159                                         break;
6160                         }
6161                 }
6162                 if (free_l2_count != l2_blocks)
6163                         panic("%s: too many preinit mappings", __func__);
6164
6165                 va = preinit_map_va + (start_idx * L2_SIZE);
6166                 for (i = start_idx; i < start_idx + l2_blocks; i++) {
6167                         /* Mark entries as allocated */
6168                         ppim = pmap_preinit_mapping + i;
6169                         ppim->pa = pa;
6170                         ppim->va = va + offset;
6171                         ppim->size = size;
6172                 }
6173
6174                 /* Map L2 blocks */
6175                 pa = rounddown2(pa, L2_SIZE);
6176                 for (i = 0; i < l2_blocks; i++) {
6177                         pde = pmap_pde(kernel_pmap, va, &lvl);
6178                         KASSERT(pde != NULL,
6179                             ("pmap_mapbios: Invalid page entry, va: 0x%lx",
6180                             va));
6181                         KASSERT(lvl == 1,
6182                             ("pmap_mapbios: Invalid level %d", lvl));
6183
6184                         /* Insert L2_BLOCK */
6185                         l2 = pmap_l1_to_l2(pde, va);
6186                         pmap_load_store(l2,
6187                             pa | ATTR_DEFAULT | ATTR_S1_XN |
6188                             ATTR_S1_IDX(VM_MEMATTR_WRITE_BACK) | L2_BLOCK);
6189
6190                         va += L2_SIZE;
6191                         pa += L2_SIZE;
6192                 }
6193                 pmap_invalidate_all(kernel_pmap);
6194
6195                 va = preinit_map_va + (start_idx * L2_SIZE);
6196
6197         } else {
6198                 /* kva_alloc may be used to map the pages */
6199                 offset = pa & PAGE_MASK;
6200                 size = round_page(offset + size);
6201
6202                 va = kva_alloc(size);
6203                 if (va == 0)
6204                         panic("%s: Couldn't allocate KVA", __func__);
6205
6206                 pde = pmap_pde(kernel_pmap, va, &lvl);
6207                 KASSERT(lvl == 2, ("pmap_mapbios: Invalid level %d", lvl));
6208
6209                 /* L3 table is linked */
6210                 va = trunc_page(va);
6211                 pa = trunc_page(pa);
6212                 pmap_kenter(va, size, pa, memory_mapping_mode(pa));
6213         }
6214
6215         return ((void *)(va + offset));
6216 }
6217
6218 void
6219 pmap_unmapbios(vm_offset_t va, vm_size_t size)
6220 {
6221         struct pmap_preinit_mapping *ppim;
6222         vm_offset_t offset, tmpsize, va_trunc;
6223         pd_entry_t *pde;
6224         pt_entry_t *l2;
6225         int i, lvl, l2_blocks, block;
6226         bool preinit_map;
6227
6228         l2_blocks =
6229            (roundup2(va + size, L2_SIZE) - rounddown2(va, L2_SIZE)) >> L2_SHIFT;
6230         KASSERT(l2_blocks > 0, ("pmap_unmapbios: invalid size %lx", size));
6231
6232         /* Remove preinit mapping */
6233         preinit_map = false;
6234         block = 0;
6235         for (i = 0; i < PMAP_PREINIT_MAPPING_COUNT; i++) {
6236                 ppim = pmap_preinit_mapping + i;
6237                 if (ppim->va == va) {
6238                         KASSERT(ppim->size == size,
6239                             ("pmap_unmapbios: size mismatch"));
6240                         ppim->va = 0;
6241                         ppim->pa = 0;
6242                         ppim->size = 0;
6243                         preinit_map = true;
6244                         offset = block * L2_SIZE;
6245                         va_trunc = rounddown2(va, L2_SIZE) + offset;
6246
6247                         /* Remove L2_BLOCK */
6248                         pde = pmap_pde(kernel_pmap, va_trunc, &lvl);
6249                         KASSERT(pde != NULL,
6250                             ("pmap_unmapbios: Invalid page entry, va: 0x%lx",
6251                             va_trunc));
6252                         l2 = pmap_l1_to_l2(pde, va_trunc);
6253                         pmap_clear(l2);
6254
6255                         if (block == (l2_blocks - 1))
6256                                 break;
6257                         block++;
6258                 }
6259         }
6260         if (preinit_map) {
6261                 pmap_invalidate_all(kernel_pmap);
6262                 return;
6263         }
6264
6265         /* Unmap the pages reserved with kva_alloc. */
6266         if (vm_initialized) {
6267                 offset = va & PAGE_MASK;
6268                 size = round_page(offset + size);
6269                 va = trunc_page(va);
6270
6271                 pde = pmap_pde(kernel_pmap, va, &lvl);
6272                 KASSERT(pde != NULL,
6273                     ("pmap_unmapbios: Invalid page entry, va: 0x%lx", va));
6274                 KASSERT(lvl == 2, ("pmap_unmapbios: Invalid level %d", lvl));
6275
6276                 /* Unmap and invalidate the pages */
6277                 for (tmpsize = 0; tmpsize < size; tmpsize += PAGE_SIZE)
6278                         pmap_kremove(va + tmpsize);
6279
6280                 kva_free(va, size);
6281         }
6282 }
6283
6284 /*
6285  * Sets the memory attribute for the specified page.
6286  */
6287 void
6288 pmap_page_set_memattr(vm_page_t m, vm_memattr_t ma)
6289 {
6290
6291         m->md.pv_memattr = ma;
6292
6293         /*
6294          * If "m" is a normal page, update its direct mapping.  This update
6295          * can be relied upon to perform any cache operations that are
6296          * required for data coherence.
6297          */
6298         if ((m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0 &&
6299             pmap_change_attr(PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(m)), PAGE_SIZE,
6300             m->md.pv_memattr) != 0)
6301                 panic("memory attribute change on the direct map failed");
6302 }
6303
6304 /*
6305  * Changes the specified virtual address range's memory type to that given by
6306  * the parameter "mode".  The specified virtual address range must be
6307  * completely contained within either the direct map or the kernel map.  If
6308  * the virtual address range is contained within the kernel map, then the
6309  * memory type for each of the corresponding ranges of the direct map is also
6310  * changed.  (The corresponding ranges of the direct map are those ranges that
6311  * map the same physical pages as the specified virtual address range.)  These
6312  * changes to the direct map are necessary because Intel describes the
6313  * behavior of their processors as "undefined" if two or more mappings to the
6314  * same physical page have different memory types.
6315  *
6316  * Returns zero if the change completed successfully, and either EINVAL or
6317  * ENOMEM if the change failed.  Specifically, EINVAL is returned if some part
6318  * of the virtual address range was not mapped, and ENOMEM is returned if
6319  * there was insufficient memory available to complete the change.  In the
6320  * latter case, the memory type may have been changed on some part of the
6321  * virtual address range or the direct map.
6322  */
6323 int
6324 pmap_change_attr(vm_offset_t va, vm_size_t size, int mode)
6325 {
6326         int error;
6327
6328         PMAP_LOCK(kernel_pmap);
6329         error = pmap_change_props_locked(va, size, PROT_NONE, mode, false);
6330         PMAP_UNLOCK(kernel_pmap);
6331         return (error);
6332 }
6333
6334 /*
6335  * Changes the specified virtual address range's protections to those
6336  * specified by "prot".  Like pmap_change_attr(), protections for aliases
6337  * in the direct map are updated as well.  Protections on aliasing mappings may
6338  * be a subset of the requested protections; for example, mappings in the direct
6339  * map are never executable.
6340  */
6341 int
6342 pmap_change_prot(vm_offset_t va, vm_size_t size, vm_prot_t prot)
6343 {
6344         int error;
6345
6346         /* Only supported within the kernel map. */
6347         if (va < VM_MIN_KERNEL_ADDRESS)
6348                 return (EINVAL);
6349
6350         PMAP_LOCK(kernel_pmap);
6351         error = pmap_change_props_locked(va, size, prot, -1, false);
6352         PMAP_UNLOCK(kernel_pmap);
6353         return (error);
6354 }
6355
6356 static int
6357 pmap_change_props_locked(vm_offset_t va, vm_size_t size, vm_prot_t prot,
6358     int mode, bool skip_unmapped)
6359 {
6360         vm_offset_t base, offset, tmpva;
6361         vm_size_t pte_size;
6362         vm_paddr_t pa;
6363         pt_entry_t pte, *ptep, *newpte;
6364         pt_entry_t bits, mask;
6365         int lvl, rv;
6366
6367         PMAP_LOCK_ASSERT(kernel_pmap, MA_OWNED);
6368         base = trunc_page(va);
6369         offset = va & PAGE_MASK;
6370         size = round_page(offset + size);
6371
6372         if (!VIRT_IN_DMAP(base) &&
6373             !(base >= VM_MIN_KERNEL_ADDRESS && base < VM_MAX_KERNEL_ADDRESS))
6374                 return (EINVAL);
6375
6376         bits = 0;
6377         mask = 0;
6378         if (mode != -1) {
6379                 bits = ATTR_S1_IDX(mode);
6380                 mask = ATTR_S1_IDX_MASK;
6381                 if (mode == VM_MEMATTR_DEVICE) {
6382                         mask |= ATTR_S1_XN;
6383                         bits |= ATTR_S1_XN;
6384                 }
6385         }
6386         if (prot != VM_PROT_NONE) {
6387                 /* Don't mark the DMAP as executable. It never is on arm64. */
6388                 if (VIRT_IN_DMAP(base)) {
6389                         prot &= ~VM_PROT_EXECUTE;
6390                         /*
6391                          * XXX Mark the DMAP as writable for now. We rely
6392                          * on this in ddb & dtrace to insert breakpoint
6393                          * instructions.
6394                          */
6395                         prot |= VM_PROT_WRITE;
6396                 }
6397
6398                 if ((prot & VM_PROT_WRITE) == 0) {
6399                         bits |= ATTR_S1_AP(ATTR_S1_AP_RO);
6400                 }
6401                 if ((prot & VM_PROT_EXECUTE) == 0) {
6402                         bits |= ATTR_S1_PXN;
6403                 }
6404                 bits |= ATTR_S1_UXN;
6405                 mask |= ATTR_S1_AP_MASK | ATTR_S1_XN;
6406         }
6407
6408         for (tmpva = base; tmpva < base + size; ) {
6409                 ptep = pmap_pte(kernel_pmap, tmpva, &lvl);
6410                 if (ptep == NULL && !skip_unmapped) {
6411                         return (EINVAL);
6412                 } else if ((ptep == NULL && skip_unmapped) ||
6413                     (pmap_load(ptep) & mask) == bits) {
6414                         /*
6415                          * We already have the correct attribute or there
6416                          * is no memory mapped at this address and we are
6417                          * skipping unmapped memory.
6418                          */
6419                         switch (lvl) {
6420                         default:
6421                                 panic("Invalid DMAP table level: %d\n", lvl);
6422                         case 1:
6423                                 tmpva = (tmpva & ~L1_OFFSET) + L1_SIZE;
6424                                 break;
6425                         case 2:
6426                                 tmpva = (tmpva & ~L2_OFFSET) + L2_SIZE;
6427                                 break;
6428                         case 3:
6429                                 tmpva += PAGE_SIZE;
6430                                 break;
6431                         }
6432                 } else {
6433                         /* We can't demote/promote this entry */
6434                         MPASS((pmap_load(ptep) & ATTR_SW_NO_PROMOTE) == 0);
6435
6436                         /*
6437                          * Split the entry to an level 3 table, then
6438                          * set the new attribute.
6439                          */
6440                         switch (lvl) {
6441                         default:
6442                                 panic("Invalid DMAP table level: %d\n", lvl);
6443                         case 1:
6444                                 if ((tmpva & L1_OFFSET) == 0 &&
6445                                     (base + size - tmpva) >= L1_SIZE) {
6446                                         pte_size = L1_SIZE;
6447                                         break;
6448                                 }
6449                                 newpte = pmap_demote_l1(kernel_pmap, ptep,
6450                                     tmpva & ~L1_OFFSET);
6451                                 if (newpte == NULL)
6452                                         return (EINVAL);
6453                                 ptep = pmap_l1_to_l2(ptep, tmpva);
6454                                 /* FALLTHROUGH */
6455                         case 2:
6456                                 if ((tmpva & L2_OFFSET) == 0 &&
6457                                     (base + size - tmpva) >= L2_SIZE) {
6458                                         pte_size = L2_SIZE;
6459                                         break;
6460                                 }
6461                                 newpte = pmap_demote_l2(kernel_pmap, ptep,
6462                                     tmpva);
6463                                 if (newpte == NULL)
6464                                         return (EINVAL);
6465                                 ptep = pmap_l2_to_l3(ptep, tmpva);
6466                                 /* FALLTHROUGH */
6467                         case 3:
6468                                 pte_size = PAGE_SIZE;
6469                                 break;
6470                         }
6471
6472                         /* Update the entry */
6473                         pte = pmap_load(ptep);
6474                         pte &= ~mask;
6475                         pte |= bits;
6476
6477                         pmap_update_entry(kernel_pmap, ptep, pte, tmpva,
6478                             pte_size);
6479
6480                         pa = pte & ~ATTR_MASK;
6481                         if (!VIRT_IN_DMAP(tmpva) && PHYS_IN_DMAP(pa)) {
6482                                 /*
6483                                  * Keep the DMAP memory in sync.
6484                                  */
6485                                 rv = pmap_change_props_locked(
6486                                     PHYS_TO_DMAP(pa), pte_size,
6487                                     prot, mode, true);
6488                                 if (rv != 0)
6489                                         return (rv);
6490                         }
6491
6492                         /*
6493                          * If moving to a non-cacheable entry flush
6494                          * the cache.
6495                          */
6496                         if (mode == VM_MEMATTR_UNCACHEABLE)
6497                                 cpu_dcache_wbinv_range(tmpva, pte_size);
6498                         tmpva += pte_size;
6499                 }
6500         }
6501
6502         return (0);
6503 }
6504
6505 /*
6506  * Create an L2 table to map all addresses within an L1 mapping.
6507  */
6508 static pt_entry_t *
6509 pmap_demote_l1(pmap_t pmap, pt_entry_t *l1, vm_offset_t va)
6510 {
6511         pt_entry_t *l2, newl2, oldl1;
6512         vm_offset_t tmpl1;
6513         vm_paddr_t l2phys, phys;
6514         vm_page_t ml2;
6515         int i;
6516
6517         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
6518         oldl1 = pmap_load(l1);
6519         KASSERT((oldl1 & ATTR_DESCR_MASK) == L1_BLOCK,
6520             ("pmap_demote_l1: Demoting a non-block entry"));
6521         KASSERT((va & L1_OFFSET) == 0,
6522             ("pmap_demote_l1: Invalid virtual address %#lx", va));
6523         KASSERT((oldl1 & ATTR_SW_MANAGED) == 0,
6524             ("pmap_demote_l1: Level 1 table shouldn't be managed"));
6525         KASSERT((oldl1 & ATTR_SW_NO_PROMOTE) == 0,
6526             ("pmap_demote_l1: Demoting entry with no-demote flag set"));
6527
6528         tmpl1 = 0;
6529         if (va <= (vm_offset_t)l1 && va + L1_SIZE > (vm_offset_t)l1) {
6530                 tmpl1 = kva_alloc(PAGE_SIZE);
6531                 if (tmpl1 == 0)
6532                         return (NULL);
6533         }
6534
6535         if ((ml2 = vm_page_alloc_noobj(VM_ALLOC_INTERRUPT | VM_ALLOC_WIRED)) ==
6536             NULL) {
6537                 CTR2(KTR_PMAP, "pmap_demote_l1: failure for va %#lx"
6538                     " in pmap %p", va, pmap);
6539                 l2 = NULL;
6540                 goto fail;
6541         }
6542
6543         l2phys = VM_PAGE_TO_PHYS(ml2);
6544         l2 = (pt_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(l2phys);
6545
6546         /* Address the range points at */
6547         phys = oldl1 & ~ATTR_MASK;
6548         /* The attributed from the old l1 table to be copied */
6549         newl2 = oldl1 & ATTR_MASK;
6550
6551         /* Create the new entries */
6552         for (i = 0; i < Ln_ENTRIES; i++) {
6553                 l2[i] = newl2 | phys;
6554                 phys += L2_SIZE;
6555         }
6556         KASSERT(l2[0] == ((oldl1 & ~ATTR_DESCR_MASK) | L2_BLOCK),
6557             ("Invalid l2 page (%lx != %lx)", l2[0],
6558             (oldl1 & ~ATTR_DESCR_MASK) | L2_BLOCK));
6559
6560         if (tmpl1 != 0) {
6561                 pmap_kenter(tmpl1, PAGE_SIZE,
6562                     DMAP_TO_PHYS((vm_offset_t)l1) & ~L3_OFFSET,
6563                     VM_MEMATTR_WRITE_BACK);
6564                 l1 = (pt_entry_t *)(tmpl1 + ((vm_offset_t)l1 & PAGE_MASK));
6565         }
6566
6567         pmap_update_entry(pmap, l1, l2phys | L1_TABLE, va, PAGE_SIZE);
6568
6569 fail:
6570         if (tmpl1 != 0) {
6571                 pmap_kremove(tmpl1);
6572                 kva_free(tmpl1, PAGE_SIZE);
6573         }
6574
6575         return (l2);
6576 }
6577
6578 static void
6579 pmap_fill_l3(pt_entry_t *firstl3, pt_entry_t newl3)
6580 {
6581         pt_entry_t *l3;
6582
6583         for (l3 = firstl3; l3 - firstl3 < Ln_ENTRIES; l3++) {
6584                 *l3 = newl3;
6585                 newl3 += L3_SIZE;
6586         }
6587 }
6588
6589 static void
6590 pmap_demote_l2_abort(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pt_entry_t *l2,
6591     struct rwlock **lockp)
6592 {
6593         struct spglist free;
6594
6595         SLIST_INIT(&free);
6596         (void)pmap_remove_l2(pmap, l2, va, pmap_load(pmap_l1(pmap, va)), &free,
6597             lockp);
6598         vm_page_free_pages_toq(&free, true);
6599 }
6600
6601 /*
6602  * Create an L3 table to map all addresses within an L2 mapping.
6603  */
6604 static pt_entry_t *
6605 pmap_demote_l2_locked(pmap_t pmap, pt_entry_t *l2, vm_offset_t va,
6606     struct rwlock **lockp)
6607 {
6608         pt_entry_t *l3, newl3, oldl2;
6609         vm_offset_t tmpl2;
6610         vm_paddr_t l3phys;
6611         vm_page_t ml3;
6612
6613         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
6614         PMAP_ASSERT_STAGE1(pmap);
6615         KASSERT(ADDR_IS_CANONICAL(va),
6616             ("%s: Address not in canonical form: %lx", __func__, va));
6617
6618         l3 = NULL;
6619         oldl2 = pmap_load(l2);
6620         KASSERT((oldl2 & ATTR_DESCR_MASK) == L2_BLOCK,
6621             ("pmap_demote_l2: Demoting a non-block entry"));
6622         KASSERT((oldl2 & ATTR_SW_NO_PROMOTE) == 0,
6623             ("pmap_demote_l2: Demoting entry with no-demote flag set"));
6624         va &= ~L2_OFFSET;
6625
6626         tmpl2 = 0;
6627         if (va <= (vm_offset_t)l2 && va + L2_SIZE > (vm_offset_t)l2) {
6628                 tmpl2 = kva_alloc(PAGE_SIZE);
6629                 if (tmpl2 == 0)
6630                         return (NULL);
6631         }
6632
6633         /*
6634          * Invalidate the 2MB page mapping and return "failure" if the
6635          * mapping was never accessed.
6636          */
6637         if ((oldl2 & ATTR_AF) == 0) {
6638                 KASSERT((oldl2 & ATTR_SW_WIRED) == 0,
6639                     ("pmap_demote_l2: a wired mapping is missing ATTR_AF"));
6640                 pmap_demote_l2_abort(pmap, va, l2, lockp);
6641                 CTR2(KTR_PMAP, "pmap_demote_l2: failure for va %#lx in pmap %p",
6642                     va, pmap);
6643                 goto fail;
6644         }
6645
6646         if ((ml3 = pmap_remove_pt_page(pmap, va)) == NULL) {
6647                 KASSERT((oldl2 & ATTR_SW_WIRED) == 0,
6648                     ("pmap_demote_l2: page table page for a wired mapping"
6649                     " is missing"));
6650
6651                 /*
6652                  * If the page table page is missing and the mapping
6653                  * is for a kernel address, the mapping must belong to
6654                  * either the direct map or the early kernel memory.
6655                  * Page table pages are preallocated for every other
6656                  * part of the kernel address space, so the direct map
6657                  * region and early kernel memory are the only parts of the
6658                  * kernel address space that must be handled here.
6659                  */
6660                 KASSERT(!ADDR_IS_KERNEL(va) || VIRT_IN_DMAP(va) ||
6661                     (va >= VM_MIN_KERNEL_ADDRESS && va < kernel_vm_end),
6662                     ("pmap_demote_l2: No saved mpte for va %#lx", va));
6663
6664                 /*
6665                  * If the 2MB page mapping belongs to the direct map
6666                  * region of the kernel's address space, then the page
6667                  * allocation request specifies the highest possible
6668                  * priority (VM_ALLOC_INTERRUPT).  Otherwise, the
6669                  * priority is normal.
6670                  */
6671                 ml3 = vm_page_alloc_noobj(
6672                     (VIRT_IN_DMAP(va) ? VM_ALLOC_INTERRUPT : 0) |
6673                     VM_ALLOC_WIRED);
6674
6675                 /*
6676                  * If the allocation of the new page table page fails,
6677                  * invalidate the 2MB page mapping and return "failure".
6678                  */
6679                 if (ml3 == NULL) {
6680                         pmap_demote_l2_abort(pmap, va, l2, lockp);
6681                         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_demote_l2: failure for va %#lx"
6682                             " in pmap %p", va, pmap);
6683                         goto fail;
6684                 }
6685                 ml3->pindex = pmap_l2_pindex(va);
6686
6687                 if (!ADDR_IS_KERNEL(va)) {
6688                         ml3->ref_count = NL3PG;
6689                         pmap_resident_count_inc(pmap, 1);
6690                 }
6691         }
6692         l3phys = VM_PAGE_TO_PHYS(ml3);
6693         l3 = (pt_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(l3phys);
6694         newl3 = (oldl2 & ~ATTR_DESCR_MASK) | L3_PAGE;
6695         KASSERT((oldl2 & (ATTR_S1_AP_RW_BIT | ATTR_SW_DBM)) !=
6696             (ATTR_S1_AP(ATTR_S1_AP_RO) | ATTR_SW_DBM),
6697             ("pmap_demote_l2: L2 entry is writeable but not dirty"));
6698
6699         /*
6700          * If the page table page is not leftover from an earlier promotion,
6701          * or the mapping attributes have changed, (re)initialize the L3 table.
6702          *
6703          * When pmap_update_entry() clears the old L2 mapping, it (indirectly)
6704          * performs a dsb().  That dsb() ensures that the stores for filling
6705          * "l3" are visible before "l3" is added to the page table.
6706          */
6707         if (ml3->valid == 0 || (l3[0] & ATTR_MASK) != (newl3 & ATTR_MASK))
6708                 pmap_fill_l3(l3, newl3);
6709
6710         /*
6711          * Map the temporary page so we don't lose access to the l2 table.
6712          */
6713         if (tmpl2 != 0) {
6714                 pmap_kenter(tmpl2, PAGE_SIZE,
6715                     DMAP_TO_PHYS((vm_offset_t)l2) & ~L3_OFFSET,
6716                     VM_MEMATTR_WRITE_BACK);
6717                 l2 = (pt_entry_t *)(tmpl2 + ((vm_offset_t)l2 & PAGE_MASK));
6718         }
6719
6720         /*
6721          * The spare PV entries must be reserved prior to demoting the
6722          * mapping, that is, prior to changing the PDE.  Otherwise, the state
6723          * of the L2 and the PV lists will be inconsistent, which can result
6724          * in reclaim_pv_chunk() attempting to remove a PV entry from the
6725          * wrong PV list and pmap_pv_demote_l2() failing to find the expected
6726          * PV entry for the 2MB page mapping that is being demoted.
6727          */
6728         if ((oldl2 & ATTR_SW_MANAGED) != 0)
6729                 reserve_pv_entries(pmap, Ln_ENTRIES - 1, lockp);
6730
6731         /*
6732          * Pass PAGE_SIZE so that a single TLB invalidation is performed on
6733          * the 2MB page mapping.
6734          */
6735         pmap_update_entry(pmap, l2, l3phys | L2_TABLE, va, PAGE_SIZE);
6736
6737         /*
6738          * Demote the PV entry.
6739          */
6740         if ((oldl2 & ATTR_SW_MANAGED) != 0)
6741                 pmap_pv_demote_l2(pmap, va, oldl2 & ~ATTR_MASK, lockp);
6742
6743         atomic_add_long(&pmap_l2_demotions, 1);
6744         CTR3(KTR_PMAP, "pmap_demote_l2: success for va %#lx"
6745             " in pmap %p %lx", va, pmap, l3[0]);
6746
6747 fail:
6748         if (tmpl2 != 0) {
6749                 pmap_kremove(tmpl2);
6750                 kva_free(tmpl2, PAGE_SIZE);
6751         }
6752
6753         return (l3);
6754
6755 }
6756
6757 static pt_entry_t *
6758 pmap_demote_l2(pmap_t pmap, pt_entry_t *l2, vm_offset_t va)
6759 {
6760         struct rwlock *lock;
6761         pt_entry_t *l3;
6762
6763         lock = NULL;
6764         l3 = pmap_demote_l2_locked(pmap, l2, va, &lock);
6765         if (lock != NULL)
6766                 rw_wunlock(lock);
6767         return (l3);
6768 }
6769
6770 /*
6771  * Perform the pmap work for mincore(2).  If the page is not both referenced and
6772  * modified by this pmap, returns its physical address so that the caller can
6773  * find other mappings.
6774  */
6775 int
6776 pmap_mincore(pmap_t pmap, vm_offset_t addr, vm_paddr_t *pap)
6777 {
6778         pt_entry_t *pte, tpte;
6779         vm_paddr_t mask, pa;
6780         int lvl, val;
6781         bool managed;
6782
6783         PMAP_ASSERT_STAGE1(pmap);
6784         PMAP_LOCK(pmap);
6785         pte = pmap_pte(pmap, addr, &lvl);
6786         if (pte != NULL) {
6787                 tpte = pmap_load(pte);
6788
6789                 switch (lvl) {
6790                 case 3:
6791                         mask = L3_OFFSET;
6792                         break;
6793                 case 2:
6794                         mask = L2_OFFSET;
6795                         break;
6796                 case 1:
6797                         mask = L1_OFFSET;
6798                         break;
6799                 default:
6800                         panic("pmap_mincore: invalid level %d", lvl);
6801                 }
6802
6803                 managed = (tpte & ATTR_SW_MANAGED) != 0;
6804                 val = MINCORE_INCORE;
6805                 if (lvl != 3)
6806                         val |= MINCORE_PSIND(3 - lvl);
6807                 if ((managed && pmap_pte_dirty(pmap, tpte)) || (!managed &&
6808                     (tpte & ATTR_S1_AP_RW_BIT) == ATTR_S1_AP(ATTR_S1_AP_RW)))
6809                         val |= MINCORE_MODIFIED | MINCORE_MODIFIED_OTHER;
6810                 if ((tpte & ATTR_AF) == ATTR_AF)
6811                         val |= MINCORE_REFERENCED | MINCORE_REFERENCED_OTHER;
6812
6813                 pa = (tpte & ~ATTR_MASK) | (addr & mask);
6814         } else {
6815                 managed = false;
6816                 val = 0;
6817         }
6818
6819         if ((val & (MINCORE_MODIFIED_OTHER | MINCORE_REFERENCED_OTHER)) !=
6820             (MINCORE_MODIFIED_OTHER | MINCORE_REFERENCED_OTHER) && managed) {
6821                 *pap = pa;
6822         }
6823         PMAP_UNLOCK(pmap);
6824         return (val);
6825 }
6826
6827 /*
6828  * Garbage collect every ASID that is neither active on a processor nor
6829  * reserved.
6830  */
6831 static void
6832 pmap_reset_asid_set(pmap_t pmap)
6833 {
6834         pmap_t curpmap;
6835         int asid, cpuid, epoch;
6836         struct asid_set *set;
6837         enum pmap_stage stage;
6838
6839         set = pmap->pm_asid_set;
6840         stage = pmap->pm_stage;
6841
6842         set = pmap->pm_asid_set;
6843         KASSERT(set != NULL, ("%s: NULL asid set", __func__));
6844         mtx_assert(&set->asid_set_mutex, MA_OWNED);
6845
6846         /*
6847          * Ensure that the store to asid_epoch is globally visible before the
6848          * loads from pc_curpmap are performed.
6849          */
6850         epoch = set->asid_epoch + 1;
6851         if (epoch == INT_MAX)
6852                 epoch = 0;
6853         set->asid_epoch = epoch;
6854         dsb(ishst);
6855         if (stage == PM_STAGE1) {
6856                 __asm __volatile("tlbi vmalle1is");
6857         } else {
6858                 KASSERT(pmap_clean_stage2_tlbi != NULL,
6859                     ("%s: Unset stage 2 tlb invalidation callback\n",
6860                     __func__));
6861                 pmap_clean_stage2_tlbi();
6862         }
6863         dsb(ish);
6864         bit_nclear(set->asid_set, ASID_FIRST_AVAILABLE,
6865             set->asid_set_size - 1);
6866         CPU_FOREACH(cpuid) {
6867                 if (cpuid == curcpu)
6868                         continue;
6869                 if (stage == PM_STAGE1) {
6870                         curpmap = pcpu_find(cpuid)->pc_curpmap;
6871                         PMAP_ASSERT_STAGE1(pmap);
6872                 } else {
6873                         curpmap = pcpu_find(cpuid)->pc_curvmpmap;
6874                         if (curpmap == NULL)
6875                                 continue;
6876                         PMAP_ASSERT_STAGE2(pmap);
6877                 }
6878                 KASSERT(curpmap->pm_asid_set == set, ("Incorrect set"));
6879                 asid = COOKIE_TO_ASID(curpmap->pm_cookie);
6880                 if (asid == -1)
6881                         continue;
6882                 bit_set(set->asid_set, asid);
6883                 curpmap->pm_cookie = COOKIE_FROM(asid, epoch);
6884         }
6885 }
6886
6887 /*
6888  * Allocate a new ASID for the specified pmap.
6889  */
6890 static void
6891 pmap_alloc_asid(pmap_t pmap)
6892 {
6893         struct asid_set *set;
6894         int new_asid;
6895
6896         set = pmap->pm_asid_set;
6897         KASSERT(set != NULL, ("%s: NULL asid set", __func__));
6898
6899         mtx_lock_spin(&set->asid_set_mutex);
6900
6901         /*
6902          * While this processor was waiting to acquire the asid set mutex,
6903          * pmap_reset_asid_set() running on another processor might have
6904          * updated this pmap's cookie to the current epoch.  In which case, we
6905          * don't need to allocate a new ASID.
6906          */
6907         if (COOKIE_TO_EPOCH(pmap->pm_cookie) == set->asid_epoch)
6908                 goto out;
6909
6910         bit_ffc_at(set->asid_set, set->asid_next, set->asid_set_size,
6911             &new_asid);
6912         if (new_asid == -1) {
6913                 bit_ffc_at(set->asid_set, ASID_FIRST_AVAILABLE,
6914                     set->asid_next, &new_asid);
6915                 if (new_asid == -1) {
6916                         pmap_reset_asid_set(pmap);
6917                         bit_ffc_at(set->asid_set, ASID_FIRST_AVAILABLE,
6918                             set->asid_set_size, &new_asid);
6919                         KASSERT(new_asid != -1, ("ASID allocation failure"));
6920                 }
6921         }
6922         bit_set(set->asid_set, new_asid);
6923         set->asid_next = new_asid + 1;
6924         pmap->pm_cookie = COOKIE_FROM(new_asid, set->asid_epoch);
6925 out:
6926         mtx_unlock_spin(&set->asid_set_mutex);
6927 }
6928
6929 static uint64_t __read_mostly ttbr_flags;
6930
6931 /*
6932  * Compute the value that should be stored in ttbr0 to activate the specified
6933  * pmap.  This value may change from time to time.
6934  */
6935 uint64_t
6936 pmap_to_ttbr0(pmap_t pmap)
6937 {
6938         uint64_t ttbr;
6939
6940         ttbr = pmap->pm_ttbr;
6941         ttbr |= ASID_TO_OPERAND(COOKIE_TO_ASID(pmap->pm_cookie));
6942         ttbr |= ttbr_flags;
6943
6944         return (ttbr);
6945 }
6946
6947 static void
6948 pmap_set_cnp(void *arg)
6949 {
6950         uint64_t ttbr0, ttbr1;
6951         u_int cpuid;
6952
6953         cpuid = *(u_int *)arg;
6954         if (cpuid == curcpu) {
6955                 /*
6956                  * Set the flags while all CPUs are handling the
6957                  * smp_rendezvous so will not call pmap_to_ttbr0. Any calls
6958                  * to pmap_to_ttbr0 after this will have the CnP flag set.
6959                  * The dsb after invalidating the TLB will act as a barrier
6960                  * to ensure all CPUs can observe this change.
6961                  */
6962                 ttbr_flags |= TTBR_CnP;
6963         }
6964
6965         ttbr0 = READ_SPECIALREG(ttbr0_el1);
6966         ttbr0 |= TTBR_CnP;
6967
6968         ttbr1 = READ_SPECIALREG(ttbr1_el1);
6969         ttbr1 |= TTBR_CnP;
6970
6971         /* Update ttbr{0,1}_el1 with the CnP flag */
6972         WRITE_SPECIALREG(ttbr0_el1, ttbr0);
6973         WRITE_SPECIALREG(ttbr1_el1, ttbr1);
6974         isb();
6975         __asm __volatile("tlbi vmalle1is");
6976         dsb(ish);
6977         isb();
6978 }
6979
6980 /*
6981  * Defer enabling CnP until we have read the ID registers to know if it's
6982  * supported on all CPUs.
6983  */
6984 static void
6985 pmap_init_cnp(void *dummy __unused)
6986 {
6987         uint64_t reg;
6988         u_int cpuid;
6989
6990         if (!get_kernel_reg(ID_AA64MMFR2_EL1, &reg))
6991                 return;
6992
6993         if (ID_AA64MMFR2_CnP_VAL(reg) != ID_AA64MMFR2_CnP_NONE) {
6994                 if (bootverbose)
6995                         printf("Enabling CnP\n");
6996                 cpuid = curcpu;
6997                 smp_rendezvous(NULL, pmap_set_cnp, NULL, &cpuid);
6998         }
6999
7000 }
7001 SYSINIT(pmap_init_cnp, SI_SUB_SMP, SI_ORDER_ANY, pmap_init_cnp, NULL);
7002
7003 static bool
7004 pmap_activate_int(pmap_t pmap)
7005 {
7006         struct asid_set *set;
7007         int epoch;
7008
7009         KASSERT(PCPU_GET(curpmap) != NULL, ("no active pmap"));
7010         KASSERT(pmap != kernel_pmap, ("kernel pmap activation"));
7011
7012         if ((pmap->pm_stage == PM_STAGE1 && pmap == PCPU_GET(curpmap)) ||
7013             (pmap->pm_stage == PM_STAGE2 && pmap == PCPU_GET(curvmpmap))) {
7014                 /*
7015                  * Handle the possibility that the old thread was preempted
7016                  * after an "ic" or "tlbi" instruction but before it performed
7017                  * a "dsb" instruction.  If the old thread migrates to a new
7018                  * processor, its completion of a "dsb" instruction on that
7019                  * new processor does not guarantee that the "ic" or "tlbi"
7020                  * instructions performed on the old processor have completed.
7021                  */
7022                 dsb(ish);
7023                 return (false);
7024         }
7025
7026         set = pmap->pm_asid_set;
7027         KASSERT(set != NULL, ("%s: NULL asid set", __func__));
7028
7029         /*
7030          * Ensure that the store to curpmap is globally visible before the
7031          * load from asid_epoch is performed.
7032          */
7033         if (pmap->pm_stage == PM_STAGE1)
7034                 PCPU_SET(curpmap, pmap);
7035         else
7036                 PCPU_SET(curvmpmap, pmap);
7037         dsb(ish);
7038         epoch = COOKIE_TO_EPOCH(pmap->pm_cookie);
7039         if (epoch >= 0 && epoch != set->asid_epoch)
7040                 pmap_alloc_asid(pmap);
7041
7042         if (pmap->pm_stage == PM_STAGE1) {
7043                 set_ttbr0(pmap_to_ttbr0(pmap));
7044                 if (PCPU_GET(bcast_tlbi_workaround) != 0)
7045                         invalidate_local_icache();
7046         }
7047         return (true);
7048 }
7049
7050 void
7051 pmap_activate_vm(pmap_t pmap)
7052 {
7053
7054         PMAP_ASSERT_STAGE2(pmap);
7055
7056         (void)pmap_activate_int(pmap);
7057 }
7058
7059 void
7060 pmap_activate(struct thread *td)
7061 {
7062         pmap_t  pmap;
7063
7064         pmap = vmspace_pmap(td->td_proc->p_vmspace);
7065         PMAP_ASSERT_STAGE1(pmap);
7066         critical_enter();
7067         (void)pmap_activate_int(pmap);
7068         critical_exit();
7069 }
7070
7071 /*
7072  * To eliminate the unused parameter "old", we would have to add an instruction
7073  * to cpu_switch().
7074  */
7075 struct pcb *
7076 pmap_switch(struct thread *old __unused, struct thread *new)
7077 {
7078         pcpu_bp_harden bp_harden;
7079         struct pcb *pcb;
7080
7081         /* Store the new curthread */
7082         PCPU_SET(curthread, new);
7083 #if defined(PERTHREAD_SSP)
7084         /* Set the new threads SSP canary */
7085         __asm("msr      sp_el0, %0" :: "r"(&new->td_md.md_canary));
7086 #endif
7087
7088         /* And the new pcb */
7089         pcb = new->td_pcb;
7090         PCPU_SET(curpcb, pcb);
7091
7092         /*
7093          * TODO: We may need to flush the cache here if switching
7094          * to a user process.
7095          */
7096
7097         if (pmap_activate_int(vmspace_pmap(new->td_proc->p_vmspace))) {
7098                 /*
7099                  * Stop userspace from training the branch predictor against
7100                  * other processes. This will call into a CPU specific
7101                  * function that clears the branch predictor state.
7102                  */
7103                 bp_harden = PCPU_GET(bp_harden);
7104                 if (bp_harden != NULL)
7105                         bp_harden();
7106         }
7107
7108         return (pcb);
7109 }
7110
7111 void
7112 pmap_sync_icache(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_size_t sz)
7113 {
7114
7115         PMAP_ASSERT_STAGE1(pmap);
7116         KASSERT(ADDR_IS_CANONICAL(va),
7117             ("%s: Address not in canonical form: %lx", __func__, va));
7118
7119         if (ADDR_IS_KERNEL(va)) {
7120                 cpu_icache_sync_range(va, sz);
7121         } else {
7122                 u_int len, offset;
7123                 vm_paddr_t pa;
7124
7125                 /* Find the length of data in this page to flush */
7126                 offset = va & PAGE_MASK;
7127                 len = imin(PAGE_SIZE - offset, sz);
7128
7129                 while (sz != 0) {
7130                         /* Extract the physical address & find it in the DMAP */
7131                         pa = pmap_extract(pmap, va);
7132                         if (pa != 0)
7133                                 cpu_icache_sync_range(PHYS_TO_DMAP(pa), len);
7134
7135                         /* Move to the next page */
7136                         sz -= len;
7137                         va += len;
7138                         /* Set the length for the next iteration */
7139                         len = imin(PAGE_SIZE, sz);
7140                 }
7141         }
7142 }
7143
7144 static int
7145 pmap_stage2_fault(pmap_t pmap, uint64_t esr, uint64_t far)
7146 {
7147         pd_entry_t *pdep;
7148         pt_entry_t *ptep, pte;
7149         int rv, lvl, dfsc;
7150
7151         PMAP_ASSERT_STAGE2(pmap);
7152         rv = KERN_FAILURE;
7153
7154         /* Data and insn aborts use same encoding for FSC field. */
7155         dfsc = esr & ISS_DATA_DFSC_MASK;
7156         switch (dfsc) {
7157         case ISS_DATA_DFSC_TF_L0:
7158         case ISS_DATA_DFSC_TF_L1:
7159         case ISS_DATA_DFSC_TF_L2:
7160         case ISS_DATA_DFSC_TF_L3:
7161                 PMAP_LOCK(pmap);
7162                 pdep = pmap_pde(pmap, far, &lvl);
7163                 if (pdep == NULL || lvl != (dfsc - ISS_DATA_DFSC_TF_L1)) {
7164                         PMAP_LOCK(pmap);
7165                         break;
7166                 }
7167
7168                 switch (lvl) {
7169                 case 0:
7170                         ptep = pmap_l0_to_l1(pdep, far);
7171                         break;
7172                 case 1:
7173                         ptep = pmap_l1_to_l2(pdep, far);
7174                         break;
7175                 case 2:
7176                         ptep = pmap_l2_to_l3(pdep, far);
7177                         break;
7178                 default:
7179                         panic("%s: Invalid pde level %d", __func__,lvl);
7180                 }
7181                 goto fault_exec;
7182
7183         case ISS_DATA_DFSC_AFF_L1:
7184         case ISS_DATA_DFSC_AFF_L2:
7185         case ISS_DATA_DFSC_AFF_L3:
7186                 PMAP_LOCK(pmap);
7187                 ptep = pmap_pte(pmap, far, &lvl);
7188 fault_exec:
7189                 if (ptep != NULL && (pte = pmap_load(ptep)) != 0) {
7190                         if (icache_vmid) {
7191                                 pmap_invalidate_vpipt_icache();
7192                         } else {
7193                                 /*
7194                                  * If accessing an executable page invalidate
7195                                  * the I-cache so it will be valid when we
7196                                  * continue execution in the guest. The D-cache
7197                                  * is assumed to already be clean to the Point
7198                                  * of Coherency.
7199                                  */
7200                                 if ((pte & ATTR_S2_XN_MASK) !=
7201                                     ATTR_S2_XN(ATTR_S2_XN_NONE)) {
7202                                         invalidate_icache();
7203                                 }
7204                         }
7205                         pmap_set_bits(ptep, ATTR_AF | ATTR_DESCR_VALID);
7206                         rv = KERN_SUCCESS;
7207                 }
7208                 PMAP_UNLOCK(pmap);
7209                 break;
7210         }
7211
7212         return (rv);
7213 }
7214
7215 int
7216 pmap_fault(pmap_t pmap, uint64_t esr, uint64_t far)
7217 {
7218         pt_entry_t pte, *ptep;
7219         register_t intr;
7220         uint64_t ec, par;
7221         int lvl, rv;
7222
7223         rv = KERN_FAILURE;
7224
7225         ec = ESR_ELx_EXCEPTION(esr);
7226         switch (ec) {
7227         case EXCP_INSN_ABORT_L:
7228         case EXCP_INSN_ABORT:
7229         case EXCP_DATA_ABORT_L:
7230         case EXCP_DATA_ABORT:
7231                 break;
7232         default:
7233                 return (rv);
7234         }
7235
7236         if (pmap->pm_stage == PM_STAGE2)
7237                 return (pmap_stage2_fault(pmap, esr, far));
7238
7239         /* Data and insn aborts use same encoding for FSC field. */
7240         switch (esr & ISS_DATA_DFSC_MASK) {
7241         case ISS_DATA_DFSC_AFF_L1:
7242         case ISS_DATA_DFSC_AFF_L2:
7243         case ISS_DATA_DFSC_AFF_L3:
7244                 PMAP_LOCK(pmap);
7245                 ptep = pmap_pte(pmap, far, &lvl);
7246                 if (ptep != NULL) {
7247                         pmap_set_bits(ptep, ATTR_AF);
7248                         rv = KERN_SUCCESS;
7249                         /*
7250                          * XXXMJ as an optimization we could mark the entry
7251                          * dirty if this is a write fault.
7252                          */
7253                 }
7254                 PMAP_UNLOCK(pmap);
7255                 break;
7256         case ISS_DATA_DFSC_PF_L1:
7257         case ISS_DATA_DFSC_PF_L2:
7258         case ISS_DATA_DFSC_PF_L3:
7259                 if ((ec != EXCP_DATA_ABORT_L && ec != EXCP_DATA_ABORT) ||
7260                     (esr & ISS_DATA_WnR) == 0)
7261                         return (rv);
7262                 PMAP_LOCK(pmap);
7263                 ptep = pmap_pte(pmap, far, &lvl);
7264                 if (ptep != NULL &&
7265                     ((pte = pmap_load(ptep)) & ATTR_SW_DBM) != 0) {
7266                         if ((pte & ATTR_S1_AP_RW_BIT) ==
7267                             ATTR_S1_AP(ATTR_S1_AP_RO)) {
7268                                 pmap_clear_bits(ptep, ATTR_S1_AP_RW_BIT);
7269                                 pmap_invalidate_page(pmap, far, true);
7270                         }
7271                         rv = KERN_SUCCESS;
7272                 }
7273                 PMAP_UNLOCK(pmap);
7274                 break;
7275         case ISS_DATA_DFSC_TF_L0:
7276         case ISS_DATA_DFSC_TF_L1:
7277         case ISS_DATA_DFSC_TF_L2:
7278         case ISS_DATA_DFSC_TF_L3:
7279                 /*
7280                  * Retry the translation.  A break-before-make sequence can
7281                  * produce a transient fault.
7282                  */
7283                 if (pmap == kernel_pmap) {
7284                         /*
7285                          * The translation fault may have occurred within a
7286                          * critical section.  Therefore, we must check the
7287                          * address without acquiring the kernel pmap's lock.
7288                          */
7289                         if (pmap_klookup(far, NULL))
7290                                 rv = KERN_SUCCESS;
7291                 } else {
7292                         PMAP_LOCK(pmap);
7293                         /* Ask the MMU to check the address. */
7294                         intr = intr_disable();
7295                         par = arm64_address_translate_s1e0r(far);
7296                         intr_restore(intr);
7297                         PMAP_UNLOCK(pmap);
7298
7299                         /*
7300                          * If the translation was successful, then we can
7301                          * return success to the trap handler.
7302                          */
7303                         if (PAR_SUCCESS(par))
7304                                 rv = KERN_SUCCESS;
7305                 }
7306                 break;
7307         }
7308
7309         return (rv);
7310 }
7311
7312 /*
7313  *      Increase the starting virtual address of the given mapping if a
7314  *      different alignment might result in more superpage mappings.
7315  */
7316 void
7317 pmap_align_superpage(vm_object_t object, vm_ooffset_t offset,
7318     vm_offset_t *addr, vm_size_t size)
7319 {
7320         vm_offset_t superpage_offset;
7321
7322         if (size < L2_SIZE)
7323                 return;
7324         if (object != NULL && (object->flags & OBJ_COLORED) != 0)
7325                 offset += ptoa(object->pg_color);
7326         superpage_offset = offset & L2_OFFSET;
7327         if (size - ((L2_SIZE - superpage_offset) & L2_OFFSET) < L2_SIZE ||
7328             (*addr & L2_OFFSET) == superpage_offset)
7329                 return;
7330         if ((*addr & L2_OFFSET) < superpage_offset)
7331                 *addr = (*addr & ~L2_OFFSET) + superpage_offset;
7332         else
7333                 *addr = ((*addr + L2_OFFSET) & ~L2_OFFSET) + superpage_offset;
7334 }
7335
7336 /**
7337  * Get the kernel virtual address of a set of physical pages. If there are
7338  * physical addresses not covered by the DMAP perform a transient mapping
7339  * that will be removed when calling pmap_unmap_io_transient.
7340  *
7341  * \param page        The pages the caller wishes to obtain the virtual
7342  *                    address on the kernel memory map.
7343  * \param vaddr       On return contains the kernel virtual memory address
7344  *                    of the pages passed in the page parameter.
7345  * \param count       Number of pages passed in.
7346  * \param can_fault   TRUE if the thread using the mapped pages can take
7347  *                    page faults, FALSE otherwise.
7348  *
7349  * \returns TRUE if the caller must call pmap_unmap_io_transient when
7350  *          finished or FALSE otherwise.
7351  *
7352  */
7353 boolean_t
7354 pmap_map_io_transient(vm_page_t page[], vm_offset_t vaddr[], int count,
7355     boolean_t can_fault)
7356 {
7357         vm_paddr_t paddr;
7358         boolean_t needs_mapping;
7359         int error, i;
7360
7361         /*
7362          * Allocate any KVA space that we need, this is done in a separate
7363          * loop to prevent calling vmem_alloc while pinned.
7364          */
7365         needs_mapping = FALSE;
7366         for (i = 0; i < count; i++) {
7367                 paddr = VM_PAGE_TO_PHYS(page[i]);
7368                 if (__predict_false(!PHYS_IN_DMAP(paddr))) {
7369                         error = vmem_alloc(kernel_arena, PAGE_SIZE,
7370                             M_BESTFIT | M_WAITOK, &vaddr[i]);
7371                         KASSERT(error == 0, ("vmem_alloc failed: %d", error));
7372                         needs_mapping = TRUE;
7373                 } else {
7374                         vaddr[i] = PHYS_TO_DMAP(paddr);
7375                 }
7376         }
7377
7378         /* Exit early if everything is covered by the DMAP */
7379         if (!needs_mapping)
7380                 return (FALSE);
7381
7382         if (!can_fault)
7383                 sched_pin();
7384         for (i = 0; i < count; i++) {
7385                 paddr = VM_PAGE_TO_PHYS(page[i]);
7386                 if (!PHYS_IN_DMAP(paddr)) {
7387                         panic(
7388                            "pmap_map_io_transient: TODO: Map out of DMAP data");
7389                 }
7390         }
7391
7392         return (needs_mapping);
7393 }
7394
7395 void
7396 pmap_unmap_io_transient(vm_page_t page[], vm_offset_t vaddr[], int count,
7397     boolean_t can_fault)
7398 {
7399         vm_paddr_t paddr;
7400         int i;
7401
7402         if (!can_fault)
7403                 sched_unpin();
7404         for (i = 0; i < count; i++) {
7405                 paddr = VM_PAGE_TO_PHYS(page[i]);
7406                 if (!PHYS_IN_DMAP(paddr)) {
7407                         panic("ARM64TODO: pmap_unmap_io_transient: Unmap data");
7408                 }
7409         }
7410 }
7411
7412 boolean_t
7413 pmap_is_valid_memattr(pmap_t pmap __unused, vm_memattr_t mode)
7414 {
7415
7416         return (mode >= VM_MEMATTR_DEVICE && mode <= VM_MEMATTR_WRITE_THROUGH);
7417 }
7418
7419 /*
7420  * Track a range of the kernel's virtual address space that is contiguous
7421  * in various mapping attributes.
7422  */
7423 struct pmap_kernel_map_range {
7424         vm_offset_t sva;
7425         pt_entry_t attrs;
7426         int l3pages;
7427         int l3contig;
7428         int l2blocks;
7429         int l1blocks;
7430 };
7431
7432 static void
7433 sysctl_kmaps_dump(struct sbuf *sb, struct pmap_kernel_map_range *range,
7434     vm_offset_t eva)
7435 {
7436         const char *mode;
7437         int index;
7438
7439         if (eva <= range->sva)
7440                 return;
7441
7442         index = range->attrs & ATTR_S1_IDX_MASK;
7443         switch (index) {
7444         case ATTR_S1_IDX(VM_MEMATTR_DEVICE):
7445                 mode = "DEV";
7446                 break;
7447         case ATTR_S1_IDX(VM_MEMATTR_UNCACHEABLE):
7448                 mode = "UC";
7449                 break;
7450         case ATTR_S1_IDX(VM_MEMATTR_WRITE_BACK):
7451                 mode = "WB";
7452                 break;
7453         case ATTR_S1_IDX(VM_MEMATTR_WRITE_THROUGH):
7454                 mode = "WT";
7455                 break;
7456         default:
7457                 printf(
7458                     "%s: unknown memory type %x for range 0x%016lx-0x%016lx\n",
7459                     __func__, index, range->sva, eva);
7460                 mode = "??";
7461                 break;
7462         }
7463
7464         sbuf_printf(sb, "0x%016lx-0x%016lx r%c%c%c%c %3s %d %d %d %d\n",
7465             range->sva, eva,
7466             (range->attrs & ATTR_S1_AP_RW_BIT) == ATTR_S1_AP_RW ? 'w' : '-',
7467             (range->attrs & ATTR_S1_PXN) != 0 ? '-' : 'x',
7468             (range->attrs & ATTR_S1_UXN) != 0 ? '-' : 'X',
7469             (range->attrs & ATTR_S1_AP(ATTR_S1_AP_USER)) != 0 ? 'u' : 's',
7470             mode, range->l1blocks, range->l2blocks, range->l3contig,
7471             range->l3pages);
7472
7473         /* Reset to sentinel value. */
7474         range->sva = 0xfffffffffffffffful;
7475 }
7476
7477 /*
7478  * Determine whether the attributes specified by a page table entry match those
7479  * being tracked by the current range.
7480  */
7481 static bool
7482 sysctl_kmaps_match(struct pmap_kernel_map_range *range, pt_entry_t attrs)
7483 {
7484
7485         return (range->attrs == attrs);
7486 }
7487
7488 static void
7489 sysctl_kmaps_reinit(struct pmap_kernel_map_range *range, vm_offset_t va,
7490     pt_entry_t attrs)
7491 {
7492
7493         memset(range, 0, sizeof(*range));
7494         range->sva = va;
7495         range->attrs = attrs;
7496 }
7497
7498 /* Get the block/page attributes that correspond to the table attributes */
7499 static pt_entry_t
7500 sysctl_kmaps_table_attrs(pd_entry_t table)
7501 {
7502         pt_entry_t attrs;
7503
7504         attrs = 0;
7505         if ((table & TATTR_UXN_TABLE) != 0)
7506                 attrs |= ATTR_S1_UXN;
7507         if ((table & TATTR_PXN_TABLE) != 0)
7508                 attrs |= ATTR_S1_PXN;
7509         if ((table & TATTR_AP_TABLE_RO) != 0)
7510                 attrs |= ATTR_S1_AP(ATTR_S1_AP_RO);
7511
7512         return (attrs);
7513 }
7514
7515 /* Read the block/page attributes we care about */
7516 static pt_entry_t
7517 sysctl_kmaps_block_attrs(pt_entry_t block)
7518 {
7519         return (block & (ATTR_S1_AP_MASK | ATTR_S1_XN | ATTR_S1_IDX_MASK));
7520 }
7521
7522 /*
7523  * Given a leaf PTE, derive the mapping's attributes.  If they do not match
7524  * those of the current run, dump the address range and its attributes, and
7525  * begin a new run.
7526  */
7527 static void
7528 sysctl_kmaps_check(struct sbuf *sb, struct pmap_kernel_map_range *range,
7529     vm_offset_t va, pd_entry_t l0e, pd_entry_t l1e, pd_entry_t l2e,
7530     pt_entry_t l3e)
7531 {
7532         pt_entry_t attrs;
7533
7534         attrs = sysctl_kmaps_table_attrs(l0e);
7535
7536         if ((l1e & ATTR_DESCR_TYPE_MASK) == ATTR_DESCR_TYPE_BLOCK) {
7537                 attrs |= sysctl_kmaps_block_attrs(l1e);
7538                 goto done;
7539         }
7540         attrs |= sysctl_kmaps_table_attrs(l1e);
7541
7542         if ((l2e & ATTR_DESCR_TYPE_MASK) == ATTR_DESCR_TYPE_BLOCK) {
7543                 attrs |= sysctl_kmaps_block_attrs(l2e);
7544                 goto done;
7545         }
7546         attrs |= sysctl_kmaps_table_attrs(l2e);
7547         attrs |= sysctl_kmaps_block_attrs(l3e);
7548
7549 done:
7550         if (range->sva > va || !sysctl_kmaps_match(range, attrs)) {
7551                 sysctl_kmaps_dump(sb, range, va);
7552                 sysctl_kmaps_reinit(range, va, attrs);
7553         }
7554 }
7555
7556 static int
7557 sysctl_kmaps(SYSCTL_HANDLER_ARGS)
7558 {
7559         struct pmap_kernel_map_range range;
7560         struct sbuf sbuf, *sb;
7561         pd_entry_t l0e, *l1, l1e, *l2, l2e;
7562         pt_entry_t *l3, l3e;
7563         vm_offset_t sva;
7564         vm_paddr_t pa;
7565         int error, i, j, k, l;
7566
7567         error = sysctl_wire_old_buffer(req, 0);
7568         if (error != 0)
7569                 return (error);
7570         sb = &sbuf;
7571         sbuf_new_for_sysctl(sb, NULL, PAGE_SIZE, req);
7572
7573         /* Sentinel value. */
7574         range.sva = 0xfffffffffffffffful;
7575
7576         /*
7577          * Iterate over the kernel page tables without holding the kernel pmap
7578          * lock.  Kernel page table pages are never freed, so at worst we will
7579          * observe inconsistencies in the output.
7580          */
7581         for (sva = 0xffff000000000000ul, i = pmap_l0_index(sva); i < Ln_ENTRIES;
7582             i++) {
7583                 if (i == pmap_l0_index(DMAP_MIN_ADDRESS))
7584                         sbuf_printf(sb, "\nDirect map:\n");
7585                 else if (i == pmap_l0_index(VM_MIN_KERNEL_ADDRESS))
7586                         sbuf_printf(sb, "\nKernel map:\n");
7587
7588                 l0e = kernel_pmap->pm_l0[i];
7589                 if ((l0e & ATTR_DESCR_VALID) == 0) {
7590                         sysctl_kmaps_dump(sb, &range, sva);
7591                         sva += L0_SIZE;
7592                         continue;
7593                 }
7594                 pa = l0e & ~ATTR_MASK;
7595                 l1 = (pd_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(pa);
7596
7597                 for (j = pmap_l1_index(sva); j < Ln_ENTRIES; j++) {
7598                         l1e = l1[j];
7599                         if ((l1e & ATTR_DESCR_VALID) == 0) {
7600                                 sysctl_kmaps_dump(sb, &range, sva);
7601                                 sva += L1_SIZE;
7602                                 continue;
7603                         }
7604                         if ((l1e & ATTR_DESCR_MASK) == L1_BLOCK) {
7605                                 sysctl_kmaps_check(sb, &range, sva, l0e, l1e,
7606                                     0, 0);
7607                                 range.l1blocks++;
7608                                 sva += L1_SIZE;
7609                                 continue;
7610                         }
7611                         pa = l1e & ~ATTR_MASK;
7612                         l2 = (pd_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(pa);
7613
7614                         for (k = pmap_l2_index(sva); k < Ln_ENTRIES; k++) {
7615                                 l2e = l2[k];
7616                                 if ((l2e & ATTR_DESCR_VALID) == 0) {
7617                                         sysctl_kmaps_dump(sb, &range, sva);
7618                                         sva += L2_SIZE;
7619                                         continue;
7620                                 }
7621                                 if ((l2e & ATTR_DESCR_MASK) == L2_BLOCK) {
7622                                         sysctl_kmaps_check(sb, &range, sva,
7623                                             l0e, l1e, l2e, 0);
7624                                         range.l2blocks++;
7625                                         sva += L2_SIZE;
7626                                         continue;
7627                                 }
7628                                 pa = l2e & ~ATTR_MASK;
7629                                 l3 = (pt_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(pa);
7630
7631                                 for (l = pmap_l3_index(sva); l < Ln_ENTRIES;
7632                                     l++, sva += L3_SIZE) {
7633                                         l3e = l3[l];
7634                                         if ((l3e & ATTR_DESCR_VALID) == 0) {
7635                                                 sysctl_kmaps_dump(sb, &range,
7636                                                     sva);
7637                                                 continue;
7638                                         }
7639                                         sysctl_kmaps_check(sb, &range, sva,
7640                                             l0e, l1e, l2e, l3e);
7641                                         if ((l3e & ATTR_CONTIGUOUS) != 0)
7642                                                 range.l3contig += l % 16 == 0 ?
7643                                                     1 : 0;
7644                                         else
7645                                                 range.l3pages++;
7646                                 }
7647                         }
7648                 }
7649         }
7650
7651         error = sbuf_finish(sb);
7652         sbuf_delete(sb);
7653         return (error);
7654 }
7655 SYSCTL_OID(_vm_pmap, OID_AUTO, kernel_maps,
7656     CTLTYPE_STRING | CTLFLAG_RD | CTLFLAG_MPSAFE | CTLFLAG_SKIP,
7657     NULL, 0, sysctl_kmaps, "A",
7658     "Dump kernel address layout");