]> CyberLeo.Net >> Repos - FreeBSD/FreeBSD.git/blob - sys/arm64/arm64/pmap.c
pmap: Micro-optimize pmap_remove_pages() on amd64 and arm64
[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 #define DMAP_TABLES     ((DMAP_MAX_ADDRESS - DMAP_MIN_ADDRESS) >> L0_SHIFT)
294 extern pt_entry_t pagetable_dmap[];
295
296 #define PHYSMAP_SIZE    (2 * (VM_PHYSSEG_MAX - 1))
297 static vm_paddr_t physmap[PHYSMAP_SIZE];
298 static u_int physmap_idx;
299
300 static SYSCTL_NODE(_vm, OID_AUTO, pmap, CTLFLAG_RD | CTLFLAG_MPSAFE, 0,
301     "VM/pmap parameters");
302
303 /*
304  * This ASID allocator uses a bit vector ("asid_set") to remember which ASIDs
305  * that it has currently allocated to a pmap, a cursor ("asid_next") to
306  * optimize its search for a free ASID in the bit vector, and an epoch number
307  * ("asid_epoch") to indicate when it has reclaimed all previously allocated
308  * ASIDs that are not currently active on a processor.
309  *
310  * The current epoch number is always in the range [0, INT_MAX).  Negative
311  * numbers and INT_MAX are reserved for special cases that are described
312  * below.
313  */
314 struct asid_set {
315         int asid_bits;
316         bitstr_t *asid_set;
317         int asid_set_size;
318         int asid_next;
319         int asid_epoch;
320         struct mtx asid_set_mutex;
321 };
322
323 static struct asid_set asids;
324 static struct asid_set vmids;
325
326 static SYSCTL_NODE(_vm_pmap, OID_AUTO, asid, CTLFLAG_RD | CTLFLAG_MPSAFE, 0,
327     "ASID allocator");
328 SYSCTL_INT(_vm_pmap_asid, OID_AUTO, bits, CTLFLAG_RD, &asids.asid_bits, 0,
329     "The number of bits in an ASID");
330 SYSCTL_INT(_vm_pmap_asid, OID_AUTO, next, CTLFLAG_RD, &asids.asid_next, 0,
331     "The last allocated ASID plus one");
332 SYSCTL_INT(_vm_pmap_asid, OID_AUTO, epoch, CTLFLAG_RD, &asids.asid_epoch, 0,
333     "The current epoch number");
334
335 static SYSCTL_NODE(_vm_pmap, OID_AUTO, vmid, CTLFLAG_RD, 0, "VMID allocator");
336 SYSCTL_INT(_vm_pmap_vmid, OID_AUTO, bits, CTLFLAG_RD, &vmids.asid_bits, 0,
337     "The number of bits in an VMID");
338 SYSCTL_INT(_vm_pmap_vmid, OID_AUTO, next, CTLFLAG_RD, &vmids.asid_next, 0,
339     "The last allocated VMID plus one");
340 SYSCTL_INT(_vm_pmap_vmid, OID_AUTO, epoch, CTLFLAG_RD, &vmids.asid_epoch, 0,
341     "The current epoch number");
342
343 void (*pmap_clean_stage2_tlbi)(void);
344 void (*pmap_invalidate_vpipt_icache)(void);
345
346 /*
347  * A pmap's cookie encodes an ASID and epoch number.  Cookies for reserved
348  * ASIDs have a negative epoch number, specifically, INT_MIN.  Cookies for
349  * dynamically allocated ASIDs have a non-negative epoch number.
350  *
351  * An invalid ASID is represented by -1.
352  *
353  * There are two special-case cookie values: (1) COOKIE_FROM(-1, INT_MIN),
354  * which indicates that an ASID should never be allocated to the pmap, and
355  * (2) COOKIE_FROM(-1, INT_MAX), which indicates that an ASID should be
356  * allocated when the pmap is next activated.
357  */
358 #define COOKIE_FROM(asid, epoch)        ((long)((u_int)(asid) | \
359                                             ((u_long)(epoch) << 32)))
360 #define COOKIE_TO_ASID(cookie)          ((int)(cookie))
361 #define COOKIE_TO_EPOCH(cookie)         ((int)((u_long)(cookie) >> 32))
362
363 static int superpages_enabled = 1;
364 SYSCTL_INT(_vm_pmap, OID_AUTO, superpages_enabled,
365     CTLFLAG_RDTUN | CTLFLAG_NOFETCH, &superpages_enabled, 0,
366     "Are large page mappings enabled?");
367
368 /*
369  * Internal flags for pmap_enter()'s helper functions.
370  */
371 #define PMAP_ENTER_NORECLAIM    0x1000000       /* Don't reclaim PV entries. */
372 #define PMAP_ENTER_NOREPLACE    0x2000000       /* Don't replace mappings. */
373
374 static void     free_pv_chunk(struct pv_chunk *pc);
375 static void     free_pv_entry(pmap_t pmap, pv_entry_t pv);
376 static pv_entry_t get_pv_entry(pmap_t pmap, struct rwlock **lockp);
377 static vm_page_t reclaim_pv_chunk(pmap_t locked_pmap, struct rwlock **lockp);
378 static void     pmap_pvh_free(struct md_page *pvh, pmap_t pmap, vm_offset_t va);
379 static pv_entry_t pmap_pvh_remove(struct md_page *pvh, pmap_t pmap,
380                     vm_offset_t va);
381
382 static void pmap_abort_ptp(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t mpte);
383 static bool pmap_activate_int(pmap_t pmap);
384 static void pmap_alloc_asid(pmap_t pmap);
385 static int pmap_change_attr_locked(vm_offset_t va, vm_size_t size, int mode);
386 static pt_entry_t *pmap_demote_l1(pmap_t pmap, pt_entry_t *l1, vm_offset_t va);
387 static pt_entry_t *pmap_demote_l2_locked(pmap_t pmap, pt_entry_t *l2,
388     vm_offset_t va, struct rwlock **lockp);
389 static pt_entry_t *pmap_demote_l2(pmap_t pmap, pt_entry_t *l2, vm_offset_t va);
390 static vm_page_t pmap_enter_quick_locked(pmap_t pmap, vm_offset_t va,
391     vm_page_t m, vm_prot_t prot, vm_page_t mpte, struct rwlock **lockp);
392 static int pmap_enter_l2(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t new_l2,
393     u_int flags, vm_page_t m, struct rwlock **lockp);
394 static int pmap_remove_l2(pmap_t pmap, pt_entry_t *l2, vm_offset_t sva,
395     pd_entry_t l1e, struct spglist *free, struct rwlock **lockp);
396 static int pmap_remove_l3(pmap_t pmap, pt_entry_t *l3, vm_offset_t sva,
397     pd_entry_t l2e, struct spglist *free, struct rwlock **lockp);
398 static void pmap_reset_asid_set(pmap_t pmap);
399 static boolean_t pmap_try_insert_pv_entry(pmap_t pmap, vm_offset_t va,
400     vm_page_t m, struct rwlock **lockp);
401
402 static vm_page_t _pmap_alloc_l3(pmap_t pmap, vm_pindex_t ptepindex,
403                 struct rwlock **lockp);
404
405 static void _pmap_unwire_l3(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m,
406     struct spglist *free);
407 static int pmap_unuse_pt(pmap_t, vm_offset_t, pd_entry_t, struct spglist *);
408 static __inline vm_page_t pmap_remove_pt_page(pmap_t pmap, vm_offset_t va);
409
410 /*
411  * These load the old table data and store the new value.
412  * They need to be atomic as the System MMU may write to the table at
413  * the same time as the CPU.
414  */
415 #define pmap_clear(table)               atomic_store_64(table, 0)
416 #define pmap_clear_bits(table, bits)    atomic_clear_64(table, bits)
417 #define pmap_load(table)                (*table)
418 #define pmap_load_clear(table)          atomic_swap_64(table, 0)
419 #define pmap_load_store(table, entry)   atomic_swap_64(table, entry)
420 #define pmap_set_bits(table, bits)      atomic_set_64(table, bits)
421 #define pmap_store(table, entry)        atomic_store_64(table, entry)
422
423 /********************/
424 /* Inline functions */
425 /********************/
426
427 static __inline void
428 pagecopy(void *s, void *d)
429 {
430
431         memcpy(d, s, PAGE_SIZE);
432 }
433
434 static __inline pd_entry_t *
435 pmap_l0(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
436 {
437
438         return (&pmap->pm_l0[pmap_l0_index(va)]);
439 }
440
441 static __inline pd_entry_t *
442 pmap_l0_to_l1(pd_entry_t *l0, vm_offset_t va)
443 {
444         pd_entry_t *l1;
445
446         l1 = (pd_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(pmap_load(l0) & ~ATTR_MASK);
447         return (&l1[pmap_l1_index(va)]);
448 }
449
450 static __inline pd_entry_t *
451 pmap_l1(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
452 {
453         pd_entry_t *l0;
454
455         l0 = pmap_l0(pmap, va);
456         if ((pmap_load(l0) & ATTR_DESCR_MASK) != L0_TABLE)
457                 return (NULL);
458
459         return (pmap_l0_to_l1(l0, va));
460 }
461
462 static __inline pd_entry_t *
463 pmap_l1_to_l2(pd_entry_t *l1p, vm_offset_t va)
464 {
465         pd_entry_t l1, *l2p;
466
467         l1 = pmap_load(l1p);
468
469         KASSERT(ADDR_IS_CANONICAL(va),
470             ("%s: Address not in canonical form: %lx", __func__, va));
471         /*
472          * The valid bit may be clear if pmap_update_entry() is concurrently
473          * modifying the entry, so for KVA only the entry type may be checked.
474          */
475         KASSERT(ADDR_IS_KERNEL(va) || (l1 & ATTR_DESCR_VALID) != 0,
476             ("%s: L1 entry %#lx for %#lx is invalid", __func__, l1, va));
477         KASSERT((l1 & ATTR_DESCR_TYPE_MASK) == ATTR_DESCR_TYPE_TABLE,
478             ("%s: L1 entry %#lx for %#lx is a leaf", __func__, l1, va));
479         l2p = (pd_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(l1 & ~ATTR_MASK);
480         return (&l2p[pmap_l2_index(va)]);
481 }
482
483 static __inline pd_entry_t *
484 pmap_l2(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
485 {
486         pd_entry_t *l1;
487
488         l1 = pmap_l1(pmap, va);
489         if ((pmap_load(l1) & ATTR_DESCR_MASK) != L1_TABLE)
490                 return (NULL);
491
492         return (pmap_l1_to_l2(l1, va));
493 }
494
495 static __inline pt_entry_t *
496 pmap_l2_to_l3(pd_entry_t *l2p, vm_offset_t va)
497 {
498         pd_entry_t l2;
499         pt_entry_t *l3p;
500
501         l2 = pmap_load(l2p);
502
503         KASSERT(ADDR_IS_CANONICAL(va),
504             ("%s: Address not in canonical form: %lx", __func__, va));
505         /*
506          * The valid bit may be clear if pmap_update_entry() is concurrently
507          * modifying the entry, so for KVA only the entry type may be checked.
508          */
509         KASSERT(ADDR_IS_KERNEL(va) || (l2 & ATTR_DESCR_VALID) != 0,
510             ("%s: L2 entry %#lx for %#lx is invalid", __func__, l2, va));
511         KASSERT((l2 & ATTR_DESCR_TYPE_MASK) == ATTR_DESCR_TYPE_TABLE,
512             ("%s: L2 entry %#lx for %#lx is a leaf", __func__, l2, va));
513         l3p = (pt_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(l2 & ~ATTR_MASK);
514         return (&l3p[pmap_l3_index(va)]);
515 }
516
517 /*
518  * Returns the lowest valid pde for a given virtual address.
519  * The next level may or may not point to a valid page or block.
520  */
521 static __inline pd_entry_t *
522 pmap_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, int *level)
523 {
524         pd_entry_t *l0, *l1, *l2, desc;
525
526         l0 = pmap_l0(pmap, va);
527         desc = pmap_load(l0) & ATTR_DESCR_MASK;
528         if (desc != L0_TABLE) {
529                 *level = -1;
530                 return (NULL);
531         }
532
533         l1 = pmap_l0_to_l1(l0, va);
534         desc = pmap_load(l1) & ATTR_DESCR_MASK;
535         if (desc != L1_TABLE) {
536                 *level = 0;
537                 return (l0);
538         }
539
540         l2 = pmap_l1_to_l2(l1, va);
541         desc = pmap_load(l2) & ATTR_DESCR_MASK;
542         if (desc != L2_TABLE) {
543                 *level = 1;
544                 return (l1);
545         }
546
547         *level = 2;
548         return (l2);
549 }
550
551 /*
552  * Returns the lowest valid pte block or table entry for a given virtual
553  * address. If there are no valid entries return NULL and set the level to
554  * the first invalid level.
555  */
556 static __inline pt_entry_t *
557 pmap_pte(pmap_t pmap, vm_offset_t va, int *level)
558 {
559         pd_entry_t *l1, *l2, desc;
560         pt_entry_t *l3;
561
562         l1 = pmap_l1(pmap, va);
563         if (l1 == NULL) {
564                 *level = 0;
565                 return (NULL);
566         }
567         desc = pmap_load(l1) & ATTR_DESCR_MASK;
568         if (desc == L1_BLOCK) {
569                 *level = 1;
570                 return (l1);
571         }
572
573         if (desc != L1_TABLE) {
574                 *level = 1;
575                 return (NULL);
576         }
577
578         l2 = pmap_l1_to_l2(l1, va);
579         desc = pmap_load(l2) & ATTR_DESCR_MASK;
580         if (desc == L2_BLOCK) {
581                 *level = 2;
582                 return (l2);
583         }
584
585         if (desc != L2_TABLE) {
586                 *level = 2;
587                 return (NULL);
588         }
589
590         *level = 3;
591         l3 = pmap_l2_to_l3(l2, va);
592         if ((pmap_load(l3) & ATTR_DESCR_MASK) != L3_PAGE)
593                 return (NULL);
594
595         return (l3);
596 }
597
598 bool
599 pmap_ps_enabled(pmap_t pmap __unused)
600 {
601
602         return (superpages_enabled != 0);
603 }
604
605 bool
606 pmap_get_tables(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t **l0, pd_entry_t **l1,
607     pd_entry_t **l2, pt_entry_t **l3)
608 {
609         pd_entry_t *l0p, *l1p, *l2p;
610
611         if (pmap->pm_l0 == NULL)
612                 return (false);
613
614         l0p = pmap_l0(pmap, va);
615         *l0 = l0p;
616
617         if ((pmap_load(l0p) & ATTR_DESCR_MASK) != L0_TABLE)
618                 return (false);
619
620         l1p = pmap_l0_to_l1(l0p, va);
621         *l1 = l1p;
622
623         if ((pmap_load(l1p) & ATTR_DESCR_MASK) == L1_BLOCK) {
624                 *l2 = NULL;
625                 *l3 = NULL;
626                 return (true);
627         }
628
629         if ((pmap_load(l1p) & ATTR_DESCR_MASK) != L1_TABLE)
630                 return (false);
631
632         l2p = pmap_l1_to_l2(l1p, va);
633         *l2 = l2p;
634
635         if ((pmap_load(l2p) & ATTR_DESCR_MASK) == L2_BLOCK) {
636                 *l3 = NULL;
637                 return (true);
638         }
639
640         if ((pmap_load(l2p) & ATTR_DESCR_MASK) != L2_TABLE)
641                 return (false);
642
643         *l3 = pmap_l2_to_l3(l2p, va);
644
645         return (true);
646 }
647
648 static __inline int
649 pmap_l3_valid(pt_entry_t l3)
650 {
651
652         return ((l3 & ATTR_DESCR_MASK) == L3_PAGE);
653 }
654
655 CTASSERT(L1_BLOCK == L2_BLOCK);
656
657 static pt_entry_t
658 pmap_pte_memattr(pmap_t pmap, vm_memattr_t memattr)
659 {
660         pt_entry_t val;
661
662         if (pmap->pm_stage == PM_STAGE1) {
663                 val = ATTR_S1_IDX(memattr);
664                 if (memattr == VM_MEMATTR_DEVICE)
665                         val |= ATTR_S1_XN;
666                 return (val);
667         }
668
669         val = 0;
670
671         switch (memattr) {
672         case VM_MEMATTR_DEVICE:
673                 return (ATTR_S2_MEMATTR(ATTR_S2_MEMATTR_DEVICE_nGnRnE) |
674                     ATTR_S2_XN(ATTR_S2_XN_ALL));
675         case VM_MEMATTR_UNCACHEABLE:
676                 return (ATTR_S2_MEMATTR(ATTR_S2_MEMATTR_NC));
677         case VM_MEMATTR_WRITE_BACK:
678                 return (ATTR_S2_MEMATTR(ATTR_S2_MEMATTR_WB));
679         case VM_MEMATTR_WRITE_THROUGH:
680                 return (ATTR_S2_MEMATTR(ATTR_S2_MEMATTR_WT));
681         default:
682                 panic("%s: invalid memory attribute %x", __func__, memattr);
683         }
684 }
685
686 static pt_entry_t
687 pmap_pte_prot(pmap_t pmap, vm_prot_t prot)
688 {
689         pt_entry_t val;
690
691         val = 0;
692         if (pmap->pm_stage == PM_STAGE1) {
693                 if ((prot & VM_PROT_EXECUTE) == 0)
694                         val |= ATTR_S1_XN;
695                 if ((prot & VM_PROT_WRITE) == 0)
696                         val |= ATTR_S1_AP(ATTR_S1_AP_RO);
697         } else {
698                 if ((prot & VM_PROT_WRITE) != 0)
699                         val |= ATTR_S2_S2AP(ATTR_S2_S2AP_WRITE);
700                 if ((prot & VM_PROT_READ) != 0)
701                         val |= ATTR_S2_S2AP(ATTR_S2_S2AP_READ);
702                 if ((prot & VM_PROT_EXECUTE) == 0)
703                         val |= ATTR_S2_XN(ATTR_S2_XN_ALL);
704         }
705
706         return (val);
707 }
708
709 /*
710  * Checks if the PTE is dirty.
711  */
712 static inline int
713 pmap_pte_dirty(pmap_t pmap, pt_entry_t pte)
714 {
715
716         KASSERT((pte & ATTR_SW_MANAGED) != 0, ("pte %#lx is unmanaged", pte));
717
718         if (pmap->pm_stage == PM_STAGE1) {
719                 KASSERT((pte & (ATTR_S1_AP_RW_BIT | ATTR_SW_DBM)) != 0,
720                     ("pte %#lx is writeable and missing ATTR_SW_DBM", pte));
721
722                 return ((pte & (ATTR_S1_AP_RW_BIT | ATTR_SW_DBM)) ==
723                     (ATTR_S1_AP(ATTR_S1_AP_RW) | ATTR_SW_DBM));
724         }
725
726         return ((pte & ATTR_S2_S2AP(ATTR_S2_S2AP_WRITE)) ==
727             ATTR_S2_S2AP(ATTR_S2_S2AP_WRITE));
728 }
729
730 static __inline void
731 pmap_resident_count_inc(pmap_t pmap, int count)
732 {
733
734         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
735         pmap->pm_stats.resident_count += count;
736 }
737
738 static __inline void
739 pmap_resident_count_dec(pmap_t pmap, int count)
740 {
741
742         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
743         KASSERT(pmap->pm_stats.resident_count >= count,
744             ("pmap %p resident count underflow %ld %d", pmap,
745             pmap->pm_stats.resident_count, count));
746         pmap->pm_stats.resident_count -= count;
747 }
748
749 static vm_paddr_t
750 pmap_early_vtophys(vm_offset_t l1pt, vm_offset_t va)
751 {
752         vm_paddr_t pa_page;
753
754         pa_page = arm64_address_translate_s1e1r(va) & PAR_PA_MASK;
755         return (pa_page | (va & PAR_LOW_MASK));
756 }
757
758 static vm_offset_t
759 pmap_bootstrap_dmap(vm_offset_t kern_l1, vm_paddr_t min_pa,
760     vm_offset_t freemempos)
761 {
762         pt_entry_t *l2;
763         vm_offset_t va;
764         vm_paddr_t l2_pa, pa;
765         u_int l1_slot, l2_slot, prev_l1_slot;
766         int i;
767
768         dmap_phys_base = min_pa & ~L1_OFFSET;
769         dmap_phys_max = 0;
770         dmap_max_addr = 0;
771         l2 = NULL;
772         prev_l1_slot = -1;
773
774 #define DMAP_TABLES     ((DMAP_MAX_ADDRESS - DMAP_MIN_ADDRESS) >> L0_SHIFT)
775         memset(pagetable_dmap, 0, PAGE_SIZE * DMAP_TABLES);
776
777         for (i = 0; i < (physmap_idx * 2); i += 2) {
778                 pa = physmap[i] & ~L2_OFFSET;
779                 va = pa - dmap_phys_base + DMAP_MIN_ADDRESS;
780
781                 /* Create L2 mappings at the start of the region */
782                 if ((pa & L1_OFFSET) != 0) {
783                         l1_slot = ((va - DMAP_MIN_ADDRESS) >> L1_SHIFT);
784                         if (l1_slot != prev_l1_slot) {
785                                 prev_l1_slot = l1_slot;
786                                 l2 = (pt_entry_t *)freemempos;
787                                 l2_pa = pmap_early_vtophys(kern_l1,
788                                     (vm_offset_t)l2);
789                                 freemempos += PAGE_SIZE;
790
791                                 pmap_store(&pagetable_dmap[l1_slot],
792                                     (l2_pa & ~Ln_TABLE_MASK) | L1_TABLE);
793
794                                 memset(l2, 0, PAGE_SIZE);
795                         }
796                         KASSERT(l2 != NULL,
797                             ("pmap_bootstrap_dmap: NULL l2 map"));
798                         for (; va < DMAP_MAX_ADDRESS && pa < physmap[i + 1];
799                             pa += L2_SIZE, va += L2_SIZE) {
800                                 /*
801                                  * We are on a boundary, stop to
802                                  * create a level 1 block
803                                  */
804                                 if ((pa & L1_OFFSET) == 0)
805                                         break;
806
807                                 l2_slot = pmap_l2_index(va);
808                                 KASSERT(l2_slot != 0, ("..."));
809                                 pmap_store(&l2[l2_slot],
810                                     (pa & ~L2_OFFSET) | ATTR_DEFAULT |
811                                     ATTR_S1_XN |
812                                     ATTR_S1_IDX(VM_MEMATTR_WRITE_BACK) |
813                                     L2_BLOCK);
814                         }
815                         KASSERT(va == (pa - dmap_phys_base + DMAP_MIN_ADDRESS),
816                             ("..."));
817                 }
818
819                 for (; va < DMAP_MAX_ADDRESS && pa < physmap[i + 1] &&
820                     (physmap[i + 1] - pa) >= L1_SIZE;
821                     pa += L1_SIZE, va += L1_SIZE) {
822                         l1_slot = ((va - DMAP_MIN_ADDRESS) >> L1_SHIFT);
823                         pmap_store(&pagetable_dmap[l1_slot],
824                             (pa & ~L1_OFFSET) | ATTR_DEFAULT | ATTR_S1_XN |
825                             ATTR_S1_IDX(VM_MEMATTR_WRITE_BACK) | L1_BLOCK);
826                 }
827
828                 /* Create L2 mappings at the end of the region */
829                 if (pa < physmap[i + 1]) {
830                         l1_slot = ((va - DMAP_MIN_ADDRESS) >> L1_SHIFT);
831                         if (l1_slot != prev_l1_slot) {
832                                 prev_l1_slot = l1_slot;
833                                 l2 = (pt_entry_t *)freemempos;
834                                 l2_pa = pmap_early_vtophys(kern_l1,
835                                     (vm_offset_t)l2);
836                                 freemempos += PAGE_SIZE;
837
838                                 pmap_store(&pagetable_dmap[l1_slot],
839                                     (l2_pa & ~Ln_TABLE_MASK) | L1_TABLE);
840
841                                 memset(l2, 0, PAGE_SIZE);
842                         }
843                         KASSERT(l2 != NULL,
844                             ("pmap_bootstrap_dmap: NULL l2 map"));
845                         for (; va < DMAP_MAX_ADDRESS && pa < physmap[i + 1];
846                             pa += L2_SIZE, va += L2_SIZE) {
847                                 l2_slot = pmap_l2_index(va);
848                                 pmap_store(&l2[l2_slot],
849                                     (pa & ~L2_OFFSET) | ATTR_DEFAULT |
850                                     ATTR_S1_XN |
851                                     ATTR_S1_IDX(VM_MEMATTR_WRITE_BACK) |
852                                     L2_BLOCK);
853                         }
854                 }
855
856                 if (pa > dmap_phys_max) {
857                         dmap_phys_max = pa;
858                         dmap_max_addr = va;
859                 }
860         }
861
862         cpu_tlb_flushID();
863
864         return (freemempos);
865 }
866
867 static vm_offset_t
868 pmap_bootstrap_l2(vm_offset_t l1pt, vm_offset_t va, vm_offset_t l2_start)
869 {
870         vm_offset_t l2pt;
871         vm_paddr_t pa;
872         pd_entry_t *l1;
873         u_int l1_slot;
874
875         KASSERT((va & L1_OFFSET) == 0, ("Invalid virtual address"));
876
877         l1 = (pd_entry_t *)l1pt;
878         l1_slot = pmap_l1_index(va);
879         l2pt = l2_start;
880
881         for (; va < VM_MAX_KERNEL_ADDRESS; l1_slot++, va += L1_SIZE) {
882                 KASSERT(l1_slot < Ln_ENTRIES, ("Invalid L1 index"));
883
884                 pa = pmap_early_vtophys(l1pt, l2pt);
885                 pmap_store(&l1[l1_slot],
886                     (pa & ~Ln_TABLE_MASK) | L1_TABLE);
887                 l2pt += PAGE_SIZE;
888         }
889
890         /* Clean the L2 page table */
891         memset((void *)l2_start, 0, l2pt - l2_start);
892
893         return l2pt;
894 }
895
896 static vm_offset_t
897 pmap_bootstrap_l3(vm_offset_t l1pt, vm_offset_t va, vm_offset_t l3_start)
898 {
899         vm_offset_t l3pt;
900         vm_paddr_t pa;
901         pd_entry_t *l2;
902         u_int l2_slot;
903
904         KASSERT((va & L2_OFFSET) == 0, ("Invalid virtual address"));
905
906         l2 = pmap_l2(kernel_pmap, va);
907         l2 = (pd_entry_t *)rounddown2((uintptr_t)l2, PAGE_SIZE);
908         l2_slot = pmap_l2_index(va);
909         l3pt = l3_start;
910
911         for (; va < VM_MAX_KERNEL_ADDRESS; l2_slot++, va += L2_SIZE) {
912                 KASSERT(l2_slot < Ln_ENTRIES, ("Invalid L2 index"));
913
914                 pa = pmap_early_vtophys(l1pt, l3pt);
915                 pmap_store(&l2[l2_slot],
916                     (pa & ~Ln_TABLE_MASK) | ATTR_S1_UXN | L2_TABLE);
917                 l3pt += PAGE_SIZE;
918         }
919
920         /* Clean the L2 page table */
921         memset((void *)l3_start, 0, l3pt - l3_start);
922
923         return l3pt;
924 }
925
926 /*
927  *      Bootstrap the system enough to run with virtual memory.
928  */
929 void
930 pmap_bootstrap(vm_offset_t l0pt, vm_offset_t l1pt, vm_paddr_t kernstart,
931     vm_size_t kernlen)
932 {
933         vm_offset_t freemempos;
934         vm_offset_t dpcpu, msgbufpv;
935         vm_paddr_t start_pa, pa, min_pa;
936         uint64_t kern_delta;
937         int i;
938
939         /* Verify that the ASID is set through TTBR0. */
940         KASSERT((READ_SPECIALREG(tcr_el1) & TCR_A1) == 0,
941             ("pmap_bootstrap: TCR_EL1.A1 != 0"));
942
943         kern_delta = KERNBASE - kernstart;
944
945         printf("pmap_bootstrap %lx %lx %lx\n", l1pt, kernstart, kernlen);
946         printf("%lx\n", l1pt);
947         printf("%lx\n", (KERNBASE >> L1_SHIFT) & Ln_ADDR_MASK);
948
949         /* Set this early so we can use the pagetable walking functions */
950         kernel_pmap_store.pm_l0 = (pd_entry_t *)l0pt;
951         PMAP_LOCK_INIT(kernel_pmap);
952         kernel_pmap->pm_l0_paddr = l0pt - kern_delta;
953         kernel_pmap->pm_cookie = COOKIE_FROM(-1, INT_MIN);
954         kernel_pmap->pm_stage = PM_STAGE1;
955         kernel_pmap->pm_levels = 4;
956         kernel_pmap->pm_ttbr = kernel_pmap->pm_l0_paddr;
957         kernel_pmap->pm_asid_set = &asids;
958
959         /* Assume the address we were loaded to is a valid physical address */
960         min_pa = KERNBASE - kern_delta;
961
962         physmap_idx = physmem_avail(physmap, nitems(physmap));
963         physmap_idx /= 2;
964
965         /*
966          * Find the minimum physical address. physmap is sorted,
967          * but may contain empty ranges.
968          */
969         for (i = 0; i < physmap_idx * 2; i += 2) {
970                 if (physmap[i] == physmap[i + 1])
971                         continue;
972                 if (physmap[i] <= min_pa)
973                         min_pa = physmap[i];
974         }
975
976         freemempos = KERNBASE + kernlen;
977         freemempos = roundup2(freemempos, PAGE_SIZE);
978
979         /* Create a direct map region early so we can use it for pa -> va */
980         freemempos = pmap_bootstrap_dmap(l1pt, min_pa, freemempos);
981
982         start_pa = pa = KERNBASE - kern_delta;
983
984         /*
985          * Create the l2 tables up to VM_MAX_KERNEL_ADDRESS.  We assume that the
986          * loader allocated the first and only l2 page table page used to map
987          * the kernel, preloaded files and module metadata.
988          */
989         freemempos = pmap_bootstrap_l2(l1pt, KERNBASE + L1_SIZE, freemempos);
990         /* And the l3 tables for the early devmap */
991         freemempos = pmap_bootstrap_l3(l1pt,
992             VM_MAX_KERNEL_ADDRESS - (PMAP_MAPDEV_EARLY_SIZE), freemempos);
993
994         cpu_tlb_flushID();
995
996 #define alloc_pages(var, np)                                            \
997         (var) = freemempos;                                             \
998         freemempos += (np * PAGE_SIZE);                                 \
999         memset((char *)(var), 0, ((np) * PAGE_SIZE));
1000
1001         /* Allocate dynamic per-cpu area. */
1002         alloc_pages(dpcpu, DPCPU_SIZE / PAGE_SIZE);
1003         dpcpu_init((void *)dpcpu, 0);
1004
1005         /* Allocate memory for the msgbuf, e.g. for /sbin/dmesg */
1006         alloc_pages(msgbufpv, round_page(msgbufsize) / PAGE_SIZE);
1007         msgbufp = (void *)msgbufpv;
1008
1009         /* Reserve some VA space for early BIOS/ACPI mapping */
1010         preinit_map_va = roundup2(freemempos, L2_SIZE);
1011
1012         virtual_avail = preinit_map_va + PMAP_PREINIT_MAPPING_SIZE;
1013         virtual_avail = roundup2(virtual_avail, L1_SIZE);
1014         virtual_end = VM_MAX_KERNEL_ADDRESS - (PMAP_MAPDEV_EARLY_SIZE);
1015         kernel_vm_end = virtual_avail;
1016
1017         pa = pmap_early_vtophys(l1pt, freemempos);
1018
1019         physmem_exclude_region(start_pa, pa - start_pa, EXFLAG_NOALLOC);
1020
1021         cpu_tlb_flushID();
1022 }
1023
1024 /*
1025  *      Initialize a vm_page's machine-dependent fields.
1026  */
1027 void
1028 pmap_page_init(vm_page_t m)
1029 {
1030
1031         TAILQ_INIT(&m->md.pv_list);
1032         m->md.pv_memattr = VM_MEMATTR_WRITE_BACK;
1033 }
1034
1035 static void
1036 pmap_init_asids(struct asid_set *set, int bits)
1037 {
1038         int i;
1039
1040         set->asid_bits = bits;
1041
1042         /*
1043          * We may be too early in the overall initialization process to use
1044          * bit_alloc().
1045          */
1046         set->asid_set_size = 1 << set->asid_bits;
1047         set->asid_set = (bitstr_t *)kmem_malloc(bitstr_size(set->asid_set_size),
1048             M_WAITOK | M_ZERO);
1049         for (i = 0; i < ASID_FIRST_AVAILABLE; i++)
1050                 bit_set(set->asid_set, i);
1051         set->asid_next = ASID_FIRST_AVAILABLE;
1052         mtx_init(&set->asid_set_mutex, "asid set", NULL, MTX_SPIN);
1053 }
1054
1055 /*
1056  *      Initialize the pmap module.
1057  *      Called by vm_init, to initialize any structures that the pmap
1058  *      system needs to map virtual memory.
1059  */
1060 void
1061 pmap_init(void)
1062 {
1063         struct vm_phys_seg *seg, *next_seg;
1064         struct md_page *pvh;
1065         vm_size_t s;
1066         uint64_t mmfr1;
1067         int i, pv_npg, vmid_bits;
1068
1069         /*
1070          * Are large page mappings enabled?
1071          */
1072         TUNABLE_INT_FETCH("vm.pmap.superpages_enabled", &superpages_enabled);
1073         if (superpages_enabled) {
1074                 KASSERT(MAXPAGESIZES > 1 && pagesizes[1] == 0,
1075                     ("pmap_init: can't assign to pagesizes[1]"));
1076                 pagesizes[1] = L2_SIZE;
1077                 KASSERT(MAXPAGESIZES > 2 && pagesizes[2] == 0,
1078                     ("pmap_init: can't assign to pagesizes[2]"));
1079                 pagesizes[2] = L1_SIZE;
1080         }
1081
1082         /*
1083          * Initialize the ASID allocator.
1084          */
1085         pmap_init_asids(&asids,
1086             (READ_SPECIALREG(tcr_el1) & TCR_ASID_16) != 0 ? 16 : 8);
1087
1088         if (has_hyp()) {
1089                 mmfr1 = READ_SPECIALREG(id_aa64mmfr1_el1);
1090                 vmid_bits = 8;
1091
1092                 if (ID_AA64MMFR1_VMIDBits_VAL(mmfr1) ==
1093                     ID_AA64MMFR1_VMIDBits_16)
1094                         vmid_bits = 16;
1095                 pmap_init_asids(&vmids, vmid_bits);
1096         }
1097
1098         /*
1099          * Initialize the pv chunk list mutex.
1100          */
1101         mtx_init(&pv_chunks_mutex, "pmap pv chunk list", NULL, MTX_DEF);
1102
1103         /*
1104          * Initialize the pool of pv list locks.
1105          */
1106         for (i = 0; i < NPV_LIST_LOCKS; i++)
1107                 rw_init(&pv_list_locks[i], "pmap pv list");
1108
1109         /*
1110          * Calculate the size of the pv head table for superpages.
1111          */
1112         pv_npg = 0;
1113         for (i = 0; i < vm_phys_nsegs; i++) {
1114                 seg = &vm_phys_segs[i];
1115                 pv_npg += pmap_l2_pindex(roundup2(seg->end, L2_SIZE)) -
1116                     pmap_l2_pindex(seg->start);
1117         }
1118
1119         /*
1120          * Allocate memory for the pv head table for superpages.
1121          */
1122         s = (vm_size_t)(pv_npg * sizeof(struct md_page));
1123         s = round_page(s);
1124         pv_table = (struct md_page *)kmem_malloc(s, M_WAITOK | M_ZERO);
1125         for (i = 0; i < pv_npg; i++)
1126                 TAILQ_INIT(&pv_table[i].pv_list);
1127         TAILQ_INIT(&pv_dummy.pv_list);
1128
1129         /*
1130          * Set pointers from vm_phys_segs to pv_table.
1131          */
1132         for (i = 0, pvh = pv_table; i < vm_phys_nsegs; i++) {
1133                 seg = &vm_phys_segs[i];
1134                 seg->md_first = pvh;
1135                 pvh += pmap_l2_pindex(roundup2(seg->end, L2_SIZE)) -
1136                     pmap_l2_pindex(seg->start);
1137
1138                 /*
1139                  * If there is a following segment, and the final
1140                  * superpage of this segment and the initial superpage
1141                  * of the next segment are the same then adjust the
1142                  * pv_table entry for that next segment down by one so
1143                  * that the pv_table entries will be shared.
1144                  */
1145                 if (i + 1 < vm_phys_nsegs) {
1146                         next_seg = &vm_phys_segs[i + 1];
1147                         if (pmap_l2_pindex(roundup2(seg->end, L2_SIZE)) - 1 ==
1148                             pmap_l2_pindex(next_seg->start)) {
1149                                 pvh--;
1150                         }
1151                 }
1152         }
1153
1154         vm_initialized = 1;
1155 }
1156
1157 static SYSCTL_NODE(_vm_pmap, OID_AUTO, l2, CTLFLAG_RD | CTLFLAG_MPSAFE, 0,
1158     "2MB page mapping counters");
1159
1160 static u_long pmap_l2_demotions;
1161 SYSCTL_ULONG(_vm_pmap_l2, OID_AUTO, demotions, CTLFLAG_RD,
1162     &pmap_l2_demotions, 0, "2MB page demotions");
1163
1164 static u_long pmap_l2_mappings;
1165 SYSCTL_ULONG(_vm_pmap_l2, OID_AUTO, mappings, CTLFLAG_RD,
1166     &pmap_l2_mappings, 0, "2MB page mappings");
1167
1168 static u_long pmap_l2_p_failures;
1169 SYSCTL_ULONG(_vm_pmap_l2, OID_AUTO, p_failures, CTLFLAG_RD,
1170     &pmap_l2_p_failures, 0, "2MB page promotion failures");
1171
1172 static u_long pmap_l2_promotions;
1173 SYSCTL_ULONG(_vm_pmap_l2, OID_AUTO, promotions, CTLFLAG_RD,
1174     &pmap_l2_promotions, 0, "2MB page promotions");
1175
1176 /*
1177  * Invalidate a single TLB entry.
1178  */
1179 static __inline void
1180 pmap_invalidate_page(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
1181 {
1182         uint64_t r;
1183
1184         PMAP_ASSERT_STAGE1(pmap);
1185
1186         dsb(ishst);
1187         if (pmap == kernel_pmap) {
1188                 r = atop(va);
1189                 __asm __volatile("tlbi vaae1is, %0" : : "r" (r));
1190         } else {
1191                 r = ASID_TO_OPERAND(COOKIE_TO_ASID(pmap->pm_cookie)) | atop(va);
1192                 __asm __volatile("tlbi vae1is, %0" : : "r" (r));
1193         }
1194         dsb(ish);
1195         isb();
1196 }
1197
1198 static __inline void
1199 pmap_invalidate_range(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
1200 {
1201         uint64_t end, r, start;
1202
1203         PMAP_ASSERT_STAGE1(pmap);
1204
1205         dsb(ishst);
1206         if (pmap == kernel_pmap) {
1207                 start = atop(sva);
1208                 end = atop(eva);
1209                 for (r = start; r < end; r++)
1210                         __asm __volatile("tlbi vaae1is, %0" : : "r" (r));
1211         } else {
1212                 start = end = ASID_TO_OPERAND(COOKIE_TO_ASID(pmap->pm_cookie));
1213                 start |= atop(sva);
1214                 end |= atop(eva);
1215                 for (r = start; r < end; r++)
1216                         __asm __volatile("tlbi vae1is, %0" : : "r" (r));
1217         }
1218         dsb(ish);
1219         isb();
1220 }
1221
1222 static __inline void
1223 pmap_invalidate_all(pmap_t pmap)
1224 {
1225         uint64_t r;
1226
1227         PMAP_ASSERT_STAGE1(pmap);
1228
1229         dsb(ishst);
1230         if (pmap == kernel_pmap) {
1231                 __asm __volatile("tlbi vmalle1is");
1232         } else {
1233                 r = ASID_TO_OPERAND(COOKIE_TO_ASID(pmap->pm_cookie));
1234                 __asm __volatile("tlbi aside1is, %0" : : "r" (r));
1235         }
1236         dsb(ish);
1237         isb();
1238 }
1239
1240 /*
1241  *      Routine:        pmap_extract
1242  *      Function:
1243  *              Extract the physical page address associated
1244  *              with the given map/virtual_address pair.
1245  */
1246 vm_paddr_t
1247 pmap_extract(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
1248 {
1249         pt_entry_t *pte, tpte;
1250         vm_paddr_t pa;
1251         int lvl;
1252
1253         pa = 0;
1254         PMAP_LOCK(pmap);
1255         /*
1256          * Find the block or page map for this virtual address. pmap_pte
1257          * will return either a valid block/page entry, or NULL.
1258          */
1259         pte = pmap_pte(pmap, va, &lvl);
1260         if (pte != NULL) {
1261                 tpte = pmap_load(pte);
1262                 pa = tpte & ~ATTR_MASK;
1263                 switch(lvl) {
1264                 case 1:
1265                         KASSERT((tpte & ATTR_DESCR_MASK) == L1_BLOCK,
1266                             ("pmap_extract: Invalid L1 pte found: %lx",
1267                             tpte & ATTR_DESCR_MASK));
1268                         pa |= (va & L1_OFFSET);
1269                         break;
1270                 case 2:
1271                         KASSERT((tpte & ATTR_DESCR_MASK) == L2_BLOCK,
1272                             ("pmap_extract: Invalid L2 pte found: %lx",
1273                             tpte & ATTR_DESCR_MASK));
1274                         pa |= (va & L2_OFFSET);
1275                         break;
1276                 case 3:
1277                         KASSERT((tpte & ATTR_DESCR_MASK) == L3_PAGE,
1278                             ("pmap_extract: Invalid L3 pte found: %lx",
1279                             tpte & ATTR_DESCR_MASK));
1280                         pa |= (va & L3_OFFSET);
1281                         break;
1282                 }
1283         }
1284         PMAP_UNLOCK(pmap);
1285         return (pa);
1286 }
1287
1288 /*
1289  *      Routine:        pmap_extract_and_hold
1290  *      Function:
1291  *              Atomically extract and hold the physical page
1292  *              with the given pmap and virtual address pair
1293  *              if that mapping permits the given protection.
1294  */
1295 vm_page_t
1296 pmap_extract_and_hold(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_prot_t prot)
1297 {
1298         pt_entry_t *pte, tpte;
1299         vm_offset_t off;
1300         vm_page_t m;
1301         int lvl;
1302         bool use;
1303
1304         m = NULL;
1305         PMAP_LOCK(pmap);
1306         pte = pmap_pte(pmap, va, &lvl);
1307         if (pte != NULL) {
1308                 tpte = pmap_load(pte);
1309
1310                 KASSERT(lvl > 0 && lvl <= 3,
1311                     ("pmap_extract_and_hold: Invalid level %d", lvl));
1312                 CTASSERT(L1_BLOCK == L2_BLOCK);
1313                 KASSERT((lvl == 3 && (tpte & ATTR_DESCR_MASK) == L3_PAGE) ||
1314                     (lvl < 3 && (tpte & ATTR_DESCR_MASK) == L1_BLOCK),
1315                     ("pmap_extract_and_hold: Invalid pte at L%d: %lx", lvl,
1316                      tpte & ATTR_DESCR_MASK));
1317
1318                 use = false;
1319                 if ((prot & VM_PROT_WRITE) == 0)
1320                         use = true;
1321                 else if (pmap->pm_stage == PM_STAGE1 &&
1322                     (tpte & ATTR_S1_AP_RW_BIT) == ATTR_S1_AP(ATTR_S1_AP_RW))
1323                         use = true;
1324                 else if (pmap->pm_stage == PM_STAGE2 &&
1325                     ((tpte & ATTR_S2_S2AP(ATTR_S2_S2AP_WRITE)) ==
1326                      ATTR_S2_S2AP(ATTR_S2_S2AP_WRITE)))
1327                         use = true;
1328
1329                 if (use) {
1330                         switch (lvl) {
1331                         case 1:
1332                                 off = va & L1_OFFSET;
1333                                 break;
1334                         case 2:
1335                                 off = va & L2_OFFSET;
1336                                 break;
1337                         case 3:
1338                         default:
1339                                 off = 0;
1340                         }
1341                         m = PHYS_TO_VM_PAGE((tpte & ~ATTR_MASK) | off);
1342                         if (m != NULL && !vm_page_wire_mapped(m))
1343                                 m = NULL;
1344                 }
1345         }
1346         PMAP_UNLOCK(pmap);
1347         return (m);
1348 }
1349
1350 /*
1351  * Walks the page tables to translate a kernel virtual address to a
1352  * physical address. Returns true if the kva is valid and stores the
1353  * physical address in pa if it is not NULL.
1354  */
1355 bool
1356 pmap_klookup(vm_offset_t va, vm_paddr_t *pa)
1357 {
1358         pt_entry_t *pte, tpte;
1359         register_t intr;
1360         uint64_t par;
1361
1362         /*
1363          * Disable interrupts so we don't get interrupted between asking
1364          * for address translation, and getting the result back.
1365          */
1366         intr = intr_disable();
1367         par = arm64_address_translate_s1e1r(va);
1368         intr_restore(intr);
1369
1370         if (PAR_SUCCESS(par)) {
1371                 if (pa != NULL)
1372                         *pa = (par & PAR_PA_MASK) | (va & PAR_LOW_MASK);
1373                 return (true);
1374         }
1375
1376         /*
1377          * Fall back to walking the page table. The address translation
1378          * instruction may fail when the page is in a break-before-make
1379          * sequence. As we only clear the valid bit in said sequence we
1380          * can walk the page table to find the physical address.
1381          */
1382
1383         pte = pmap_l1(kernel_pmap, va);
1384         if (pte == NULL)
1385                 return (false);
1386
1387         /*
1388          * A concurrent pmap_update_entry() will clear the entry's valid bit
1389          * but leave the rest of the entry unchanged.  Therefore, we treat a
1390          * non-zero entry as being valid, and we ignore the valid bit when
1391          * determining whether the entry maps a block, page, or table.
1392          */
1393         tpte = pmap_load(pte);
1394         if (tpte == 0)
1395                 return (false);
1396         if ((tpte & ATTR_DESCR_TYPE_MASK) == ATTR_DESCR_TYPE_BLOCK) {
1397                 if (pa != NULL)
1398                         *pa = (tpte & ~ATTR_MASK) | (va & L1_OFFSET);
1399                 return (true);
1400         }
1401         pte = pmap_l1_to_l2(&tpte, va);
1402         tpte = pmap_load(pte);
1403         if (tpte == 0)
1404                 return (false);
1405         if ((tpte & ATTR_DESCR_TYPE_MASK) == ATTR_DESCR_TYPE_BLOCK) {
1406                 if (pa != NULL)
1407                         *pa = (tpte & ~ATTR_MASK) | (va & L2_OFFSET);
1408                 return (true);
1409         }
1410         pte = pmap_l2_to_l3(&tpte, va);
1411         tpte = pmap_load(pte);
1412         if (tpte == 0)
1413                 return (false);
1414         if (pa != NULL)
1415                 *pa = (tpte & ~ATTR_MASK) | (va & L3_OFFSET);
1416         return (true);
1417 }
1418
1419 vm_paddr_t
1420 pmap_kextract(vm_offset_t va)
1421 {
1422         vm_paddr_t pa;
1423
1424         if (va >= DMAP_MIN_ADDRESS && va < DMAP_MAX_ADDRESS)
1425                 return (DMAP_TO_PHYS(va));
1426
1427         if (pmap_klookup(va, &pa) == false)
1428                 return (0);
1429         return (pa);
1430 }
1431
1432 /***************************************************
1433  * Low level mapping routines.....
1434  ***************************************************/
1435
1436 void
1437 pmap_kenter(vm_offset_t sva, vm_size_t size, vm_paddr_t pa, int mode)
1438 {
1439         pd_entry_t *pde;
1440         pt_entry_t *pte, attr;
1441         vm_offset_t va;
1442         int lvl;
1443
1444         KASSERT((pa & L3_OFFSET) == 0,
1445            ("pmap_kenter: Invalid physical address"));
1446         KASSERT((sva & L3_OFFSET) == 0,
1447            ("pmap_kenter: Invalid virtual address"));
1448         KASSERT((size & PAGE_MASK) == 0,
1449             ("pmap_kenter: Mapping is not page-sized"));
1450
1451         attr = ATTR_DEFAULT | ATTR_S1_AP(ATTR_S1_AP_RW) | ATTR_S1_XN |
1452             ATTR_S1_IDX(mode) | L3_PAGE;
1453         va = sva;
1454         while (size != 0) {
1455                 pde = pmap_pde(kernel_pmap, va, &lvl);
1456                 KASSERT(pde != NULL,
1457                     ("pmap_kenter: Invalid page entry, va: 0x%lx", va));
1458                 KASSERT(lvl == 2, ("pmap_kenter: Invalid level %d", lvl));
1459
1460                 pte = pmap_l2_to_l3(pde, va);
1461                 pmap_load_store(pte, (pa & ~L3_OFFSET) | attr);
1462
1463                 va += PAGE_SIZE;
1464                 pa += PAGE_SIZE;
1465                 size -= PAGE_SIZE;
1466         }
1467         pmap_invalidate_range(kernel_pmap, sva, va);
1468 }
1469
1470 void
1471 pmap_kenter_device(vm_offset_t sva, vm_size_t size, vm_paddr_t pa)
1472 {
1473
1474         pmap_kenter(sva, size, pa, VM_MEMATTR_DEVICE);
1475 }
1476
1477 /*
1478  * Remove a page from the kernel pagetables.
1479  */
1480 PMAP_INLINE void
1481 pmap_kremove(vm_offset_t va)
1482 {
1483         pt_entry_t *pte;
1484         int lvl;
1485
1486         pte = pmap_pte(kernel_pmap, va, &lvl);
1487         KASSERT(pte != NULL, ("pmap_kremove: Invalid address"));
1488         KASSERT(lvl == 3, ("pmap_kremove: Invalid pte level %d", lvl));
1489
1490         pmap_clear(pte);
1491         pmap_invalidate_page(kernel_pmap, va);
1492 }
1493
1494 void
1495 pmap_kremove_device(vm_offset_t sva, vm_size_t size)
1496 {
1497         pt_entry_t *pte;
1498         vm_offset_t va;
1499         int lvl;
1500
1501         KASSERT((sva & L3_OFFSET) == 0,
1502            ("pmap_kremove_device: Invalid virtual address"));
1503         KASSERT((size & PAGE_MASK) == 0,
1504             ("pmap_kremove_device: Mapping is not page-sized"));
1505
1506         va = sva;
1507         while (size != 0) {
1508                 pte = pmap_pte(kernel_pmap, va, &lvl);
1509                 KASSERT(pte != NULL, ("Invalid page table, va: 0x%lx", va));
1510                 KASSERT(lvl == 3,
1511                     ("Invalid device pagetable level: %d != 3", lvl));
1512                 pmap_clear(pte);
1513
1514                 va += PAGE_SIZE;
1515                 size -= PAGE_SIZE;
1516         }
1517         pmap_invalidate_range(kernel_pmap, sva, va);
1518 }
1519
1520 /*
1521  *      Used to map a range of physical addresses into kernel
1522  *      virtual address space.
1523  *
1524  *      The value passed in '*virt' is a suggested virtual address for
1525  *      the mapping. Architectures which can support a direct-mapped
1526  *      physical to virtual region can return the appropriate address
1527  *      within that region, leaving '*virt' unchanged. Other
1528  *      architectures should map the pages starting at '*virt' and
1529  *      update '*virt' with the first usable address after the mapped
1530  *      region.
1531  */
1532 vm_offset_t
1533 pmap_map(vm_offset_t *virt, vm_paddr_t start, vm_paddr_t end, int prot)
1534 {
1535         return PHYS_TO_DMAP(start);
1536 }
1537
1538 /*
1539  * Add a list of wired pages to the kva
1540  * this routine is only used for temporary
1541  * kernel mappings that do not need to have
1542  * page modification or references recorded.
1543  * Note that old mappings are simply written
1544  * over.  The page *must* be wired.
1545  * Note: SMP coherent.  Uses a ranged shootdown IPI.
1546  */
1547 void
1548 pmap_qenter(vm_offset_t sva, vm_page_t *ma, int count)
1549 {
1550         pd_entry_t *pde;
1551         pt_entry_t *pte, pa;
1552         vm_offset_t va;
1553         vm_page_t m;
1554         int i, lvl;
1555
1556         va = sva;
1557         for (i = 0; i < count; i++) {
1558                 pde = pmap_pde(kernel_pmap, va, &lvl);
1559                 KASSERT(pde != NULL,
1560                     ("pmap_qenter: Invalid page entry, va: 0x%lx", va));
1561                 KASSERT(lvl == 2,
1562                     ("pmap_qenter: Invalid level %d", lvl));
1563
1564                 m = ma[i];
1565                 pa = VM_PAGE_TO_PHYS(m) | ATTR_DEFAULT |
1566                     ATTR_S1_AP(ATTR_S1_AP_RW) | ATTR_S1_XN |
1567                     ATTR_S1_IDX(m->md.pv_memattr) | L3_PAGE;
1568                 pte = pmap_l2_to_l3(pde, va);
1569                 pmap_load_store(pte, pa);
1570
1571                 va += L3_SIZE;
1572         }
1573         pmap_invalidate_range(kernel_pmap, sva, va);
1574 }
1575
1576 /*
1577  * This routine tears out page mappings from the
1578  * kernel -- it is meant only for temporary mappings.
1579  */
1580 void
1581 pmap_qremove(vm_offset_t sva, int count)
1582 {
1583         pt_entry_t *pte;
1584         vm_offset_t va;
1585         int lvl;
1586
1587         KASSERT(ADDR_IS_CANONICAL(sva),
1588             ("%s: Address not in canonical form: %lx", __func__, sva));
1589         KASSERT(ADDR_IS_KERNEL(sva), ("usermode va %lx", sva));
1590
1591         va = sva;
1592         while (count-- > 0) {
1593                 pte = pmap_pte(kernel_pmap, va, &lvl);
1594                 KASSERT(lvl == 3,
1595                     ("Invalid device pagetable level: %d != 3", lvl));
1596                 if (pte != NULL) {
1597                         pmap_clear(pte);
1598                 }
1599
1600                 va += PAGE_SIZE;
1601         }
1602         pmap_invalidate_range(kernel_pmap, sva, va);
1603 }
1604
1605 /***************************************************
1606  * Page table page management routines.....
1607  ***************************************************/
1608 /*
1609  * Schedule the specified unused page table page to be freed.  Specifically,
1610  * add the page to the specified list of pages that will be released to the
1611  * physical memory manager after the TLB has been updated.
1612  */
1613 static __inline void
1614 pmap_add_delayed_free_list(vm_page_t m, struct spglist *free,
1615     boolean_t set_PG_ZERO)
1616 {
1617
1618         if (set_PG_ZERO)
1619                 m->flags |= PG_ZERO;
1620         else
1621                 m->flags &= ~PG_ZERO;
1622         SLIST_INSERT_HEAD(free, m, plinks.s.ss);
1623 }
1624
1625 /*
1626  * Decrements a page table page's reference count, which is used to record the
1627  * number of valid page table entries within the page.  If the reference count
1628  * drops to zero, then the page table page is unmapped.  Returns TRUE if the
1629  * page table page was unmapped and FALSE otherwise.
1630  */
1631 static inline boolean_t
1632 pmap_unwire_l3(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m, struct spglist *free)
1633 {
1634
1635         --m->ref_count;
1636         if (m->ref_count == 0) {
1637                 _pmap_unwire_l3(pmap, va, m, free);
1638                 return (TRUE);
1639         } else
1640                 return (FALSE);
1641 }
1642
1643 static void
1644 _pmap_unwire_l3(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m, struct spglist *free)
1645 {
1646
1647         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
1648         /*
1649          * unmap the page table page
1650          */
1651         if (m->pindex >= (NUL2E + NUL1E)) {
1652                 /* l1 page */
1653                 pd_entry_t *l0;
1654
1655                 l0 = pmap_l0(pmap, va);
1656                 pmap_clear(l0);
1657         } else if (m->pindex >= NUL2E) {
1658                 /* l2 page */
1659                 pd_entry_t *l1;
1660
1661                 l1 = pmap_l1(pmap, va);
1662                 pmap_clear(l1);
1663         } else {
1664                 /* l3 page */
1665                 pd_entry_t *l2;
1666
1667                 l2 = pmap_l2(pmap, va);
1668                 pmap_clear(l2);
1669         }
1670         pmap_resident_count_dec(pmap, 1);
1671         if (m->pindex < NUL2E) {
1672                 /* We just released an l3, unhold the matching l2 */
1673                 pd_entry_t *l1, tl1;
1674                 vm_page_t l2pg;
1675
1676                 l1 = pmap_l1(pmap, va);
1677                 tl1 = pmap_load(l1);
1678                 l2pg = PHYS_TO_VM_PAGE(tl1 & ~ATTR_MASK);
1679                 pmap_unwire_l3(pmap, va, l2pg, free);
1680         } else if (m->pindex < (NUL2E + NUL1E)) {
1681                 /* We just released an l2, unhold the matching l1 */
1682                 pd_entry_t *l0, tl0;
1683                 vm_page_t l1pg;
1684
1685                 l0 = pmap_l0(pmap, va);
1686                 tl0 = pmap_load(l0);
1687                 l1pg = PHYS_TO_VM_PAGE(tl0 & ~ATTR_MASK);
1688                 pmap_unwire_l3(pmap, va, l1pg, free);
1689         }
1690         pmap_invalidate_page(pmap, va);
1691
1692         /*
1693          * Put page on a list so that it is released after
1694          * *ALL* TLB shootdown is done
1695          */
1696         pmap_add_delayed_free_list(m, free, TRUE);
1697 }
1698
1699 /*
1700  * After removing a page table entry, this routine is used to
1701  * conditionally free the page, and manage the reference count.
1702  */
1703 static int
1704 pmap_unuse_pt(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t ptepde,
1705     struct spglist *free)
1706 {
1707         vm_page_t mpte;
1708
1709         KASSERT(ADDR_IS_CANONICAL(va),
1710             ("%s: Address not in canonical form: %lx", __func__, va));
1711         if (ADDR_IS_KERNEL(va))
1712                 return (0);
1713         KASSERT(ptepde != 0, ("pmap_unuse_pt: ptepde != 0"));
1714         mpte = PHYS_TO_VM_PAGE(ptepde & ~ATTR_MASK);
1715         return (pmap_unwire_l3(pmap, va, mpte, free));
1716 }
1717
1718 /*
1719  * Release a page table page reference after a failed attempt to create a
1720  * mapping.
1721  */
1722 static void
1723 pmap_abort_ptp(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t mpte)
1724 {
1725         struct spglist free;
1726
1727         SLIST_INIT(&free);
1728         if (pmap_unwire_l3(pmap, va, mpte, &free)) {
1729                 /*
1730                  * Although "va" was never mapped, the TLB could nonetheless
1731                  * have intermediate entries that refer to the freed page
1732                  * table pages.  Invalidate those entries.
1733                  *
1734                  * XXX redundant invalidation (See _pmap_unwire_l3().)
1735                  */
1736                 pmap_invalidate_page(pmap, va);
1737                 vm_page_free_pages_toq(&free, true);
1738         }
1739 }
1740
1741 void
1742 pmap_pinit0(pmap_t pmap)
1743 {
1744
1745         PMAP_LOCK_INIT(pmap);
1746         bzero(&pmap->pm_stats, sizeof(pmap->pm_stats));
1747         pmap->pm_l0_paddr = READ_SPECIALREG(ttbr0_el1);
1748         pmap->pm_l0 = (pd_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(pmap->pm_l0_paddr);
1749         pmap->pm_root.rt_root = 0;
1750         pmap->pm_cookie = COOKIE_FROM(ASID_RESERVED_FOR_PID_0, INT_MIN);
1751         pmap->pm_stage = PM_STAGE1;
1752         pmap->pm_levels = 4;
1753         pmap->pm_ttbr = pmap->pm_l0_paddr;
1754         pmap->pm_asid_set = &asids;
1755
1756         PCPU_SET(curpmap, pmap);
1757 }
1758
1759 int
1760 pmap_pinit_stage(pmap_t pmap, enum pmap_stage stage, int levels)
1761 {
1762         vm_page_t m;
1763
1764         /*
1765          * allocate the l0 page
1766          */
1767         while ((m = vm_page_alloc(NULL, 0, VM_ALLOC_NORMAL |
1768             VM_ALLOC_NOOBJ | VM_ALLOC_WIRED | VM_ALLOC_ZERO)) == NULL)
1769                 vm_wait(NULL);
1770
1771         pmap->pm_l0_paddr = VM_PAGE_TO_PHYS(m);
1772         pmap->pm_l0 = (pd_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(pmap->pm_l0_paddr);
1773
1774         if ((m->flags & PG_ZERO) == 0)
1775                 pagezero(pmap->pm_l0);
1776
1777         pmap->pm_root.rt_root = 0;
1778         bzero(&pmap->pm_stats, sizeof(pmap->pm_stats));
1779         pmap->pm_cookie = COOKIE_FROM(-1, INT_MAX);
1780
1781         MPASS(levels == 3 || levels == 4);
1782         pmap->pm_levels = levels;
1783         pmap->pm_stage = stage;
1784         switch (stage) {
1785         case PM_STAGE1:
1786                 pmap->pm_asid_set = &asids;
1787                 break;
1788         case PM_STAGE2:
1789                 pmap->pm_asid_set = &vmids;
1790                 break;
1791         default:
1792                 panic("%s: Invalid pmap type %d", __func__, stage);
1793                 break;
1794         }
1795
1796         /* XXX Temporarily disable deferred ASID allocation. */
1797         pmap_alloc_asid(pmap);
1798
1799         /*
1800          * Allocate the level 1 entry to use as the root. This will increase
1801          * the refcount on the level 1 page so it won't be removed until
1802          * pmap_release() is called.
1803          */
1804         if (pmap->pm_levels == 3) {
1805                 PMAP_LOCK(pmap);
1806                 m = _pmap_alloc_l3(pmap, NUL2E + NUL1E, NULL);
1807                 PMAP_UNLOCK(pmap);
1808         }
1809         pmap->pm_ttbr = VM_PAGE_TO_PHYS(m);
1810
1811         return (1);
1812 }
1813
1814 int
1815 pmap_pinit(pmap_t pmap)
1816 {
1817
1818         return (pmap_pinit_stage(pmap, PM_STAGE1, 4));
1819 }
1820
1821 /*
1822  * This routine is called if the desired page table page does not exist.
1823  *
1824  * If page table page allocation fails, this routine may sleep before
1825  * returning NULL.  It sleeps only if a lock pointer was given.
1826  *
1827  * Note: If a page allocation fails at page table level two or three,
1828  * one or two pages may be held during the wait, only to be released
1829  * afterwards.  This conservative approach is easily argued to avoid
1830  * race conditions.
1831  */
1832 static vm_page_t
1833 _pmap_alloc_l3(pmap_t pmap, vm_pindex_t ptepindex, struct rwlock **lockp)
1834 {
1835         vm_page_t m, l1pg, l2pg;
1836
1837         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
1838
1839         /*
1840          * Allocate a page table page.
1841          */
1842         if ((m = vm_page_alloc(NULL, ptepindex, VM_ALLOC_NOOBJ |
1843             VM_ALLOC_WIRED | VM_ALLOC_ZERO)) == NULL) {
1844                 if (lockp != NULL) {
1845                         RELEASE_PV_LIST_LOCK(lockp);
1846                         PMAP_UNLOCK(pmap);
1847                         vm_wait(NULL);
1848                         PMAP_LOCK(pmap);
1849                 }
1850
1851                 /*
1852                  * Indicate the need to retry.  While waiting, the page table
1853                  * page may have been allocated.
1854                  */
1855                 return (NULL);
1856         }
1857         if ((m->flags & PG_ZERO) == 0)
1858                 pmap_zero_page(m);
1859
1860         /*
1861          * Because of AArch64's weak memory consistency model, we must have a
1862          * barrier here to ensure that the stores for zeroing "m", whether by
1863          * pmap_zero_page() or an earlier function, are visible before adding
1864          * "m" to the page table.  Otherwise, a page table walk by another
1865          * processor's MMU could see the mapping to "m" and a stale, non-zero
1866          * PTE within "m".
1867          */
1868         dmb(ishst);
1869
1870         /*
1871          * Map the pagetable page into the process address space, if
1872          * it isn't already there.
1873          */
1874
1875         if (ptepindex >= (NUL2E + NUL1E)) {
1876                 pd_entry_t *l0;
1877                 vm_pindex_t l0index;
1878
1879                 l0index = ptepindex - (NUL2E + NUL1E);
1880                 l0 = &pmap->pm_l0[l0index];
1881                 KASSERT((pmap_load(l0) & ATTR_DESCR_VALID) == 0,
1882                     ("%s: L0 entry %#lx is valid", __func__, pmap_load(l0)));
1883                 pmap_store(l0, VM_PAGE_TO_PHYS(m) | L0_TABLE);
1884         } else if (ptepindex >= NUL2E) {
1885                 vm_pindex_t l0index, l1index;
1886                 pd_entry_t *l0, *l1;
1887                 pd_entry_t tl0;
1888
1889                 l1index = ptepindex - NUL2E;
1890                 l0index = l1index >> L0_ENTRIES_SHIFT;
1891
1892                 l0 = &pmap->pm_l0[l0index];
1893                 tl0 = pmap_load(l0);
1894                 if (tl0 == 0) {
1895                         /* recurse for allocating page dir */
1896                         if (_pmap_alloc_l3(pmap, NUL2E + NUL1E + l0index,
1897                             lockp) == NULL) {
1898                                 vm_page_unwire_noq(m);
1899                                 vm_page_free_zero(m);
1900                                 return (NULL);
1901                         }
1902                 } else {
1903                         l1pg = PHYS_TO_VM_PAGE(tl0 & ~ATTR_MASK);
1904                         l1pg->ref_count++;
1905                 }
1906
1907                 l1 = (pd_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(pmap_load(l0) & ~ATTR_MASK);
1908                 l1 = &l1[ptepindex & Ln_ADDR_MASK];
1909                 KASSERT((pmap_load(l1) & ATTR_DESCR_VALID) == 0,
1910                     ("%s: L1 entry %#lx is valid", __func__, pmap_load(l1)));
1911                 pmap_store(l1, VM_PAGE_TO_PHYS(m) | L1_TABLE);
1912         } else {
1913                 vm_pindex_t l0index, l1index;
1914                 pd_entry_t *l0, *l1, *l2;
1915                 pd_entry_t tl0, tl1;
1916
1917                 l1index = ptepindex >> Ln_ENTRIES_SHIFT;
1918                 l0index = l1index >> L0_ENTRIES_SHIFT;
1919
1920                 l0 = &pmap->pm_l0[l0index];
1921                 tl0 = pmap_load(l0);
1922                 if (tl0 == 0) {
1923                         /* recurse for allocating page dir */
1924                         if (_pmap_alloc_l3(pmap, NUL2E + l1index,
1925                             lockp) == NULL) {
1926                                 vm_page_unwire_noq(m);
1927                                 vm_page_free_zero(m);
1928                                 return (NULL);
1929                         }
1930                         tl0 = pmap_load(l0);
1931                         l1 = (pd_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(tl0 & ~ATTR_MASK);
1932                         l1 = &l1[l1index & Ln_ADDR_MASK];
1933                 } else {
1934                         l1 = (pd_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(tl0 & ~ATTR_MASK);
1935                         l1 = &l1[l1index & Ln_ADDR_MASK];
1936                         tl1 = pmap_load(l1);
1937                         if (tl1 == 0) {
1938                                 /* recurse for allocating page dir */
1939                                 if (_pmap_alloc_l3(pmap, NUL2E + l1index,
1940                                     lockp) == NULL) {
1941                                         vm_page_unwire_noq(m);
1942                                         vm_page_free_zero(m);
1943                                         return (NULL);
1944                                 }
1945                         } else {
1946                                 l2pg = PHYS_TO_VM_PAGE(tl1 & ~ATTR_MASK);
1947                                 l2pg->ref_count++;
1948                         }
1949                 }
1950
1951                 l2 = (pd_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(pmap_load(l1) & ~ATTR_MASK);
1952                 l2 = &l2[ptepindex & Ln_ADDR_MASK];
1953                 KASSERT((pmap_load(l2) & ATTR_DESCR_VALID) == 0,
1954                     ("%s: L2 entry %#lx is valid", __func__, pmap_load(l2)));
1955                 pmap_store(l2, VM_PAGE_TO_PHYS(m) | L2_TABLE);
1956         }
1957
1958         pmap_resident_count_inc(pmap, 1);
1959
1960         return (m);
1961 }
1962
1963 static pd_entry_t *
1964 pmap_alloc_l2(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t *l2pgp,
1965     struct rwlock **lockp)
1966 {
1967         pd_entry_t *l1, *l2;
1968         vm_page_t l2pg;
1969         vm_pindex_t l2pindex;
1970
1971         KASSERT(ADDR_IS_CANONICAL(va),
1972             ("%s: Address not in canonical form: %lx", __func__, va));
1973
1974 retry:
1975         l1 = pmap_l1(pmap, va);
1976         if (l1 != NULL && (pmap_load(l1) & ATTR_DESCR_MASK) == L1_TABLE) {
1977                 l2 = pmap_l1_to_l2(l1, va);
1978                 if (!ADDR_IS_KERNEL(va)) {
1979                         /* Add a reference to the L2 page. */
1980                         l2pg = PHYS_TO_VM_PAGE(pmap_load(l1) & ~ATTR_MASK);
1981                         l2pg->ref_count++;
1982                 } else
1983                         l2pg = NULL;
1984         } else if (!ADDR_IS_KERNEL(va)) {
1985                 /* Allocate a L2 page. */
1986                 l2pindex = pmap_l2_pindex(va) >> Ln_ENTRIES_SHIFT;
1987                 l2pg = _pmap_alloc_l3(pmap, NUL2E + l2pindex, lockp);
1988                 if (l2pg == NULL) {
1989                         if (lockp != NULL)
1990                                 goto retry;
1991                         else
1992                                 return (NULL);
1993                 }
1994                 l2 = (pd_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(l2pg));
1995                 l2 = &l2[pmap_l2_index(va)];
1996         } else
1997                 panic("pmap_alloc_l2: missing page table page for va %#lx",
1998                     va);
1999         *l2pgp = l2pg;
2000         return (l2);
2001 }
2002
2003 static vm_page_t
2004 pmap_alloc_l3(pmap_t pmap, vm_offset_t va, struct rwlock **lockp)
2005 {
2006         vm_pindex_t ptepindex;
2007         pd_entry_t *pde, tpde;
2008 #ifdef INVARIANTS
2009         pt_entry_t *pte;
2010 #endif
2011         vm_page_t m;
2012         int lvl;
2013
2014         /*
2015          * Calculate pagetable page index
2016          */
2017         ptepindex = pmap_l2_pindex(va);
2018 retry:
2019         /*
2020          * Get the page directory entry
2021          */
2022         pde = pmap_pde(pmap, va, &lvl);
2023
2024         /*
2025          * If the page table page is mapped, we just increment the hold count,
2026          * and activate it. If we get a level 2 pde it will point to a level 3
2027          * table.
2028          */
2029         switch (lvl) {
2030         case -1:
2031                 break;
2032         case 0:
2033 #ifdef INVARIANTS
2034                 pte = pmap_l0_to_l1(pde, va);
2035                 KASSERT(pmap_load(pte) == 0,
2036                     ("pmap_alloc_l3: TODO: l0 superpages"));
2037 #endif
2038                 break;
2039         case 1:
2040 #ifdef INVARIANTS
2041                 pte = pmap_l1_to_l2(pde, va);
2042                 KASSERT(pmap_load(pte) == 0,
2043                     ("pmap_alloc_l3: TODO: l1 superpages"));
2044 #endif
2045                 break;
2046         case 2:
2047                 tpde = pmap_load(pde);
2048                 if (tpde != 0) {
2049                         m = PHYS_TO_VM_PAGE(tpde & ~ATTR_MASK);
2050                         m->ref_count++;
2051                         return (m);
2052                 }
2053                 break;
2054         default:
2055                 panic("pmap_alloc_l3: Invalid level %d", lvl);
2056         }
2057
2058         /*
2059          * Here if the pte page isn't mapped, or if it has been deallocated.
2060          */
2061         m = _pmap_alloc_l3(pmap, ptepindex, lockp);
2062         if (m == NULL && lockp != NULL)
2063                 goto retry;
2064
2065         return (m);
2066 }
2067
2068 /***************************************************
2069  * Pmap allocation/deallocation routines.
2070  ***************************************************/
2071
2072 /*
2073  * Release any resources held by the given physical map.
2074  * Called when a pmap initialized by pmap_pinit is being released.
2075  * Should only be called if the map contains no valid mappings.
2076  */
2077 void
2078 pmap_release(pmap_t pmap)
2079 {
2080         boolean_t rv;
2081         struct spglist free;
2082         struct asid_set *set;
2083         vm_page_t m;
2084         int asid;
2085
2086         if (pmap->pm_levels != 4) {
2087                 PMAP_ASSERT_STAGE2(pmap);
2088                 KASSERT(pmap->pm_stats.resident_count == 1,
2089                     ("pmap_release: pmap resident count %ld != 0",
2090                     pmap->pm_stats.resident_count));
2091                 KASSERT((pmap->pm_l0[0] & ATTR_DESCR_VALID) == ATTR_DESCR_VALID,
2092                     ("pmap_release: Invalid l0 entry: %lx", pmap->pm_l0[0]));
2093
2094                 SLIST_INIT(&free);
2095                 m = PHYS_TO_VM_PAGE(pmap->pm_ttbr);
2096                 PMAP_LOCK(pmap);
2097                 rv = pmap_unwire_l3(pmap, 0, m, &free);
2098                 PMAP_UNLOCK(pmap);
2099                 MPASS(rv == TRUE);
2100                 vm_page_free_pages_toq(&free, true);
2101         }
2102
2103         KASSERT(pmap->pm_stats.resident_count == 0,
2104             ("pmap_release: pmap resident count %ld != 0",
2105             pmap->pm_stats.resident_count));
2106         KASSERT(vm_radix_is_empty(&pmap->pm_root),
2107             ("pmap_release: pmap has reserved page table page(s)"));
2108
2109         set = pmap->pm_asid_set;
2110         KASSERT(set != NULL, ("%s: NULL asid set", __func__));
2111
2112         /*
2113          * Allow the ASID to be reused. In stage 2 VMIDs we don't invalidate
2114          * the entries when removing them so rely on a later tlb invalidation.
2115          * this will happen when updating the VMID generation. Because of this
2116          * we don't reuse VMIDs within a generation.
2117          */
2118         if (pmap->pm_stage == PM_STAGE1) {
2119                 mtx_lock_spin(&set->asid_set_mutex);
2120                 if (COOKIE_TO_EPOCH(pmap->pm_cookie) == set->asid_epoch) {
2121                         asid = COOKIE_TO_ASID(pmap->pm_cookie);
2122                         KASSERT(asid >= ASID_FIRST_AVAILABLE &&
2123                             asid < set->asid_set_size,
2124                             ("pmap_release: pmap cookie has out-of-range asid"));
2125                         bit_clear(set->asid_set, asid);
2126                 }
2127                 mtx_unlock_spin(&set->asid_set_mutex);
2128         }
2129
2130         m = PHYS_TO_VM_PAGE(pmap->pm_l0_paddr);
2131         vm_page_unwire_noq(m);
2132         vm_page_free_zero(m);
2133 }
2134
2135 static int
2136 kvm_size(SYSCTL_HANDLER_ARGS)
2137 {
2138         unsigned long ksize = VM_MAX_KERNEL_ADDRESS - VM_MIN_KERNEL_ADDRESS;
2139
2140         return sysctl_handle_long(oidp, &ksize, 0, req);
2141 }
2142 SYSCTL_PROC(_vm, OID_AUTO, kvm_size, CTLTYPE_LONG | CTLFLAG_RD | CTLFLAG_MPSAFE,
2143     0, 0, kvm_size, "LU",
2144     "Size of KVM");
2145
2146 static int
2147 kvm_free(SYSCTL_HANDLER_ARGS)
2148 {
2149         unsigned long kfree = VM_MAX_KERNEL_ADDRESS - kernel_vm_end;
2150
2151         return sysctl_handle_long(oidp, &kfree, 0, req);
2152 }
2153 SYSCTL_PROC(_vm, OID_AUTO, kvm_free, CTLTYPE_LONG | CTLFLAG_RD | CTLFLAG_MPSAFE,
2154     0, 0, kvm_free, "LU",
2155     "Amount of KVM free");
2156
2157 /*
2158  * grow the number of kernel page table entries, if needed
2159  */
2160 void
2161 pmap_growkernel(vm_offset_t addr)
2162 {
2163         vm_paddr_t paddr;
2164         vm_page_t nkpg;
2165         pd_entry_t *l0, *l1, *l2;
2166
2167         mtx_assert(&kernel_map->system_mtx, MA_OWNED);
2168
2169         addr = roundup2(addr, L2_SIZE);
2170         if (addr - 1 >= vm_map_max(kernel_map))
2171                 addr = vm_map_max(kernel_map);
2172         while (kernel_vm_end < addr) {
2173                 l0 = pmap_l0(kernel_pmap, kernel_vm_end);
2174                 KASSERT(pmap_load(l0) != 0,
2175                     ("pmap_growkernel: No level 0 kernel entry"));
2176
2177                 l1 = pmap_l0_to_l1(l0, kernel_vm_end);
2178                 if (pmap_load(l1) == 0) {
2179                         /* We need a new PDP entry */
2180                         nkpg = vm_page_alloc(NULL, kernel_vm_end >> L1_SHIFT,
2181                             VM_ALLOC_INTERRUPT | VM_ALLOC_NOOBJ |
2182                             VM_ALLOC_WIRED | VM_ALLOC_ZERO);
2183                         if (nkpg == NULL)
2184                                 panic("pmap_growkernel: no memory to grow kernel");
2185                         if ((nkpg->flags & PG_ZERO) == 0)
2186                                 pmap_zero_page(nkpg);
2187                         /* See the dmb() in _pmap_alloc_l3(). */
2188                         dmb(ishst);
2189                         paddr = VM_PAGE_TO_PHYS(nkpg);
2190                         pmap_store(l1, paddr | L1_TABLE);
2191                         continue; /* try again */
2192                 }
2193                 l2 = pmap_l1_to_l2(l1, kernel_vm_end);
2194                 if (pmap_load(l2) != 0) {
2195                         kernel_vm_end = (kernel_vm_end + L2_SIZE) & ~L2_OFFSET;
2196                         if (kernel_vm_end - 1 >= vm_map_max(kernel_map)) {
2197                                 kernel_vm_end = vm_map_max(kernel_map);
2198                                 break;
2199                         }
2200                         continue;
2201                 }
2202
2203                 nkpg = vm_page_alloc(NULL, kernel_vm_end >> L2_SHIFT,
2204                     VM_ALLOC_INTERRUPT | VM_ALLOC_NOOBJ | VM_ALLOC_WIRED |
2205                     VM_ALLOC_ZERO);
2206                 if (nkpg == NULL)
2207                         panic("pmap_growkernel: no memory to grow kernel");
2208                 if ((nkpg->flags & PG_ZERO) == 0)
2209                         pmap_zero_page(nkpg);
2210                 /* See the dmb() in _pmap_alloc_l3(). */
2211                 dmb(ishst);
2212                 paddr = VM_PAGE_TO_PHYS(nkpg);
2213                 pmap_store(l2, paddr | L2_TABLE);
2214
2215                 kernel_vm_end = (kernel_vm_end + L2_SIZE) & ~L2_OFFSET;
2216                 if (kernel_vm_end - 1 >= vm_map_max(kernel_map)) {
2217                         kernel_vm_end = vm_map_max(kernel_map);
2218                         break;
2219                 }
2220         }
2221 }
2222
2223 /***************************************************
2224  * page management routines.
2225  ***************************************************/
2226
2227 CTASSERT(sizeof(struct pv_chunk) == PAGE_SIZE);
2228 CTASSERT(_NPCM == 3);
2229 CTASSERT(_NPCPV == 168);
2230
2231 static __inline struct pv_chunk *
2232 pv_to_chunk(pv_entry_t pv)
2233 {
2234
2235         return ((struct pv_chunk *)((uintptr_t)pv & ~(uintptr_t)PAGE_MASK));
2236 }
2237
2238 #define PV_PMAP(pv) (pv_to_chunk(pv)->pc_pmap)
2239
2240 #define PC_FREE0        0xfffffffffffffffful
2241 #define PC_FREE1        0xfffffffffffffffful
2242 #define PC_FREE2        0x000000fffffffffful
2243
2244 static const uint64_t pc_freemask[_NPCM] = { PC_FREE0, PC_FREE1, PC_FREE2 };
2245
2246 #ifdef PV_STATS
2247 static int pc_chunk_count, pc_chunk_allocs, pc_chunk_frees, pc_chunk_tryfail;
2248
2249 SYSCTL_INT(_vm_pmap, OID_AUTO, pc_chunk_count, CTLFLAG_RD, &pc_chunk_count, 0,
2250         "Current number of pv entry chunks");
2251 SYSCTL_INT(_vm_pmap, OID_AUTO, pc_chunk_allocs, CTLFLAG_RD, &pc_chunk_allocs, 0,
2252         "Current number of pv entry chunks allocated");
2253 SYSCTL_INT(_vm_pmap, OID_AUTO, pc_chunk_frees, CTLFLAG_RD, &pc_chunk_frees, 0,
2254         "Current number of pv entry chunks frees");
2255 SYSCTL_INT(_vm_pmap, OID_AUTO, pc_chunk_tryfail, CTLFLAG_RD, &pc_chunk_tryfail, 0,
2256         "Number of times tried to get a chunk page but failed.");
2257
2258 static long pv_entry_frees, pv_entry_allocs, pv_entry_count;
2259 static int pv_entry_spare;
2260
2261 SYSCTL_LONG(_vm_pmap, OID_AUTO, pv_entry_frees, CTLFLAG_RD, &pv_entry_frees, 0,
2262         "Current number of pv entry frees");
2263 SYSCTL_LONG(_vm_pmap, OID_AUTO, pv_entry_allocs, CTLFLAG_RD, &pv_entry_allocs, 0,
2264         "Current number of pv entry allocs");
2265 SYSCTL_LONG(_vm_pmap, OID_AUTO, pv_entry_count, CTLFLAG_RD, &pv_entry_count, 0,
2266         "Current number of pv entries");
2267 SYSCTL_INT(_vm_pmap, OID_AUTO, pv_entry_spare, CTLFLAG_RD, &pv_entry_spare, 0,
2268         "Current number of spare pv entries");
2269 #endif
2270
2271 /*
2272  * We are in a serious low memory condition.  Resort to
2273  * drastic measures to free some pages so we can allocate
2274  * another pv entry chunk.
2275  *
2276  * Returns NULL if PV entries were reclaimed from the specified pmap.
2277  *
2278  * We do not, however, unmap 2mpages because subsequent accesses will
2279  * allocate per-page pv entries until repromotion occurs, thereby
2280  * exacerbating the shortage of free pv entries.
2281  */
2282 static vm_page_t
2283 reclaim_pv_chunk(pmap_t locked_pmap, struct rwlock **lockp)
2284 {
2285         struct pv_chunk *pc, *pc_marker, *pc_marker_end;
2286         struct pv_chunk_header pc_marker_b, pc_marker_end_b;
2287         struct md_page *pvh;
2288         pd_entry_t *pde;
2289         pmap_t next_pmap, pmap;
2290         pt_entry_t *pte, tpte;
2291         pv_entry_t pv;
2292         vm_offset_t va;
2293         vm_page_t m, m_pc;
2294         struct spglist free;
2295         uint64_t inuse;
2296         int bit, field, freed, lvl;
2297         static int active_reclaims = 0;
2298
2299         PMAP_LOCK_ASSERT(locked_pmap, MA_OWNED);
2300         KASSERT(lockp != NULL, ("reclaim_pv_chunk: lockp is NULL"));
2301
2302         pmap = NULL;
2303         m_pc = NULL;
2304         SLIST_INIT(&free);
2305         bzero(&pc_marker_b, sizeof(pc_marker_b));
2306         bzero(&pc_marker_end_b, sizeof(pc_marker_end_b));
2307         pc_marker = (struct pv_chunk *)&pc_marker_b;
2308         pc_marker_end = (struct pv_chunk *)&pc_marker_end_b;
2309
2310         mtx_lock(&pv_chunks_mutex);
2311         active_reclaims++;
2312         TAILQ_INSERT_HEAD(&pv_chunks, pc_marker, pc_lru);
2313         TAILQ_INSERT_TAIL(&pv_chunks, pc_marker_end, pc_lru);
2314         while ((pc = TAILQ_NEXT(pc_marker, pc_lru)) != pc_marker_end &&
2315             SLIST_EMPTY(&free)) {
2316                 next_pmap = pc->pc_pmap;
2317                 if (next_pmap == NULL) {
2318                         /*
2319                          * The next chunk is a marker.  However, it is
2320                          * not our marker, so active_reclaims must be
2321                          * > 1.  Consequently, the next_chunk code
2322                          * will not rotate the pv_chunks list.
2323                          */
2324                         goto next_chunk;
2325                 }
2326                 mtx_unlock(&pv_chunks_mutex);
2327
2328                 /*
2329                  * A pv_chunk can only be removed from the pc_lru list
2330                  * when both pv_chunks_mutex is owned and the
2331                  * corresponding pmap is locked.
2332                  */
2333                 if (pmap != next_pmap) {
2334                         if (pmap != NULL && pmap != locked_pmap)
2335                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
2336                         pmap = next_pmap;
2337                         /* Avoid deadlock and lock recursion. */
2338                         if (pmap > locked_pmap) {
2339                                 RELEASE_PV_LIST_LOCK(lockp);
2340                                 PMAP_LOCK(pmap);
2341                                 mtx_lock(&pv_chunks_mutex);
2342                                 continue;
2343                         } else if (pmap != locked_pmap) {
2344                                 if (PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
2345                                         mtx_lock(&pv_chunks_mutex);
2346                                         continue;
2347                                 } else {
2348                                         pmap = NULL; /* pmap is not locked */
2349                                         mtx_lock(&pv_chunks_mutex);
2350                                         pc = TAILQ_NEXT(pc_marker, pc_lru);
2351                                         if (pc == NULL ||
2352                                             pc->pc_pmap != next_pmap)
2353                                                 continue;
2354                                         goto next_chunk;
2355                                 }
2356                         }
2357                 }
2358
2359                 /*
2360                  * Destroy every non-wired, 4 KB page mapping in the chunk.
2361                  */
2362                 freed = 0;
2363                 for (field = 0; field < _NPCM; field++) {
2364                         for (inuse = ~pc->pc_map[field] & pc_freemask[field];
2365                             inuse != 0; inuse &= ~(1UL << bit)) {
2366                                 bit = ffsl(inuse) - 1;
2367                                 pv = &pc->pc_pventry[field * 64 + bit];
2368                                 va = pv->pv_va;
2369                                 pde = pmap_pde(pmap, va, &lvl);
2370                                 if (lvl != 2)
2371                                         continue;
2372                                 pte = pmap_l2_to_l3(pde, va);
2373                                 tpte = pmap_load(pte);
2374                                 if ((tpte & ATTR_SW_WIRED) != 0)
2375                                         continue;
2376                                 tpte = pmap_load_clear(pte);
2377                                 m = PHYS_TO_VM_PAGE(tpte & ~ATTR_MASK);
2378                                 if (pmap_pte_dirty(pmap, tpte))
2379                                         vm_page_dirty(m);
2380                                 if ((tpte & ATTR_AF) != 0) {
2381                                         pmap_invalidate_page(pmap, va);
2382                                         vm_page_aflag_set(m, PGA_REFERENCED);
2383                                 }
2384                                 CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_VM_PAGE(lockp, m);
2385                                 TAILQ_REMOVE(&m->md.pv_list, pv, pv_next);
2386                                 m->md.pv_gen++;
2387                                 if (TAILQ_EMPTY(&m->md.pv_list) &&
2388                                     (m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0) {
2389                                         pvh = page_to_pvh(m);
2390                                         if (TAILQ_EMPTY(&pvh->pv_list)) {
2391                                                 vm_page_aflag_clear(m,
2392                                                     PGA_WRITEABLE);
2393                                         }
2394                                 }
2395                                 pc->pc_map[field] |= 1UL << bit;
2396                                 pmap_unuse_pt(pmap, va, pmap_load(pde), &free);
2397                                 freed++;
2398                         }
2399                 }
2400                 if (freed == 0) {
2401                         mtx_lock(&pv_chunks_mutex);
2402                         goto next_chunk;
2403                 }
2404                 /* Every freed mapping is for a 4 KB page. */
2405                 pmap_resident_count_dec(pmap, freed);
2406                 PV_STAT(atomic_add_long(&pv_entry_frees, freed));
2407                 PV_STAT(atomic_add_int(&pv_entry_spare, freed));
2408                 PV_STAT(atomic_subtract_long(&pv_entry_count, freed));
2409                 TAILQ_REMOVE(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
2410                 if (pc->pc_map[0] == PC_FREE0 && pc->pc_map[1] == PC_FREE1 &&
2411                     pc->pc_map[2] == PC_FREE2) {
2412                         PV_STAT(atomic_subtract_int(&pv_entry_spare, _NPCPV));
2413                         PV_STAT(atomic_subtract_int(&pc_chunk_count, 1));
2414                         PV_STAT(atomic_add_int(&pc_chunk_frees, 1));
2415                         /* Entire chunk is free; return it. */
2416                         m_pc = PHYS_TO_VM_PAGE(DMAP_TO_PHYS((vm_offset_t)pc));
2417                         dump_drop_page(m_pc->phys_addr);
2418                         mtx_lock(&pv_chunks_mutex);
2419                         TAILQ_REMOVE(&pv_chunks, pc, pc_lru);
2420                         break;
2421                 }
2422                 TAILQ_INSERT_HEAD(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
2423                 mtx_lock(&pv_chunks_mutex);
2424                 /* One freed pv entry in locked_pmap is sufficient. */
2425                 if (pmap == locked_pmap)
2426                         break;
2427
2428 next_chunk:
2429                 TAILQ_REMOVE(&pv_chunks, pc_marker, pc_lru);
2430                 TAILQ_INSERT_AFTER(&pv_chunks, pc, pc_marker, pc_lru);
2431                 if (active_reclaims == 1 && pmap != NULL) {
2432                         /*
2433                          * Rotate the pv chunks list so that we do not
2434                          * scan the same pv chunks that could not be
2435                          * freed (because they contained a wired
2436                          * and/or superpage mapping) on every
2437                          * invocation of reclaim_pv_chunk().
2438                          */
2439                         while ((pc = TAILQ_FIRST(&pv_chunks)) != pc_marker) {
2440                                 MPASS(pc->pc_pmap != NULL);
2441                                 TAILQ_REMOVE(&pv_chunks, pc, pc_lru);
2442                                 TAILQ_INSERT_TAIL(&pv_chunks, pc, pc_lru);
2443                         }
2444                 }
2445         }
2446         TAILQ_REMOVE(&pv_chunks, pc_marker, pc_lru);
2447         TAILQ_REMOVE(&pv_chunks, pc_marker_end, pc_lru);
2448         active_reclaims--;
2449         mtx_unlock(&pv_chunks_mutex);
2450         if (pmap != NULL && pmap != locked_pmap)
2451                 PMAP_UNLOCK(pmap);
2452         if (m_pc == NULL && !SLIST_EMPTY(&free)) {
2453                 m_pc = SLIST_FIRST(&free);
2454                 SLIST_REMOVE_HEAD(&free, plinks.s.ss);
2455                 /* Recycle a freed page table page. */
2456                 m_pc->ref_count = 1;
2457         }
2458         vm_page_free_pages_toq(&free, true);
2459         return (m_pc);
2460 }
2461
2462 /*
2463  * free the pv_entry back to the free list
2464  */
2465 static void
2466 free_pv_entry(pmap_t pmap, pv_entry_t pv)
2467 {
2468         struct pv_chunk *pc;
2469         int idx, field, bit;
2470
2471         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
2472         PV_STAT(atomic_add_long(&pv_entry_frees, 1));
2473         PV_STAT(atomic_add_int(&pv_entry_spare, 1));
2474         PV_STAT(atomic_subtract_long(&pv_entry_count, 1));
2475         pc = pv_to_chunk(pv);
2476         idx = pv - &pc->pc_pventry[0];
2477         field = idx / 64;
2478         bit = idx % 64;
2479         pc->pc_map[field] |= 1ul << bit;
2480         if (pc->pc_map[0] != PC_FREE0 || pc->pc_map[1] != PC_FREE1 ||
2481             pc->pc_map[2] != PC_FREE2) {
2482                 /* 98% of the time, pc is already at the head of the list. */
2483                 if (__predict_false(pc != TAILQ_FIRST(&pmap->pm_pvchunk))) {
2484                         TAILQ_REMOVE(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
2485                         TAILQ_INSERT_HEAD(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
2486                 }
2487                 return;
2488         }
2489         TAILQ_REMOVE(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
2490         free_pv_chunk(pc);
2491 }
2492
2493 static void
2494 free_pv_chunk(struct pv_chunk *pc)
2495 {
2496         vm_page_t m;
2497
2498         mtx_lock(&pv_chunks_mutex);
2499         TAILQ_REMOVE(&pv_chunks, pc, pc_lru);
2500         mtx_unlock(&pv_chunks_mutex);
2501         PV_STAT(atomic_subtract_int(&pv_entry_spare, _NPCPV));
2502         PV_STAT(atomic_subtract_int(&pc_chunk_count, 1));
2503         PV_STAT(atomic_add_int(&pc_chunk_frees, 1));
2504         /* entire chunk is free, return it */
2505         m = PHYS_TO_VM_PAGE(DMAP_TO_PHYS((vm_offset_t)pc));
2506         dump_drop_page(m->phys_addr);
2507         vm_page_unwire_noq(m);
2508         vm_page_free(m);
2509 }
2510
2511 /*
2512  * Returns a new PV entry, allocating a new PV chunk from the system when
2513  * needed.  If this PV chunk allocation fails and a PV list lock pointer was
2514  * given, a PV chunk is reclaimed from an arbitrary pmap.  Otherwise, NULL is
2515  * returned.
2516  *
2517  * The given PV list lock may be released.
2518  */
2519 static pv_entry_t
2520 get_pv_entry(pmap_t pmap, struct rwlock **lockp)
2521 {
2522         int bit, field;
2523         pv_entry_t pv;
2524         struct pv_chunk *pc;
2525         vm_page_t m;
2526
2527         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
2528         PV_STAT(atomic_add_long(&pv_entry_allocs, 1));
2529 retry:
2530         pc = TAILQ_FIRST(&pmap->pm_pvchunk);
2531         if (pc != NULL) {
2532                 for (field = 0; field < _NPCM; field++) {
2533                         if (pc->pc_map[field]) {
2534                                 bit = ffsl(pc->pc_map[field]) - 1;
2535                                 break;
2536                         }
2537                 }
2538                 if (field < _NPCM) {
2539                         pv = &pc->pc_pventry[field * 64 + bit];
2540                         pc->pc_map[field] &= ~(1ul << bit);
2541                         /* If this was the last item, move it to tail */
2542                         if (pc->pc_map[0] == 0 && pc->pc_map[1] == 0 &&
2543                             pc->pc_map[2] == 0) {
2544                                 TAILQ_REMOVE(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
2545                                 TAILQ_INSERT_TAIL(&pmap->pm_pvchunk, pc,
2546                                     pc_list);
2547                         }
2548                         PV_STAT(atomic_add_long(&pv_entry_count, 1));
2549                         PV_STAT(atomic_subtract_int(&pv_entry_spare, 1));
2550                         return (pv);
2551                 }
2552         }
2553         /* No free items, allocate another chunk */
2554         m = vm_page_alloc(NULL, 0, VM_ALLOC_NORMAL | VM_ALLOC_NOOBJ |
2555             VM_ALLOC_WIRED);
2556         if (m == NULL) {
2557                 if (lockp == NULL) {
2558                         PV_STAT(pc_chunk_tryfail++);
2559                         return (NULL);
2560                 }
2561                 m = reclaim_pv_chunk(pmap, lockp);
2562                 if (m == NULL)
2563                         goto retry;
2564         }
2565         PV_STAT(atomic_add_int(&pc_chunk_count, 1));
2566         PV_STAT(atomic_add_int(&pc_chunk_allocs, 1));
2567         dump_add_page(m->phys_addr);
2568         pc = (void *)PHYS_TO_DMAP(m->phys_addr);
2569         pc->pc_pmap = pmap;
2570         pc->pc_map[0] = PC_FREE0 & ~1ul;        /* preallocated bit 0 */
2571         pc->pc_map[1] = PC_FREE1;
2572         pc->pc_map[2] = PC_FREE2;
2573         mtx_lock(&pv_chunks_mutex);
2574         TAILQ_INSERT_TAIL(&pv_chunks, pc, pc_lru);
2575         mtx_unlock(&pv_chunks_mutex);
2576         pv = &pc->pc_pventry[0];
2577         TAILQ_INSERT_HEAD(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
2578         PV_STAT(atomic_add_long(&pv_entry_count, 1));
2579         PV_STAT(atomic_add_int(&pv_entry_spare, _NPCPV - 1));
2580         return (pv);
2581 }
2582
2583 /*
2584  * Ensure that the number of spare PV entries in the specified pmap meets or
2585  * exceeds the given count, "needed".
2586  *
2587  * The given PV list lock may be released.
2588  */
2589 static void
2590 reserve_pv_entries(pmap_t pmap, int needed, struct rwlock **lockp)
2591 {
2592         struct pch new_tail;
2593         struct pv_chunk *pc;
2594         vm_page_t m;
2595         int avail, free;
2596         bool reclaimed;
2597
2598         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
2599         KASSERT(lockp != NULL, ("reserve_pv_entries: lockp is NULL"));
2600
2601         /*
2602          * Newly allocated PV chunks must be stored in a private list until
2603          * the required number of PV chunks have been allocated.  Otherwise,
2604          * reclaim_pv_chunk() could recycle one of these chunks.  In
2605          * contrast, these chunks must be added to the pmap upon allocation.
2606          */
2607         TAILQ_INIT(&new_tail);
2608 retry:
2609         avail = 0;
2610         TAILQ_FOREACH(pc, &pmap->pm_pvchunk, pc_list) {
2611                 bit_count((bitstr_t *)pc->pc_map, 0,
2612                     sizeof(pc->pc_map) * NBBY, &free);
2613                 if (free == 0)
2614                         break;
2615                 avail += free;
2616                 if (avail >= needed)
2617                         break;
2618         }
2619         for (reclaimed = false; avail < needed; avail += _NPCPV) {
2620                 m = vm_page_alloc(NULL, 0, VM_ALLOC_NORMAL | VM_ALLOC_NOOBJ |
2621                     VM_ALLOC_WIRED);
2622                 if (m == NULL) {
2623                         m = reclaim_pv_chunk(pmap, lockp);
2624                         if (m == NULL)
2625                                 goto retry;
2626                         reclaimed = true;
2627                 }
2628                 PV_STAT(atomic_add_int(&pc_chunk_count, 1));
2629                 PV_STAT(atomic_add_int(&pc_chunk_allocs, 1));
2630                 dump_add_page(m->phys_addr);
2631                 pc = (void *)PHYS_TO_DMAP(m->phys_addr);
2632                 pc->pc_pmap = pmap;
2633                 pc->pc_map[0] = PC_FREE0;
2634                 pc->pc_map[1] = PC_FREE1;
2635                 pc->pc_map[2] = PC_FREE2;
2636                 TAILQ_INSERT_HEAD(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
2637                 TAILQ_INSERT_TAIL(&new_tail, pc, pc_lru);
2638                 PV_STAT(atomic_add_int(&pv_entry_spare, _NPCPV));
2639
2640                 /*
2641                  * The reclaim might have freed a chunk from the current pmap.
2642                  * If that chunk contained available entries, we need to
2643                  * re-count the number of available entries.
2644                  */
2645                 if (reclaimed)
2646                         goto retry;
2647         }
2648         if (!TAILQ_EMPTY(&new_tail)) {
2649                 mtx_lock(&pv_chunks_mutex);
2650                 TAILQ_CONCAT(&pv_chunks, &new_tail, pc_lru);
2651                 mtx_unlock(&pv_chunks_mutex);
2652         }
2653 }
2654
2655 /*
2656  * First find and then remove the pv entry for the specified pmap and virtual
2657  * address from the specified pv list.  Returns the pv entry if found and NULL
2658  * otherwise.  This operation can be performed on pv lists for either 4KB or
2659  * 2MB page mappings.
2660  */
2661 static __inline pv_entry_t
2662 pmap_pvh_remove(struct md_page *pvh, pmap_t pmap, vm_offset_t va)
2663 {
2664         pv_entry_t pv;
2665
2666         TAILQ_FOREACH(pv, &pvh->pv_list, pv_next) {
2667                 if (pmap == PV_PMAP(pv) && va == pv->pv_va) {
2668                         TAILQ_REMOVE(&pvh->pv_list, pv, pv_next);
2669                         pvh->pv_gen++;
2670                         break;
2671                 }
2672         }
2673         return (pv);
2674 }
2675
2676 /*
2677  * After demotion from a 2MB page mapping to 512 4KB page mappings,
2678  * destroy the pv entry for the 2MB page mapping and reinstantiate the pv
2679  * entries for each of the 4KB page mappings.
2680  */
2681 static void
2682 pmap_pv_demote_l2(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_paddr_t pa,
2683     struct rwlock **lockp)
2684 {
2685         struct md_page *pvh;
2686         struct pv_chunk *pc;
2687         pv_entry_t pv;
2688         vm_offset_t va_last;
2689         vm_page_t m;
2690         int bit, field;
2691
2692         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
2693         KASSERT((va & L2_OFFSET) == 0,
2694             ("pmap_pv_demote_l2: va is not 2mpage aligned"));
2695         KASSERT((pa & L2_OFFSET) == 0,
2696             ("pmap_pv_demote_l2: pa is not 2mpage aligned"));
2697         CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_PHYS(lockp, pa);
2698
2699         /*
2700          * Transfer the 2mpage's pv entry for this mapping to the first
2701          * page's pv list.  Once this transfer begins, the pv list lock
2702          * must not be released until the last pv entry is reinstantiated.
2703          */
2704         pvh = pa_to_pvh(pa);
2705         pv = pmap_pvh_remove(pvh, pmap, va);
2706         KASSERT(pv != NULL, ("pmap_pv_demote_l2: pv not found"));
2707         m = PHYS_TO_VM_PAGE(pa);
2708         TAILQ_INSERT_TAIL(&m->md.pv_list, pv, pv_next);
2709         m->md.pv_gen++;
2710         /* Instantiate the remaining Ln_ENTRIES - 1 pv entries. */
2711         PV_STAT(atomic_add_long(&pv_entry_allocs, Ln_ENTRIES - 1));
2712         va_last = va + L2_SIZE - PAGE_SIZE;
2713         for (;;) {
2714                 pc = TAILQ_FIRST(&pmap->pm_pvchunk);
2715                 KASSERT(pc->pc_map[0] != 0 || pc->pc_map[1] != 0 ||
2716                     pc->pc_map[2] != 0, ("pmap_pv_demote_l2: missing spare"));
2717                 for (field = 0; field < _NPCM; field++) {
2718                         while (pc->pc_map[field]) {
2719                                 bit = ffsl(pc->pc_map[field]) - 1;
2720                                 pc->pc_map[field] &= ~(1ul << bit);
2721                                 pv = &pc->pc_pventry[field * 64 + bit];
2722                                 va += PAGE_SIZE;
2723                                 pv->pv_va = va;
2724                                 m++;
2725                                 KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
2726                             ("pmap_pv_demote_l2: page %p is not managed", m));
2727                                 TAILQ_INSERT_TAIL(&m->md.pv_list, pv, pv_next);
2728                                 m->md.pv_gen++;
2729                                 if (va == va_last)
2730                                         goto out;
2731                         }
2732                 }
2733                 TAILQ_REMOVE(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
2734                 TAILQ_INSERT_TAIL(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
2735         }
2736 out:
2737         if (pc->pc_map[0] == 0 && pc->pc_map[1] == 0 && pc->pc_map[2] == 0) {
2738                 TAILQ_REMOVE(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
2739                 TAILQ_INSERT_TAIL(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
2740         }
2741         PV_STAT(atomic_add_long(&pv_entry_count, Ln_ENTRIES - 1));
2742         PV_STAT(atomic_subtract_int(&pv_entry_spare, Ln_ENTRIES - 1));
2743 }
2744
2745 /*
2746  * First find and then destroy the pv entry for the specified pmap and virtual
2747  * address.  This operation can be performed on pv lists for either 4KB or 2MB
2748  * page mappings.
2749  */
2750 static void
2751 pmap_pvh_free(struct md_page *pvh, pmap_t pmap, vm_offset_t va)
2752 {
2753         pv_entry_t pv;
2754
2755         pv = pmap_pvh_remove(pvh, pmap, va);
2756         KASSERT(pv != NULL, ("pmap_pvh_free: pv not found"));
2757         free_pv_entry(pmap, pv);
2758 }
2759
2760 /*
2761  * Conditionally create the PV entry for a 4KB page mapping if the required
2762  * memory can be allocated without resorting to reclamation.
2763  */
2764 static boolean_t
2765 pmap_try_insert_pv_entry(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m,
2766     struct rwlock **lockp)
2767 {
2768         pv_entry_t pv;
2769
2770         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
2771         /* Pass NULL instead of the lock pointer to disable reclamation. */
2772         if ((pv = get_pv_entry(pmap, NULL)) != NULL) {
2773                 pv->pv_va = va;
2774                 CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_VM_PAGE(lockp, m);
2775                 TAILQ_INSERT_TAIL(&m->md.pv_list, pv, pv_next);
2776                 m->md.pv_gen++;
2777                 return (TRUE);
2778         } else
2779                 return (FALSE);
2780 }
2781
2782 /*
2783  * Create the PV entry for a 2MB page mapping.  Always returns true unless the
2784  * flag PMAP_ENTER_NORECLAIM is specified.  If that flag is specified, returns
2785  * false if the PV entry cannot be allocated without resorting to reclamation.
2786  */
2787 static bool
2788 pmap_pv_insert_l2(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t l2e, u_int flags,
2789     struct rwlock **lockp)
2790 {
2791         struct md_page *pvh;
2792         pv_entry_t pv;
2793         vm_paddr_t pa;
2794
2795         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
2796         /* Pass NULL instead of the lock pointer to disable reclamation. */
2797         if ((pv = get_pv_entry(pmap, (flags & PMAP_ENTER_NORECLAIM) != 0 ?
2798             NULL : lockp)) == NULL)
2799                 return (false);
2800         pv->pv_va = va;
2801         pa = l2e & ~ATTR_MASK;
2802         CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_PHYS(lockp, pa);
2803         pvh = pa_to_pvh(pa);
2804         TAILQ_INSERT_TAIL(&pvh->pv_list, pv, pv_next);
2805         pvh->pv_gen++;
2806         return (true);
2807 }
2808
2809 static void
2810 pmap_remove_kernel_l2(pmap_t pmap, pt_entry_t *l2, vm_offset_t va)
2811 {
2812         pt_entry_t newl2, oldl2;
2813         vm_page_t ml3;
2814         vm_paddr_t ml3pa;
2815
2816         KASSERT(!VIRT_IN_DMAP(va), ("removing direct mapping of %#lx", va));
2817         KASSERT(pmap == kernel_pmap, ("pmap %p is not kernel_pmap", pmap));
2818         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
2819
2820         ml3 = pmap_remove_pt_page(pmap, va);
2821         if (ml3 == NULL)
2822                 panic("pmap_remove_kernel_l2: Missing pt page");
2823
2824         ml3pa = VM_PAGE_TO_PHYS(ml3);
2825         newl2 = ml3pa | L2_TABLE;
2826
2827         /*
2828          * If this page table page was unmapped by a promotion, then it
2829          * contains valid mappings.  Zero it to invalidate those mappings.
2830          */
2831         if (ml3->valid != 0)
2832                 pagezero((void *)PHYS_TO_DMAP(ml3pa));
2833
2834         /*
2835          * Demote the mapping.  The caller must have already invalidated the
2836          * mapping (i.e., the "break" in break-before-make).
2837          */
2838         oldl2 = pmap_load_store(l2, newl2);
2839         KASSERT(oldl2 == 0, ("%s: found existing mapping at %p: %#lx",
2840             __func__, l2, oldl2));
2841 }
2842
2843 /*
2844  * pmap_remove_l2: Do the things to unmap a level 2 superpage.
2845  */
2846 static int
2847 pmap_remove_l2(pmap_t pmap, pt_entry_t *l2, vm_offset_t sva,
2848     pd_entry_t l1e, struct spglist *free, struct rwlock **lockp)
2849 {
2850         struct md_page *pvh;
2851         pt_entry_t old_l2;
2852         vm_page_t m, ml3, mt;
2853
2854         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
2855         KASSERT((sva & L2_OFFSET) == 0, ("pmap_remove_l2: sva is not aligned"));
2856         old_l2 = pmap_load_clear(l2);
2857         KASSERT((old_l2 & ATTR_DESCR_MASK) == L2_BLOCK,
2858             ("pmap_remove_l2: L2e %lx is not a block mapping", old_l2));
2859
2860         /*
2861          * Since a promotion must break the 4KB page mappings before making
2862          * the 2MB page mapping, a pmap_invalidate_page() suffices.
2863          */
2864         pmap_invalidate_page(pmap, sva);
2865
2866         if (old_l2 & ATTR_SW_WIRED)
2867                 pmap->pm_stats.wired_count -= L2_SIZE / PAGE_SIZE;
2868         pmap_resident_count_dec(pmap, L2_SIZE / PAGE_SIZE);
2869         if (old_l2 & ATTR_SW_MANAGED) {
2870                 m = PHYS_TO_VM_PAGE(old_l2 & ~ATTR_MASK);
2871                 pvh = page_to_pvh(m);
2872                 CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_PHYS(lockp, old_l2 & ~ATTR_MASK);
2873                 pmap_pvh_free(pvh, pmap, sva);
2874                 for (mt = m; mt < &m[L2_SIZE / PAGE_SIZE]; mt++) {
2875                         if (pmap_pte_dirty(pmap, old_l2))
2876                                 vm_page_dirty(mt);
2877                         if (old_l2 & ATTR_AF)
2878                                 vm_page_aflag_set(mt, PGA_REFERENCED);
2879                         if (TAILQ_EMPTY(&mt->md.pv_list) &&
2880                             TAILQ_EMPTY(&pvh->pv_list))
2881                                 vm_page_aflag_clear(mt, PGA_WRITEABLE);
2882                 }
2883         }
2884         if (pmap == kernel_pmap) {
2885                 pmap_remove_kernel_l2(pmap, l2, sva);
2886         } else {
2887                 ml3 = pmap_remove_pt_page(pmap, sva);
2888                 if (ml3 != NULL) {
2889                         KASSERT(ml3->valid == VM_PAGE_BITS_ALL,
2890                             ("pmap_remove_l2: l3 page not promoted"));
2891                         pmap_resident_count_dec(pmap, 1);
2892                         KASSERT(ml3->ref_count == NL3PG,
2893                             ("pmap_remove_l2: l3 page ref count error"));
2894                         ml3->ref_count = 0;
2895                         pmap_add_delayed_free_list(ml3, free, FALSE);
2896                 }
2897         }
2898         return (pmap_unuse_pt(pmap, sva, l1e, free));
2899 }
2900
2901 /*
2902  * pmap_remove_l3: do the things to unmap a page in a process
2903  */
2904 static int
2905 pmap_remove_l3(pmap_t pmap, pt_entry_t *l3, vm_offset_t va,
2906     pd_entry_t l2e, struct spglist *free, struct rwlock **lockp)
2907 {
2908         struct md_page *pvh;
2909         pt_entry_t old_l3;
2910         vm_page_t m;
2911
2912         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
2913         old_l3 = pmap_load_clear(l3);
2914         pmap_invalidate_page(pmap, va);
2915         if (old_l3 & ATTR_SW_WIRED)
2916                 pmap->pm_stats.wired_count -= 1;
2917         pmap_resident_count_dec(pmap, 1);
2918         if (old_l3 & ATTR_SW_MANAGED) {
2919                 m = PHYS_TO_VM_PAGE(old_l3 & ~ATTR_MASK);
2920                 if (pmap_pte_dirty(pmap, old_l3))
2921                         vm_page_dirty(m);
2922                 if (old_l3 & ATTR_AF)
2923                         vm_page_aflag_set(m, PGA_REFERENCED);
2924                 CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_VM_PAGE(lockp, m);
2925                 pmap_pvh_free(&m->md, pmap, va);
2926                 if (TAILQ_EMPTY(&m->md.pv_list) &&
2927                     (m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0) {
2928                         pvh = page_to_pvh(m);
2929                         if (TAILQ_EMPTY(&pvh->pv_list))
2930                                 vm_page_aflag_clear(m, PGA_WRITEABLE);
2931                 }
2932         }
2933         return (pmap_unuse_pt(pmap, va, l2e, free));
2934 }
2935
2936 /*
2937  * Remove the specified range of addresses from the L3 page table that is
2938  * identified by the given L2 entry.
2939  */
2940 static void
2941 pmap_remove_l3_range(pmap_t pmap, pd_entry_t l2e, vm_offset_t sva,
2942     vm_offset_t eva, struct spglist *free, struct rwlock **lockp)
2943 {
2944         struct md_page *pvh;
2945         struct rwlock *new_lock;
2946         pt_entry_t *l3, old_l3;
2947         vm_offset_t va;
2948         vm_page_t l3pg, m;
2949
2950         KASSERT(ADDR_IS_CANONICAL(sva),
2951             ("%s: Start address not in canonical form: %lx", __func__, sva));
2952         KASSERT(ADDR_IS_CANONICAL(eva) || eva == VM_MAX_USER_ADDRESS,
2953             ("%s: End address not in canonical form: %lx", __func__, eva));
2954
2955         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
2956         KASSERT(rounddown2(sva, L2_SIZE) + L2_SIZE == roundup2(eva, L2_SIZE),
2957             ("pmap_remove_l3_range: range crosses an L3 page table boundary"));
2958         l3pg = !ADDR_IS_KERNEL(sva) ? PHYS_TO_VM_PAGE(l2e & ~ATTR_MASK) : NULL;
2959         va = eva;
2960         for (l3 = pmap_l2_to_l3(&l2e, sva); sva != eva; l3++, sva += L3_SIZE) {
2961                 if (!pmap_l3_valid(pmap_load(l3))) {
2962                         if (va != eva) {
2963                                 pmap_invalidate_range(pmap, va, sva);
2964                                 va = eva;
2965                         }
2966                         continue;
2967                 }
2968                 old_l3 = pmap_load_clear(l3);
2969                 if ((old_l3 & ATTR_SW_WIRED) != 0)
2970                         pmap->pm_stats.wired_count--;
2971                 pmap_resident_count_dec(pmap, 1);
2972                 if ((old_l3 & ATTR_SW_MANAGED) != 0) {
2973                         m = PHYS_TO_VM_PAGE(old_l3 & ~ATTR_MASK);
2974                         if (pmap_pte_dirty(pmap, old_l3))
2975                                 vm_page_dirty(m);
2976                         if ((old_l3 & ATTR_AF) != 0)
2977                                 vm_page_aflag_set(m, PGA_REFERENCED);
2978                         new_lock = PHYS_TO_PV_LIST_LOCK(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
2979                         if (new_lock != *lockp) {
2980                                 if (*lockp != NULL) {
2981                                         /*
2982                                          * Pending TLB invalidations must be
2983                                          * performed before the PV list lock is
2984                                          * released.  Otherwise, a concurrent
2985                                          * pmap_remove_all() on a physical page
2986                                          * could return while a stale TLB entry
2987                                          * still provides access to that page. 
2988                                          */
2989                                         if (va != eva) {
2990                                                 pmap_invalidate_range(pmap, va,
2991                                                     sva);
2992                                                 va = eva;
2993                                         }
2994                                         rw_wunlock(*lockp);
2995                                 }
2996                                 *lockp = new_lock;
2997                                 rw_wlock(*lockp);
2998                         }
2999                         pmap_pvh_free(&m->md, pmap, sva);
3000                         if (TAILQ_EMPTY(&m->md.pv_list) &&
3001                             (m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0) {
3002                                 pvh = page_to_pvh(m);
3003                                 if (TAILQ_EMPTY(&pvh->pv_list))
3004                                         vm_page_aflag_clear(m, PGA_WRITEABLE);
3005                         }
3006                 }
3007                 if (va == eva)
3008                         va = sva;
3009                 if (l3pg != NULL && pmap_unwire_l3(pmap, sva, l3pg, free)) {
3010                         sva += L3_SIZE;
3011                         break;
3012                 }
3013         }
3014         if (va != eva)
3015                 pmap_invalidate_range(pmap, va, sva);
3016 }
3017
3018 /*
3019  *      Remove the given range of addresses from the specified map.
3020  *
3021  *      It is assumed that the start and end are properly
3022  *      rounded to the page size.
3023  */
3024 void
3025 pmap_remove(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
3026 {
3027         struct rwlock *lock;
3028         vm_offset_t va_next;
3029         pd_entry_t *l0, *l1, *l2;
3030         pt_entry_t l3_paddr;
3031         struct spglist free;
3032
3033         /*
3034          * Perform an unsynchronized read.  This is, however, safe.
3035          */
3036         if (pmap->pm_stats.resident_count == 0)
3037                 return;
3038
3039         SLIST_INIT(&free);
3040
3041         PMAP_LOCK(pmap);
3042
3043         lock = NULL;
3044         for (; sva < eva; sva = va_next) {
3045                 if (pmap->pm_stats.resident_count == 0)
3046                         break;
3047
3048                 l0 = pmap_l0(pmap, sva);
3049                 if (pmap_load(l0) == 0) {
3050                         va_next = (sva + L0_SIZE) & ~L0_OFFSET;
3051                         if (va_next < sva)
3052                                 va_next = eva;
3053                         continue;
3054                 }
3055
3056                 va_next = (sva + L1_SIZE) & ~L1_OFFSET;
3057                 if (va_next < sva)
3058                         va_next = eva;
3059                 l1 = pmap_l0_to_l1(l0, sva);
3060                 if (pmap_load(l1) == 0)
3061                         continue;
3062                 if ((pmap_load(l1) & ATTR_DESCR_MASK) == L1_BLOCK) {
3063                         KASSERT(va_next <= eva,
3064                             ("partial update of non-transparent 1G page "
3065                             "l1 %#lx sva %#lx eva %#lx va_next %#lx",
3066                             pmap_load(l1), sva, eva, va_next));
3067                         MPASS(pmap != kernel_pmap);
3068                         MPASS((pmap_load(l1) & ATTR_SW_MANAGED) == 0);
3069                         pmap_clear(l1);
3070                         pmap_invalidate_page(pmap, sva);
3071                         pmap_resident_count_dec(pmap, L1_SIZE / PAGE_SIZE);
3072                         pmap_unuse_pt(pmap, sva, pmap_load(l0), &free);
3073                         continue;
3074                 }
3075
3076                 /*
3077                  * Calculate index for next page table.
3078                  */
3079                 va_next = (sva + L2_SIZE) & ~L2_OFFSET;
3080                 if (va_next < sva)
3081                         va_next = eva;
3082
3083                 l2 = pmap_l1_to_l2(l1, sva);
3084                 if (l2 == NULL)
3085                         continue;
3086
3087                 l3_paddr = pmap_load(l2);
3088
3089                 if ((l3_paddr & ATTR_DESCR_MASK) == L2_BLOCK) {
3090                         if (sva + L2_SIZE == va_next && eva >= va_next) {
3091                                 pmap_remove_l2(pmap, l2, sva, pmap_load(l1),
3092                                     &free, &lock);
3093                                 continue;
3094                         } else if (pmap_demote_l2_locked(pmap, l2, sva,
3095                             &lock) == NULL)
3096                                 continue;
3097                         l3_paddr = pmap_load(l2);
3098                 }
3099
3100                 /*
3101                  * Weed out invalid mappings.
3102                  */
3103                 if ((l3_paddr & ATTR_DESCR_MASK) != L2_TABLE)
3104                         continue;
3105
3106                 /*
3107                  * Limit our scan to either the end of the va represented
3108                  * by the current page table page, or to the end of the
3109                  * range being removed.
3110                  */
3111                 if (va_next > eva)
3112                         va_next = eva;
3113
3114                 pmap_remove_l3_range(pmap, l3_paddr, sva, va_next, &free,
3115                     &lock);
3116         }
3117         if (lock != NULL)
3118                 rw_wunlock(lock);
3119         PMAP_UNLOCK(pmap);
3120         vm_page_free_pages_toq(&free, true);
3121 }
3122
3123 /*
3124  *      Routine:        pmap_remove_all
3125  *      Function:
3126  *              Removes this physical page from
3127  *              all physical maps in which it resides.
3128  *              Reflects back modify bits to the pager.
3129  *
3130  *      Notes:
3131  *              Original versions of this routine were very
3132  *              inefficient because they iteratively called
3133  *              pmap_remove (slow...)
3134  */
3135
3136 void
3137 pmap_remove_all(vm_page_t m)
3138 {
3139         struct md_page *pvh;
3140         pv_entry_t pv;
3141         pmap_t pmap;
3142         struct rwlock *lock;
3143         pd_entry_t *pde, tpde;
3144         pt_entry_t *pte, tpte;
3145         vm_offset_t va;
3146         struct spglist free;
3147         int lvl, pvh_gen, md_gen;
3148
3149         KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
3150             ("pmap_remove_all: page %p is not managed", m));
3151         SLIST_INIT(&free);
3152         lock = VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m);
3153         pvh = (m->flags & PG_FICTITIOUS) != 0 ? &pv_dummy : page_to_pvh(m);
3154         rw_wlock(lock);
3155 retry:
3156         while ((pv = TAILQ_FIRST(&pvh->pv_list)) != NULL) {
3157                 pmap = PV_PMAP(pv);
3158                 if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
3159                         pvh_gen = pvh->pv_gen;
3160                         rw_wunlock(lock);
3161                         PMAP_LOCK(pmap);
3162                         rw_wlock(lock);
3163                         if (pvh_gen != pvh->pv_gen) {
3164                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
3165                                 goto retry;
3166                         }
3167                 }
3168                 va = pv->pv_va;
3169                 pte = pmap_pte(pmap, va, &lvl);
3170                 KASSERT(pte != NULL,
3171                     ("pmap_remove_all: no page table entry found"));
3172                 KASSERT(lvl == 2,
3173                     ("pmap_remove_all: invalid pte level %d", lvl));
3174                 pmap_demote_l2_locked(pmap, pte, va, &lock);
3175                 PMAP_UNLOCK(pmap);
3176         }
3177         while ((pv = TAILQ_FIRST(&m->md.pv_list)) != NULL) {
3178                 pmap = PV_PMAP(pv);
3179                 PMAP_ASSERT_STAGE1(pmap);
3180                 if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
3181                         pvh_gen = pvh->pv_gen;
3182                         md_gen = m->md.pv_gen;
3183                         rw_wunlock(lock);
3184                         PMAP_LOCK(pmap);
3185                         rw_wlock(lock);
3186                         if (pvh_gen != pvh->pv_gen || md_gen != m->md.pv_gen) {
3187                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
3188                                 goto retry;
3189                         }
3190                 }
3191                 pmap_resident_count_dec(pmap, 1);
3192
3193                 pde = pmap_pde(pmap, pv->pv_va, &lvl);
3194                 KASSERT(pde != NULL,
3195                     ("pmap_remove_all: no page directory entry found"));
3196                 KASSERT(lvl == 2,
3197                     ("pmap_remove_all: invalid pde level %d", lvl));
3198                 tpde = pmap_load(pde);
3199
3200                 pte = pmap_l2_to_l3(pde, pv->pv_va);
3201                 tpte = pmap_load_clear(pte);
3202                 if (tpte & ATTR_SW_WIRED)
3203                         pmap->pm_stats.wired_count--;
3204                 if ((tpte & ATTR_AF) != 0) {
3205                         pmap_invalidate_page(pmap, pv->pv_va);
3206                         vm_page_aflag_set(m, PGA_REFERENCED);
3207                 }
3208
3209                 /*
3210                  * Update the vm_page_t clean and reference bits.
3211                  */
3212                 if (pmap_pte_dirty(pmap, tpte))
3213                         vm_page_dirty(m);
3214                 pmap_unuse_pt(pmap, pv->pv_va, tpde, &free);
3215                 TAILQ_REMOVE(&m->md.pv_list, pv, pv_next);
3216                 m->md.pv_gen++;
3217                 free_pv_entry(pmap, pv);
3218                 PMAP_UNLOCK(pmap);
3219         }
3220         vm_page_aflag_clear(m, PGA_WRITEABLE);
3221         rw_wunlock(lock);
3222         vm_page_free_pages_toq(&free, true);
3223 }
3224
3225 /*
3226  * pmap_protect_l2: do the things to protect a 2MB page in a pmap
3227  */
3228 static void
3229 pmap_protect_l2(pmap_t pmap, pt_entry_t *l2, vm_offset_t sva, pt_entry_t mask,
3230     pt_entry_t nbits)
3231 {
3232         pd_entry_t old_l2;
3233         vm_page_t m, mt;
3234
3235         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
3236         PMAP_ASSERT_STAGE1(pmap);
3237         KASSERT((sva & L2_OFFSET) == 0,
3238             ("pmap_protect_l2: sva is not 2mpage aligned"));
3239         old_l2 = pmap_load(l2);
3240         KASSERT((old_l2 & ATTR_DESCR_MASK) == L2_BLOCK,
3241             ("pmap_protect_l2: L2e %lx is not a block mapping", old_l2));
3242
3243         /*
3244          * Return if the L2 entry already has the desired access restrictions
3245          * in place.
3246          */
3247         if ((old_l2 & mask) == nbits)
3248                 return;
3249
3250         while (!atomic_fcmpset_64(l2, &old_l2, (old_l2 & ~mask) | nbits))
3251                 cpu_spinwait();
3252
3253         /*
3254          * When a dirty read/write superpage mapping is write protected,
3255          * update the dirty field of each of the superpage's constituent 4KB
3256          * pages.
3257          */
3258         if ((old_l2 & ATTR_SW_MANAGED) != 0 &&
3259             (nbits & ATTR_S1_AP(ATTR_S1_AP_RO)) != 0 &&
3260             pmap_pte_dirty(pmap, old_l2)) {
3261                 m = PHYS_TO_VM_PAGE(old_l2 & ~ATTR_MASK);
3262                 for (mt = m; mt < &m[L2_SIZE / PAGE_SIZE]; mt++)
3263                         vm_page_dirty(mt);
3264         }
3265
3266         /*
3267          * Since a promotion must break the 4KB page mappings before making
3268          * the 2MB page mapping, a pmap_invalidate_page() suffices.
3269          */
3270         pmap_invalidate_page(pmap, sva);
3271 }
3272
3273 /*
3274  *      Set the physical protection on the
3275  *      specified range of this map as requested.
3276  */
3277 void
3278 pmap_protect(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva, vm_prot_t prot)
3279 {
3280         vm_offset_t va, va_next;
3281         pd_entry_t *l0, *l1, *l2;
3282         pt_entry_t *l3p, l3, mask, nbits;
3283
3284         PMAP_ASSERT_STAGE1(pmap);
3285         KASSERT((prot & ~VM_PROT_ALL) == 0, ("invalid prot %x", prot));
3286         if (prot == VM_PROT_NONE) {
3287                 pmap_remove(pmap, sva, eva);
3288                 return;
3289         }
3290
3291         mask = nbits = 0;
3292         if ((prot & VM_PROT_WRITE) == 0) {
3293                 mask |= ATTR_S1_AP_RW_BIT | ATTR_SW_DBM;
3294                 nbits |= ATTR_S1_AP(ATTR_S1_AP_RO);
3295         }
3296         if ((prot & VM_PROT_EXECUTE) == 0) {
3297                 mask |= ATTR_S1_XN;
3298                 nbits |= ATTR_S1_XN;
3299         }
3300         if (mask == 0)
3301                 return;
3302
3303         PMAP_LOCK(pmap);
3304         for (; sva < eva; sva = va_next) {
3305                 l0 = pmap_l0(pmap, sva);
3306                 if (pmap_load(l0) == 0) {
3307                         va_next = (sva + L0_SIZE) & ~L0_OFFSET;
3308                         if (va_next < sva)
3309                                 va_next = eva;
3310                         continue;
3311                 }
3312
3313                 va_next = (sva + L1_SIZE) & ~L1_OFFSET;
3314                 if (va_next < sva)
3315                         va_next = eva;
3316                 l1 = pmap_l0_to_l1(l0, sva);
3317                 if (pmap_load(l1) == 0)
3318                         continue;
3319                 if ((pmap_load(l1) & ATTR_DESCR_MASK) == L1_BLOCK) {
3320                         KASSERT(va_next <= eva,
3321                             ("partial update of non-transparent 1G page "
3322                             "l1 %#lx sva %#lx eva %#lx va_next %#lx",
3323                             pmap_load(l1), sva, eva, va_next));
3324                         MPASS((pmap_load(l1) & ATTR_SW_MANAGED) == 0);
3325                         if ((pmap_load(l1) & mask) != nbits) {
3326                                 pmap_store(l1, (pmap_load(l1) & ~mask) | nbits);
3327                                 pmap_invalidate_page(pmap, sva);
3328                         }
3329                         continue;
3330                 }
3331
3332                 va_next = (sva + L2_SIZE) & ~L2_OFFSET;
3333                 if (va_next < sva)
3334                         va_next = eva;
3335
3336                 l2 = pmap_l1_to_l2(l1, sva);
3337                 if (pmap_load(l2) == 0)
3338                         continue;
3339
3340                 if ((pmap_load(l2) & ATTR_DESCR_MASK) == L2_BLOCK) {
3341                         if (sva + L2_SIZE == va_next && eva >= va_next) {
3342                                 pmap_protect_l2(pmap, l2, sva, mask, nbits);
3343                                 continue;
3344                         } else if (pmap_demote_l2(pmap, l2, sva) == NULL)
3345                                 continue;
3346                 }
3347                 KASSERT((pmap_load(l2) & ATTR_DESCR_MASK) == L2_TABLE,
3348                     ("pmap_protect: Invalid L2 entry after demotion"));
3349
3350                 if (va_next > eva)
3351                         va_next = eva;
3352
3353                 va = va_next;
3354                 for (l3p = pmap_l2_to_l3(l2, sva); sva != va_next; l3p++,
3355                     sva += L3_SIZE) {
3356                         l3 = pmap_load(l3p);
3357
3358                         /*
3359                          * Go to the next L3 entry if the current one is
3360                          * invalid or already has the desired access
3361                          * restrictions in place.  (The latter case occurs
3362                          * frequently.  For example, in a "buildworld"
3363                          * workload, almost 1 out of 4 L3 entries already
3364                          * have the desired restrictions.)
3365                          */
3366                         if (!pmap_l3_valid(l3) || (l3 & mask) == nbits) {
3367                                 if (va != va_next) {
3368                                         pmap_invalidate_range(pmap, va, sva);
3369                                         va = va_next;
3370                                 }
3371                                 continue;
3372                         }
3373
3374                         while (!atomic_fcmpset_64(l3p, &l3, (l3 & ~mask) |
3375                             nbits))
3376                                 cpu_spinwait();
3377
3378                         /*
3379                          * When a dirty read/write mapping is write protected,
3380                          * update the page's dirty field.
3381                          */
3382                         if ((l3 & ATTR_SW_MANAGED) != 0 &&
3383                             (nbits & ATTR_S1_AP(ATTR_S1_AP_RO)) != 0 &&
3384                             pmap_pte_dirty(pmap, l3))
3385                                 vm_page_dirty(PHYS_TO_VM_PAGE(l3 & ~ATTR_MASK));
3386
3387                         if (va == va_next)
3388                                 va = sva;
3389                 }
3390                 if (va != va_next)
3391                         pmap_invalidate_range(pmap, va, sva);
3392         }
3393         PMAP_UNLOCK(pmap);
3394 }
3395
3396 /*
3397  * Inserts the specified page table page into the specified pmap's collection
3398  * of idle page table pages.  Each of a pmap's page table pages is responsible
3399  * for mapping a distinct range of virtual addresses.  The pmap's collection is
3400  * ordered by this virtual address range.
3401  *
3402  * If "promoted" is false, then the page table page "mpte" must be zero filled.
3403  */
3404 static __inline int
3405 pmap_insert_pt_page(pmap_t pmap, vm_page_t mpte, bool promoted)
3406 {
3407
3408         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
3409         mpte->valid = promoted ? VM_PAGE_BITS_ALL : 0;
3410         return (vm_radix_insert(&pmap->pm_root, mpte));
3411 }
3412
3413 /*
3414  * Removes the page table page mapping the specified virtual address from the
3415  * specified pmap's collection of idle page table pages, and returns it.
3416  * Otherwise, returns NULL if there is no page table page corresponding to the
3417  * specified virtual address.
3418  */
3419 static __inline vm_page_t
3420 pmap_remove_pt_page(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
3421 {
3422
3423         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
3424         return (vm_radix_remove(&pmap->pm_root, pmap_l2_pindex(va)));
3425 }
3426
3427 /*
3428  * Performs a break-before-make update of a pmap entry. This is needed when
3429  * either promoting or demoting pages to ensure the TLB doesn't get into an
3430  * inconsistent state.
3431  */
3432 static void
3433 pmap_update_entry(pmap_t pmap, pd_entry_t *pte, pd_entry_t newpte,
3434     vm_offset_t va, vm_size_t size)
3435 {
3436         register_t intr;
3437
3438         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
3439
3440         /*
3441          * Ensure we don't get switched out with the page table in an
3442          * inconsistent state. We also need to ensure no interrupts fire
3443          * as they may make use of an address we are about to invalidate.
3444          */
3445         intr = intr_disable();
3446
3447         /*
3448          * Clear the old mapping's valid bit, but leave the rest of the entry
3449          * unchanged, so that a lockless, concurrent pmap_kextract() can still
3450          * lookup the physical address.
3451          */
3452         pmap_clear_bits(pte, ATTR_DESCR_VALID);
3453         pmap_invalidate_range(pmap, va, va + size);
3454
3455         /* Create the new mapping */
3456         pmap_store(pte, newpte);
3457         dsb(ishst);
3458
3459         intr_restore(intr);
3460 }
3461
3462 #if VM_NRESERVLEVEL > 0
3463 /*
3464  * After promotion from 512 4KB page mappings to a single 2MB page mapping,
3465  * replace the many pv entries for the 4KB page mappings by a single pv entry
3466  * for the 2MB page mapping.
3467  */
3468 static void
3469 pmap_pv_promote_l2(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_paddr_t pa,
3470     struct rwlock **lockp)
3471 {
3472         struct md_page *pvh;
3473         pv_entry_t pv;
3474         vm_offset_t va_last;
3475         vm_page_t m;
3476
3477         KASSERT((pa & L2_OFFSET) == 0,
3478             ("pmap_pv_promote_l2: pa is not 2mpage aligned"));
3479         CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_PHYS(lockp, pa);
3480
3481         /*
3482          * Transfer the first page's pv entry for this mapping to the 2mpage's
3483          * pv list.  Aside from avoiding the cost of a call to get_pv_entry(),
3484          * a transfer avoids the possibility that get_pv_entry() calls
3485          * reclaim_pv_chunk() and that reclaim_pv_chunk() removes one of the
3486          * mappings that is being promoted.
3487          */
3488         m = PHYS_TO_VM_PAGE(pa);
3489         va = va & ~L2_OFFSET;
3490         pv = pmap_pvh_remove(&m->md, pmap, va);
3491         KASSERT(pv != NULL, ("pmap_pv_promote_l2: pv not found"));
3492         pvh = page_to_pvh(m);
3493         TAILQ_INSERT_TAIL(&pvh->pv_list, pv, pv_next);
3494         pvh->pv_gen++;
3495         /* Free the remaining NPTEPG - 1 pv entries. */
3496         va_last = va + L2_SIZE - PAGE_SIZE;
3497         do {
3498                 m++;
3499                 va += PAGE_SIZE;
3500                 pmap_pvh_free(&m->md, pmap, va);
3501         } while (va < va_last);
3502 }
3503
3504 /*
3505  * Tries to promote the 512, contiguous 4KB page mappings that are within a
3506  * single level 2 table entry to a single 2MB page mapping.  For promotion
3507  * to occur, two conditions must be met: (1) the 4KB page mappings must map
3508  * aligned, contiguous physical memory and (2) the 4KB page mappings must have
3509  * identical characteristics.
3510  */
3511 static void
3512 pmap_promote_l2(pmap_t pmap, pd_entry_t *l2, vm_offset_t va,
3513     struct rwlock **lockp)
3514 {
3515         pt_entry_t *firstl3, *l3, newl2, oldl3, pa;
3516         vm_page_t mpte;
3517         vm_offset_t sva;
3518
3519         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
3520         PMAP_ASSERT_STAGE1(pmap);
3521
3522         sva = va & ~L2_OFFSET;
3523         firstl3 = pmap_l2_to_l3(l2, sva);
3524         newl2 = pmap_load(firstl3);
3525
3526         if (((newl2 & (~ATTR_MASK | ATTR_AF)) & L2_OFFSET) != ATTR_AF) {
3527                 atomic_add_long(&pmap_l2_p_failures, 1);
3528                 CTR2(KTR_PMAP, "pmap_promote_l2: failure for va %#lx"
3529                     " in pmap %p", va, pmap);
3530                 return;
3531         }
3532
3533 setl2:
3534         if ((newl2 & (ATTR_S1_AP_RW_BIT | ATTR_SW_DBM)) ==
3535             (ATTR_S1_AP(ATTR_S1_AP_RO) | ATTR_SW_DBM)) {
3536                 /*
3537                  * When the mapping is clean, i.e., ATTR_S1_AP_RO is set,
3538                  * ATTR_SW_DBM can be cleared without a TLB invalidation.
3539                  */
3540                 if (!atomic_fcmpset_64(firstl3, &newl2, newl2 & ~ATTR_SW_DBM))
3541                         goto setl2;
3542                 newl2 &= ~ATTR_SW_DBM;
3543         }
3544
3545         pa = newl2 + L2_SIZE - PAGE_SIZE;
3546         for (l3 = firstl3 + NL3PG - 1; l3 > firstl3; l3--) {
3547                 oldl3 = pmap_load(l3);
3548 setl3:
3549                 if ((oldl3 & (ATTR_S1_AP_RW_BIT | ATTR_SW_DBM)) ==
3550                     (ATTR_S1_AP(ATTR_S1_AP_RO) | ATTR_SW_DBM)) {
3551                         /*
3552                          * When the mapping is clean, i.e., ATTR_S1_AP_RO is
3553                          * set, ATTR_SW_DBM can be cleared without a TLB
3554                          * invalidation.
3555                          */
3556                         if (!atomic_fcmpset_64(l3, &oldl3, oldl3 &
3557                             ~ATTR_SW_DBM))
3558                                 goto setl3;
3559                         oldl3 &= ~ATTR_SW_DBM;
3560                 }
3561                 if (oldl3 != pa) {
3562                         atomic_add_long(&pmap_l2_p_failures, 1);
3563                         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_promote_l2: failure for va %#lx"
3564                             " in pmap %p", va, pmap);
3565                         return;
3566                 }
3567                 pa -= PAGE_SIZE;
3568         }
3569
3570         /*
3571          * Save the page table page in its current state until the L2
3572          * mapping the superpage is demoted by pmap_demote_l2() or
3573          * destroyed by pmap_remove_l3().
3574          */
3575         mpte = PHYS_TO_VM_PAGE(pmap_load(l2) & ~ATTR_MASK);
3576         KASSERT(mpte >= vm_page_array &&
3577             mpte < &vm_page_array[vm_page_array_size],
3578             ("pmap_promote_l2: page table page is out of range"));
3579         KASSERT(mpte->pindex == pmap_l2_pindex(va),
3580             ("pmap_promote_l2: page table page's pindex is wrong"));
3581         if (pmap_insert_pt_page(pmap, mpte, true)) {
3582                 atomic_add_long(&pmap_l2_p_failures, 1);
3583                 CTR2(KTR_PMAP,
3584                     "pmap_promote_l2: failure for va %#lx in pmap %p", va,
3585                     pmap);
3586                 return;
3587         }
3588
3589         if ((newl2 & ATTR_SW_MANAGED) != 0)
3590                 pmap_pv_promote_l2(pmap, va, newl2 & ~ATTR_MASK, lockp);
3591
3592         newl2 &= ~ATTR_DESCR_MASK;
3593         newl2 |= L2_BLOCK;
3594
3595         pmap_update_entry(pmap, l2, newl2, sva, L2_SIZE);
3596
3597         atomic_add_long(&pmap_l2_promotions, 1);
3598         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_promote_l2: success for va %#lx in pmap %p", va,
3599                     pmap);
3600 }
3601 #endif /* VM_NRESERVLEVEL > 0 */
3602
3603 static int
3604 pmap_enter_largepage(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pt_entry_t newpte, int flags,
3605     int psind)
3606 {
3607         pd_entry_t *l0p, *l1p, *l2p, origpte;
3608         vm_page_t mp;
3609
3610         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
3611         KASSERT(psind > 0 && psind < MAXPAGESIZES,
3612             ("psind %d unexpected", psind));
3613         KASSERT(((newpte & ~ATTR_MASK) & (pagesizes[psind] - 1)) == 0,
3614             ("unaligned phys address %#lx newpte %#lx psind %d",
3615             (newpte & ~ATTR_MASK), newpte, psind));
3616
3617 restart:
3618         if (psind == 2) {
3619                 l0p = pmap_l0(pmap, va);
3620                 if ((pmap_load(l0p) & ATTR_DESCR_VALID) == 0) {
3621                         mp = _pmap_alloc_l3(pmap, pmap_l0_pindex(va), NULL);
3622                         if (mp == NULL) {
3623                                 if ((flags & PMAP_ENTER_NOSLEEP) != 0)
3624                                         return (KERN_RESOURCE_SHORTAGE);
3625                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
3626                                 vm_wait(NULL);
3627                                 PMAP_LOCK(pmap);
3628                                 goto restart;
3629                         }
3630                         l1p = pmap_l0_to_l1(l0p, va);
3631                         KASSERT(l1p != NULL, ("va %#lx lost l1 entry", va));
3632                         origpte = pmap_load(l1p);
3633                 } else {
3634                         l1p = pmap_l0_to_l1(l0p, va);
3635                         KASSERT(l1p != NULL, ("va %#lx lost l1 entry", va));
3636                         origpte = pmap_load(l1p);
3637                         if ((origpte & ATTR_DESCR_VALID) == 0) {
3638                                 mp = PHYS_TO_VM_PAGE(pmap_load(l0p) &
3639                                     ~ATTR_MASK);
3640                                 mp->ref_count++;
3641                         }
3642                 }
3643                 KASSERT((origpte & ATTR_DESCR_VALID) == 0 ||
3644                     ((origpte & ATTR_DESCR_MASK) == L1_BLOCK &&
3645                      (origpte & ~ATTR_MASK) == (newpte & ~ATTR_MASK)),
3646                     ("va %#lx changing 1G phys page l1 %#lx newpte %#lx",
3647                     va, origpte, newpte));
3648                 pmap_store(l1p, newpte);
3649         } else /* (psind == 1) */ {
3650                 l2p = pmap_l2(pmap, va);
3651                 if (l2p == NULL) {
3652                         mp = _pmap_alloc_l3(pmap, pmap_l1_pindex(va), NULL);
3653                         if (mp == NULL) {
3654                                 if ((flags & PMAP_ENTER_NOSLEEP) != 0)
3655                                         return (KERN_RESOURCE_SHORTAGE);
3656                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
3657                                 vm_wait(NULL);
3658                                 PMAP_LOCK(pmap);
3659                                 goto restart;
3660                         }
3661                         l2p = (pd_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(mp));
3662                         l2p = &l2p[pmap_l2_index(va)];
3663                         origpte = pmap_load(l2p);
3664                 } else {
3665                         l1p = pmap_l1(pmap, va);
3666                         origpte = pmap_load(l2p);
3667                         if ((origpte & ATTR_DESCR_VALID) == 0) {
3668                                 mp = PHYS_TO_VM_PAGE(pmap_load(l1p) &
3669                                     ~ATTR_MASK);
3670                                 mp->ref_count++;
3671                         }
3672                 }
3673                 KASSERT((origpte & ATTR_DESCR_VALID) == 0 ||
3674                     ((origpte & ATTR_DESCR_MASK) == L2_BLOCK &&
3675                      (origpte & ~ATTR_MASK) == (newpte & ~ATTR_MASK)),
3676                     ("va %#lx changing 2M phys page l2 %#lx newpte %#lx",
3677                     va, origpte, newpte));
3678                 pmap_store(l2p, newpte);
3679         }
3680         dsb(ishst);
3681
3682         if ((origpte & ATTR_DESCR_VALID) == 0)
3683                 pmap_resident_count_inc(pmap, pagesizes[psind] / PAGE_SIZE);
3684         if ((newpte & ATTR_SW_WIRED) != 0 && (origpte & ATTR_SW_WIRED) == 0)
3685                 pmap->pm_stats.wired_count += pagesizes[psind] / PAGE_SIZE;
3686         else if ((newpte & ATTR_SW_WIRED) == 0 &&
3687             (origpte & ATTR_SW_WIRED) != 0)
3688                 pmap->pm_stats.wired_count -= pagesizes[psind] / PAGE_SIZE;
3689
3690         return (KERN_SUCCESS);
3691 }
3692
3693 /*
3694  * Add a single SMMU entry. This function does not sleep.
3695  */
3696 int
3697 pmap_senter(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_paddr_t pa,
3698     vm_prot_t prot, u_int flags)
3699 {
3700         pd_entry_t *pde;
3701         pt_entry_t new_l3, orig_l3;
3702         pt_entry_t *l3;
3703         vm_page_t mpte;
3704         int lvl;
3705         int rv;
3706
3707         PMAP_ASSERT_STAGE1(pmap);
3708         KASSERT(va < VM_MAXUSER_ADDRESS, ("wrong address space"));
3709
3710         va = trunc_page(va);
3711         new_l3 = (pt_entry_t)(pa | ATTR_DEFAULT |
3712             ATTR_S1_IDX(VM_MEMATTR_DEVICE) | L3_PAGE);
3713         if ((prot & VM_PROT_WRITE) == 0)
3714                 new_l3 |= ATTR_S1_AP(ATTR_S1_AP_RO);
3715         new_l3 |= ATTR_S1_XN; /* Execute never. */
3716         new_l3 |= ATTR_S1_AP(ATTR_S1_AP_USER);
3717         new_l3 |= ATTR_S1_nG; /* Non global. */
3718
3719         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_senter: %.16lx -> %.16lx", va, pa);
3720
3721         PMAP_LOCK(pmap);
3722
3723         /*
3724          * In the case that a page table page is not
3725          * resident, we are creating it here.
3726          */
3727 retry:
3728         pde = pmap_pde(pmap, va, &lvl);
3729         if (pde != NULL && lvl == 2) {
3730                 l3 = pmap_l2_to_l3(pde, va);
3731         } else {
3732                 mpte = _pmap_alloc_l3(pmap, pmap_l2_pindex(va), NULL);
3733                 if (mpte == NULL) {
3734                         CTR0(KTR_PMAP, "pmap_enter: mpte == NULL");
3735                         rv = KERN_RESOURCE_SHORTAGE;
3736                         goto out;
3737                 }
3738                 goto retry;
3739         }
3740
3741         orig_l3 = pmap_load(l3);
3742         KASSERT(!pmap_l3_valid(orig_l3), ("l3 is valid"));
3743
3744         /* New mapping */
3745         pmap_store(l3, new_l3);
3746         pmap_resident_count_inc(pmap, 1);
3747         dsb(ishst);
3748
3749         rv = KERN_SUCCESS;
3750 out:
3751         PMAP_UNLOCK(pmap);
3752
3753         return (rv);
3754 }
3755
3756 /*
3757  * Remove a single SMMU entry.
3758  */
3759 int
3760 pmap_sremove(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
3761 {
3762         pt_entry_t *pte;
3763         int lvl;
3764         int rc;
3765
3766         PMAP_LOCK(pmap);
3767
3768         pte = pmap_pte(pmap, va, &lvl);
3769         KASSERT(lvl == 3,
3770             ("Invalid SMMU pagetable level: %d != 3", lvl));
3771
3772         if (pte != NULL) {
3773                 pmap_resident_count_dec(pmap, 1);
3774                 pmap_clear(pte);
3775                 rc = KERN_SUCCESS;
3776         } else
3777                 rc = KERN_FAILURE;
3778
3779         PMAP_UNLOCK(pmap);
3780
3781         return (rc);
3782 }
3783
3784 /*
3785  * Remove all the allocated L1, L2 pages from SMMU pmap.
3786  * All the L3 entires must be cleared in advance, otherwise
3787  * this function panics.
3788  */
3789 void
3790 pmap_sremove_pages(pmap_t pmap)
3791 {
3792         pd_entry_t l0e, *l1, l1e, *l2, l2e;
3793         pt_entry_t *l3, l3e;
3794         vm_page_t m, m0, m1;
3795         vm_offset_t sva;
3796         vm_paddr_t pa;
3797         vm_paddr_t pa0;
3798         vm_paddr_t pa1;
3799         int i, j, k, l;
3800
3801         PMAP_LOCK(pmap);
3802
3803         for (sva = VM_MINUSER_ADDRESS, i = pmap_l0_index(sva);
3804             (i < Ln_ENTRIES && sva < VM_MAXUSER_ADDRESS); i++) {
3805                 l0e = pmap->pm_l0[i];
3806                 if ((l0e & ATTR_DESCR_VALID) == 0) {
3807                         sva += L0_SIZE;
3808                         continue;
3809                 }
3810                 pa0 = l0e & ~ATTR_MASK;
3811                 m0 = PHYS_TO_VM_PAGE(pa0);
3812                 l1 = (pd_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(pa0);
3813
3814                 for (j = pmap_l1_index(sva); j < Ln_ENTRIES; j++) {
3815                         l1e = l1[j];
3816                         if ((l1e & ATTR_DESCR_VALID) == 0) {
3817                                 sva += L1_SIZE;
3818                                 continue;
3819                         }
3820                         if ((l1e & ATTR_DESCR_MASK) == L1_BLOCK) {
3821                                 sva += L1_SIZE;
3822                                 continue;
3823                         }
3824                         pa1 = l1e & ~ATTR_MASK;
3825                         m1 = PHYS_TO_VM_PAGE(pa1);
3826                         l2 = (pd_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(pa1);
3827
3828                         for (k = pmap_l2_index(sva); k < Ln_ENTRIES; k++) {
3829                                 l2e = l2[k];
3830                                 if ((l2e & ATTR_DESCR_VALID) == 0) {
3831                                         sva += L2_SIZE;
3832                                         continue;
3833                                 }
3834                                 pa = l2e & ~ATTR_MASK;
3835                                 m = PHYS_TO_VM_PAGE(pa);
3836                                 l3 = (pt_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(pa);
3837
3838                                 for (l = pmap_l3_index(sva); l < Ln_ENTRIES;
3839                                     l++, sva += L3_SIZE) {
3840                                         l3e = l3[l];
3841                                         if ((l3e & ATTR_DESCR_VALID) == 0)
3842                                                 continue;
3843                                         panic("%s: l3e found for va %jx\n",
3844                                             __func__, sva);
3845                                 }
3846
3847                                 vm_page_unwire_noq(m1);
3848                                 vm_page_unwire_noq(m);
3849                                 pmap_resident_count_dec(pmap, 1);
3850                                 vm_page_free(m);
3851                                 pmap_clear(&l2[k]);
3852                         }
3853
3854                         vm_page_unwire_noq(m0);
3855                         pmap_resident_count_dec(pmap, 1);
3856                         vm_page_free(m1);
3857                         pmap_clear(&l1[j]);
3858                 }
3859
3860                 pmap_resident_count_dec(pmap, 1);
3861                 vm_page_free(m0);
3862                 pmap_clear(&pmap->pm_l0[i]);
3863         }
3864
3865         KASSERT(pmap->pm_stats.resident_count == 0,
3866             ("Invalid resident count %jd", pmap->pm_stats.resident_count));
3867
3868         PMAP_UNLOCK(pmap);
3869 }
3870
3871 /*
3872  *      Insert the given physical page (p) at
3873  *      the specified virtual address (v) in the
3874  *      target physical map with the protection requested.
3875  *
3876  *      If specified, the page will be wired down, meaning
3877  *      that the related pte can not be reclaimed.
3878  *
3879  *      NB:  This is the only routine which MAY NOT lazy-evaluate
3880  *      or lose information.  That is, this routine must actually
3881  *      insert this page into the given map NOW.
3882  */
3883 int
3884 pmap_enter(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m, vm_prot_t prot,
3885     u_int flags, int8_t psind)
3886 {
3887         struct rwlock *lock;
3888         pd_entry_t *pde;
3889         pt_entry_t new_l3, orig_l3;
3890         pt_entry_t *l2, *l3;
3891         pv_entry_t pv;
3892         vm_paddr_t opa, pa;
3893         vm_page_t mpte, om;
3894         boolean_t nosleep;
3895         int lvl, rv;
3896
3897         KASSERT(ADDR_IS_CANONICAL(va),
3898             ("%s: Address not in canonical form: %lx", __func__, va));
3899
3900         va = trunc_page(va);
3901         if ((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0)
3902                 VM_PAGE_OBJECT_BUSY_ASSERT(m);
3903         pa = VM_PAGE_TO_PHYS(m);
3904         new_l3 = (pt_entry_t)(pa | ATTR_DEFAULT | L3_PAGE);
3905         new_l3 |= pmap_pte_memattr(pmap, m->md.pv_memattr);
3906         new_l3 |= pmap_pte_prot(pmap, prot);
3907
3908         if ((flags & PMAP_ENTER_WIRED) != 0)
3909                 new_l3 |= ATTR_SW_WIRED;
3910         if (pmap->pm_stage == PM_STAGE1) {
3911                 if (!ADDR_IS_KERNEL(va))
3912                         new_l3 |= ATTR_S1_AP(ATTR_S1_AP_USER) | ATTR_S1_PXN;
3913                 else
3914                         new_l3 |= ATTR_S1_UXN;
3915                 if (pmap != kernel_pmap)
3916                         new_l3 |= ATTR_S1_nG;
3917         } else {
3918                 /*
3919                  * Clear the access flag on executable mappings, this will be
3920                  * set later when the page is accessed. The fault handler is
3921                  * required to invalidate the I-cache.
3922                  *
3923                  * TODO: Switch to the valid flag to allow hardware management
3924                  * of the access flag. Much of the pmap code assumes the
3925                  * valid flag is set and fails to destroy the old page tables
3926                  * correctly if it is clear.
3927                  */
3928                 if (prot & VM_PROT_EXECUTE)
3929                         new_l3 &= ~ATTR_AF;
3930         }
3931         if ((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0) {
3932                 new_l3 |= ATTR_SW_MANAGED;
3933                 if ((prot & VM_PROT_WRITE) != 0) {
3934                         new_l3 |= ATTR_SW_DBM;
3935                         if ((flags & VM_PROT_WRITE) == 0) {
3936                                 if (pmap->pm_stage == PM_STAGE1)
3937                                         new_l3 |= ATTR_S1_AP(ATTR_S1_AP_RO);
3938                                 else
3939                                         new_l3 &=
3940                                             ~ATTR_S2_S2AP(ATTR_S2_S2AP_WRITE);
3941                         }
3942                 }
3943         }
3944
3945         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_enter: %.16lx -> %.16lx", va, pa);
3946
3947         lock = NULL;
3948         PMAP_LOCK(pmap);
3949         if ((flags & PMAP_ENTER_LARGEPAGE) != 0) {
3950                 KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) != 0,
3951                     ("managed largepage va %#lx flags %#x", va, flags));
3952                 new_l3 &= ~L3_PAGE;
3953                 if (psind == 2)
3954                         new_l3 |= L1_BLOCK;
3955                 else /* (psind == 1) */
3956                         new_l3 |= L2_BLOCK;
3957                 rv = pmap_enter_largepage(pmap, va, new_l3, flags, psind);
3958                 goto out;
3959         }
3960         if (psind == 1) {
3961                 /* Assert the required virtual and physical alignment. */
3962                 KASSERT((va & L2_OFFSET) == 0, ("pmap_enter: va unaligned"));
3963                 KASSERT(m->psind > 0, ("pmap_enter: m->psind < psind"));
3964                 rv = pmap_enter_l2(pmap, va, (new_l3 & ~L3_PAGE) | L2_BLOCK,
3965                     flags, m, &lock);
3966                 goto out;
3967         }
3968         mpte = NULL;
3969
3970         /*
3971          * In the case that a page table page is not
3972          * resident, we are creating it here.
3973          */
3974 retry:
3975         pde = pmap_pde(pmap, va, &lvl);
3976         if (pde != NULL && lvl == 2) {
3977                 l3 = pmap_l2_to_l3(pde, va);
3978                 if (!ADDR_IS_KERNEL(va) && mpte == NULL) {
3979                         mpte = PHYS_TO_VM_PAGE(pmap_load(pde) & ~ATTR_MASK);
3980                         mpte->ref_count++;
3981                 }
3982                 goto havel3;
3983         } else if (pde != NULL && lvl == 1) {
3984                 l2 = pmap_l1_to_l2(pde, va);
3985                 if ((pmap_load(l2) & ATTR_DESCR_MASK) == L2_BLOCK &&
3986                     (l3 = pmap_demote_l2_locked(pmap, l2, va, &lock)) != NULL) {
3987                         l3 = &l3[pmap_l3_index(va)];
3988                         if (!ADDR_IS_KERNEL(va)) {
3989                                 mpte = PHYS_TO_VM_PAGE(
3990                                     pmap_load(l2) & ~ATTR_MASK);
3991                                 mpte->ref_count++;
3992                         }
3993                         goto havel3;
3994                 }
3995                 /* We need to allocate an L3 table. */
3996         }
3997         if (!ADDR_IS_KERNEL(va)) {
3998                 nosleep = (flags & PMAP_ENTER_NOSLEEP) != 0;
3999
4000                 /*
4001                  * We use _pmap_alloc_l3() instead of pmap_alloc_l3() in order
4002                  * to handle the possibility that a superpage mapping for "va"
4003                  * was created while we slept.
4004                  */
4005                 mpte = _pmap_alloc_l3(pmap, pmap_l2_pindex(va),
4006                     nosleep ? NULL : &lock);
4007                 if (mpte == NULL && nosleep) {
4008                         CTR0(KTR_PMAP, "pmap_enter: mpte == NULL");
4009                         rv = KERN_RESOURCE_SHORTAGE;
4010                         goto out;
4011                 }
4012                 goto retry;
4013         } else
4014                 panic("pmap_enter: missing L3 table for kernel va %#lx", va);
4015
4016 havel3:
4017         orig_l3 = pmap_load(l3);
4018         opa = orig_l3 & ~ATTR_MASK;
4019         pv = NULL;
4020
4021         /*
4022          * Is the specified virtual address already mapped?
4023          */
4024         if (pmap_l3_valid(orig_l3)) {
4025                 /*
4026                  * Only allow adding new entries on stage 2 tables for now.
4027                  * This simplifies cache invalidation as we may need to call
4028                  * into EL2 to perform such actions.
4029                  */
4030                 PMAP_ASSERT_STAGE1(pmap);
4031                 /*
4032                  * Wiring change, just update stats. We don't worry about
4033                  * wiring PT pages as they remain resident as long as there
4034                  * are valid mappings in them. Hence, if a user page is wired,
4035                  * the PT page will be also.
4036                  */
4037                 if ((flags & PMAP_ENTER_WIRED) != 0 &&
4038                     (orig_l3 & ATTR_SW_WIRED) == 0)
4039                         pmap->pm_stats.wired_count++;
4040                 else if ((flags & PMAP_ENTER_WIRED) == 0 &&
4041                     (orig_l3 & ATTR_SW_WIRED) != 0)
4042                         pmap->pm_stats.wired_count--;
4043
4044                 /*
4045                  * Remove the extra PT page reference.
4046                  */
4047                 if (mpte != NULL) {
4048                         mpte->ref_count--;
4049                         KASSERT(mpte->ref_count > 0,
4050                             ("pmap_enter: missing reference to page table page,"
4051                              " va: 0x%lx", va));
4052                 }
4053
4054                 /*
4055                  * Has the physical page changed?
4056                  */
4057                 if (opa == pa) {
4058                         /*
4059                          * No, might be a protection or wiring change.
4060                          */
4061                         if ((orig_l3 & ATTR_SW_MANAGED) != 0 &&
4062                             (new_l3 & ATTR_SW_DBM) != 0)
4063                                 vm_page_aflag_set(m, PGA_WRITEABLE);
4064                         goto validate;
4065                 }
4066
4067                 /*
4068                  * The physical page has changed.  Temporarily invalidate
4069                  * the mapping.
4070                  */
4071                 orig_l3 = pmap_load_clear(l3);
4072                 KASSERT((orig_l3 & ~ATTR_MASK) == opa,
4073                     ("pmap_enter: unexpected pa update for %#lx", va));
4074                 if ((orig_l3 & ATTR_SW_MANAGED) != 0) {
4075                         om = PHYS_TO_VM_PAGE(opa);
4076
4077                         /*
4078                          * The pmap lock is sufficient to synchronize with
4079                          * concurrent calls to pmap_page_test_mappings() and
4080                          * pmap_ts_referenced().
4081                          */
4082                         if (pmap_pte_dirty(pmap, orig_l3))
4083                                 vm_page_dirty(om);
4084                         if ((orig_l3 & ATTR_AF) != 0) {
4085                                 pmap_invalidate_page(pmap, va);
4086                                 vm_page_aflag_set(om, PGA_REFERENCED);
4087                         }
4088                         CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_PHYS(&lock, opa);
4089                         pv = pmap_pvh_remove(&om->md, pmap, va);
4090                         if ((m->oflags & VPO_UNMANAGED) != 0)
4091                                 free_pv_entry(pmap, pv);
4092                         if ((om->a.flags & PGA_WRITEABLE) != 0 &&
4093                             TAILQ_EMPTY(&om->md.pv_list) &&
4094                             ((om->flags & PG_FICTITIOUS) != 0 ||
4095                             TAILQ_EMPTY(&page_to_pvh(om)->pv_list)))
4096                                 vm_page_aflag_clear(om, PGA_WRITEABLE);
4097                 } else {
4098                         KASSERT((orig_l3 & ATTR_AF) != 0,
4099                             ("pmap_enter: unmanaged mapping lacks ATTR_AF"));
4100                         pmap_invalidate_page(pmap, va);
4101                 }
4102                 orig_l3 = 0;
4103         } else {
4104                 /*
4105                  * Increment the counters.
4106                  */
4107                 if ((new_l3 & ATTR_SW_WIRED) != 0)
4108                         pmap->pm_stats.wired_count++;
4109                 pmap_resident_count_inc(pmap, 1);
4110         }
4111         /*
4112          * Enter on the PV list if part of our managed memory.
4113          */
4114         if ((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0) {
4115                 if (pv == NULL) {
4116                         pv = get_pv_entry(pmap, &lock);
4117                         pv->pv_va = va;
4118                 }
4119                 CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_PHYS(&lock, pa);
4120                 TAILQ_INSERT_TAIL(&m->md.pv_list, pv, pv_next);
4121                 m->md.pv_gen++;
4122                 if ((new_l3 & ATTR_SW_DBM) != 0)
4123                         vm_page_aflag_set(m, PGA_WRITEABLE);
4124         }
4125
4126 validate:
4127         if (pmap->pm_stage == PM_STAGE1) {
4128                 /*
4129                  * Sync icache if exec permission and attribute
4130                  * VM_MEMATTR_WRITE_BACK is set. Do it now, before the mapping
4131                  * is stored and made valid for hardware table walk. If done
4132                  * later, then other can access this page before caches are
4133                  * properly synced. Don't do it for kernel memory which is
4134                  * mapped with exec permission even if the memory isn't going
4135                  * to hold executable code. The only time when icache sync is
4136                  * needed is after kernel module is loaded and the relocation
4137                  * info is processed. And it's done in elf_cpu_load_file().
4138                 */
4139                 if ((prot & VM_PROT_EXECUTE) &&  pmap != kernel_pmap &&
4140                     m->md.pv_memattr == VM_MEMATTR_WRITE_BACK &&
4141                     (opa != pa || (orig_l3 & ATTR_S1_XN))) {
4142                         PMAP_ASSERT_STAGE1(pmap);
4143                         cpu_icache_sync_range(PHYS_TO_DMAP(pa), PAGE_SIZE);
4144                 }
4145         } else {
4146                 cpu_dcache_wb_range(PHYS_TO_DMAP(pa), PAGE_SIZE);
4147         }
4148
4149         /*
4150          * Update the L3 entry
4151          */
4152         if (pmap_l3_valid(orig_l3)) {
4153                 PMAP_ASSERT_STAGE1(pmap);
4154                 KASSERT(opa == pa, ("pmap_enter: invalid update"));
4155                 if ((orig_l3 & ~ATTR_AF) != (new_l3 & ~ATTR_AF)) {
4156                         /* same PA, different attributes */
4157                         orig_l3 = pmap_load_store(l3, new_l3);
4158                         pmap_invalidate_page(pmap, va);
4159                         if ((orig_l3 & ATTR_SW_MANAGED) != 0 &&
4160                             pmap_pte_dirty(pmap, orig_l3))
4161                                 vm_page_dirty(m);
4162                 } else {
4163                         /*
4164                          * orig_l3 == new_l3
4165                          * This can happens if multiple threads simultaneously
4166                          * access not yet mapped page. This bad for performance
4167                          * since this can cause full demotion-NOP-promotion
4168                          * cycle.
4169                          * Another possible reasons are:
4170                          * - VM and pmap memory layout are diverged
4171                          * - tlb flush is missing somewhere and CPU doesn't see
4172                          *   actual mapping.
4173                          */
4174                         CTR4(KTR_PMAP, "%s: already mapped page - "
4175                             "pmap %p va 0x%#lx pte 0x%lx",
4176                             __func__, pmap, va, new_l3);
4177                 }
4178         } else {
4179                 /* New mapping */
4180                 pmap_store(l3, new_l3);
4181                 dsb(ishst);
4182         }
4183
4184 #if VM_NRESERVLEVEL > 0
4185         /*
4186          * Try to promote from level 3 pages to a level 2 superpage. This
4187          * currently only works on stage 1 pmaps as pmap_promote_l2 looks at
4188          * stage 1 specific fields and performs a break-before-make sequence
4189          * that is incorrect a stage 2 pmap.
4190          */
4191         if ((mpte == NULL || mpte->ref_count == NL3PG) &&
4192             pmap_ps_enabled(pmap) && pmap->pm_stage == PM_STAGE1 &&
4193             (m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0 &&
4194             vm_reserv_level_iffullpop(m) == 0) {
4195                 pmap_promote_l2(pmap, pde, va, &lock);
4196         }
4197 #endif
4198
4199         rv = KERN_SUCCESS;
4200 out:
4201         if (lock != NULL)
4202                 rw_wunlock(lock);
4203         PMAP_UNLOCK(pmap);
4204         return (rv);
4205 }
4206
4207 /*
4208  * Tries to create a read- and/or execute-only 2MB page mapping.  Returns true
4209  * if successful.  Returns false if (1) a page table page cannot be allocated
4210  * without sleeping, (2) a mapping already exists at the specified virtual
4211  * address, or (3) a PV entry cannot be allocated without reclaiming another
4212  * PV entry.
4213  */
4214 static bool
4215 pmap_enter_2mpage(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m, vm_prot_t prot,
4216     struct rwlock **lockp)
4217 {
4218         pd_entry_t new_l2;
4219
4220         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
4221         PMAP_ASSERT_STAGE1(pmap);
4222         KASSERT(ADDR_IS_CANONICAL(va),
4223             ("%s: Address not in canonical form: %lx", __func__, va));
4224
4225         new_l2 = (pd_entry_t)(VM_PAGE_TO_PHYS(m) | ATTR_DEFAULT |
4226             ATTR_S1_IDX(m->md.pv_memattr) | ATTR_S1_AP(ATTR_S1_AP_RO) |
4227             L2_BLOCK);
4228         if ((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0) {
4229                 new_l2 |= ATTR_SW_MANAGED;
4230                 new_l2 &= ~ATTR_AF;
4231         }
4232         if ((prot & VM_PROT_EXECUTE) == 0 ||
4233             m->md.pv_memattr == VM_MEMATTR_DEVICE)
4234                 new_l2 |= ATTR_S1_XN;
4235         if (!ADDR_IS_KERNEL(va))
4236                 new_l2 |= ATTR_S1_AP(ATTR_S1_AP_USER) | ATTR_S1_PXN;
4237         else
4238                 new_l2 |= ATTR_S1_UXN;
4239         if (pmap != kernel_pmap)
4240                 new_l2 |= ATTR_S1_nG;
4241         return (pmap_enter_l2(pmap, va, new_l2, PMAP_ENTER_NOSLEEP |
4242             PMAP_ENTER_NOREPLACE | PMAP_ENTER_NORECLAIM, m, lockp) ==
4243             KERN_SUCCESS);
4244 }
4245
4246 /*
4247  * Returns true if every page table entry in the specified page table is
4248  * zero.
4249  */
4250 static bool
4251 pmap_every_pte_zero(vm_paddr_t pa)
4252 {
4253         pt_entry_t *pt_end, *pte;
4254
4255         KASSERT((pa & PAGE_MASK) == 0, ("pa is misaligned"));
4256         pte = (pt_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(pa);
4257         for (pt_end = pte + Ln_ENTRIES; pte < pt_end; pte++) {
4258                 if (*pte != 0)
4259                         return (false);
4260         }
4261         return (true);
4262 }
4263
4264 /*
4265  * Tries to create the specified 2MB page mapping.  Returns KERN_SUCCESS if
4266  * the mapping was created, and either KERN_FAILURE or KERN_RESOURCE_SHORTAGE
4267  * otherwise.  Returns KERN_FAILURE if PMAP_ENTER_NOREPLACE was specified and
4268  * a mapping already exists at the specified virtual address.  Returns
4269  * KERN_RESOURCE_SHORTAGE if PMAP_ENTER_NOSLEEP was specified and a page table
4270  * page allocation failed.  Returns KERN_RESOURCE_SHORTAGE if
4271  * PMAP_ENTER_NORECLAIM was specified and a PV entry allocation failed.
4272  */
4273 static int
4274 pmap_enter_l2(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t new_l2, u_int flags,
4275     vm_page_t m, struct rwlock **lockp)
4276 {
4277         struct spglist free;
4278         pd_entry_t *l2, old_l2;
4279         vm_page_t l2pg, mt;
4280
4281         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
4282         KASSERT(ADDR_IS_CANONICAL(va),
4283             ("%s: Address not in canonical form: %lx", __func__, va));
4284
4285         if ((l2 = pmap_alloc_l2(pmap, va, &l2pg, (flags &
4286             PMAP_ENTER_NOSLEEP) != 0 ? NULL : lockp)) == NULL) {
4287                 CTR2(KTR_PMAP, "pmap_enter_l2: failure for va %#lx in pmap %p",
4288                     va, pmap);
4289                 return (KERN_RESOURCE_SHORTAGE);
4290         }
4291
4292         /*
4293          * If there are existing mappings, either abort or remove them.
4294          */
4295         if ((old_l2 = pmap_load(l2)) != 0) {
4296                 KASSERT(l2pg == NULL || l2pg->ref_count > 1,
4297                     ("pmap_enter_l2: l2pg's ref count is too low"));
4298                 if ((flags & PMAP_ENTER_NOREPLACE) != 0 &&
4299                     (!ADDR_IS_KERNEL(va) ||
4300                     (old_l2 & ATTR_DESCR_MASK) == L2_BLOCK ||
4301                     !pmap_every_pte_zero(old_l2 & ~ATTR_MASK))) {
4302                         if (l2pg != NULL)
4303                                 l2pg->ref_count--;
4304                         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_enter_l2: failure for va %#lx"
4305                             " in pmap %p", va, pmap);
4306                         return (KERN_FAILURE);
4307                 }
4308                 SLIST_INIT(&free);
4309                 if ((old_l2 & ATTR_DESCR_MASK) == L2_BLOCK)
4310                         (void)pmap_remove_l2(pmap, l2, va,
4311                             pmap_load(pmap_l1(pmap, va)), &free, lockp);
4312                 else
4313                         pmap_remove_l3_range(pmap, old_l2, va, va + L2_SIZE,
4314                             &free, lockp);
4315                 if (!ADDR_IS_KERNEL(va)) {
4316                         vm_page_free_pages_toq(&free, true);
4317                         KASSERT(pmap_load(l2) == 0,
4318                             ("pmap_enter_l2: non-zero L2 entry %p", l2));
4319                 } else {
4320                         KASSERT(SLIST_EMPTY(&free),
4321                             ("pmap_enter_l2: freed kernel page table page"));
4322
4323                         /*
4324                          * Both pmap_remove_l2() and pmap_remove_l3_range()
4325                          * will leave the kernel page table page zero filled.
4326                          * Nonetheless, the TLB could have an intermediate
4327                          * entry for the kernel page table page.
4328                          */
4329                         mt = PHYS_TO_VM_PAGE(pmap_load(l2) & ~ATTR_MASK);
4330                         if (pmap_insert_pt_page(pmap, mt, false))
4331                                 panic("pmap_enter_l2: trie insert failed");
4332                         pmap_clear(l2);
4333                         pmap_invalidate_page(pmap, va);
4334                 }
4335         }
4336
4337         if ((new_l2 & ATTR_SW_MANAGED) != 0) {
4338                 /*
4339                  * Abort this mapping if its PV entry could not be created.
4340                  */
4341                 if (!pmap_pv_insert_l2(pmap, va, new_l2, flags, lockp)) {
4342                         if (l2pg != NULL)
4343                                 pmap_abort_ptp(pmap, va, l2pg);
4344                         CTR2(KTR_PMAP,
4345                             "pmap_enter_l2: failure for va %#lx in pmap %p",
4346                             va, pmap);
4347                         return (KERN_RESOURCE_SHORTAGE);
4348                 }
4349                 if ((new_l2 & ATTR_SW_DBM) != 0)
4350                         for (mt = m; mt < &m[L2_SIZE / PAGE_SIZE]; mt++)
4351                                 vm_page_aflag_set(mt, PGA_WRITEABLE);
4352         }
4353
4354         /*
4355          * Increment counters.
4356          */
4357         if ((new_l2 & ATTR_SW_WIRED) != 0)
4358                 pmap->pm_stats.wired_count += L2_SIZE / PAGE_SIZE;
4359         pmap->pm_stats.resident_count += L2_SIZE / PAGE_SIZE;
4360
4361         /*
4362          * Conditionally sync the icache.  See pmap_enter() for details.
4363          */
4364         if ((new_l2 & ATTR_S1_XN) == 0 && ((new_l2 & ~ATTR_MASK) !=
4365             (old_l2 & ~ATTR_MASK) || (old_l2 & ATTR_S1_XN) != 0) &&
4366             pmap != kernel_pmap && m->md.pv_memattr == VM_MEMATTR_WRITE_BACK) {
4367                 cpu_icache_sync_range(PHYS_TO_DMAP(new_l2 & ~ATTR_MASK),
4368                     L2_SIZE);
4369         }
4370
4371         /*
4372          * Map the superpage.
4373          */
4374         pmap_store(l2, new_l2);
4375         dsb(ishst);
4376
4377         atomic_add_long(&pmap_l2_mappings, 1);
4378         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_enter_l2: success for va %#lx in pmap %p",
4379             va, pmap);
4380
4381         return (KERN_SUCCESS);
4382 }
4383
4384 /*
4385  * Maps a sequence of resident pages belonging to the same object.
4386  * The sequence begins with the given page m_start.  This page is
4387  * mapped at the given virtual address start.  Each subsequent page is
4388  * mapped at a virtual address that is offset from start by the same
4389  * amount as the page is offset from m_start within the object.  The
4390  * last page in the sequence is the page with the largest offset from
4391  * m_start that can be mapped at a virtual address less than the given
4392  * virtual address end.  Not every virtual page between start and end
4393  * is mapped; only those for which a resident page exists with the
4394  * corresponding offset from m_start are mapped.
4395  */
4396 void
4397 pmap_enter_object(pmap_t pmap, vm_offset_t start, vm_offset_t end,
4398     vm_page_t m_start, vm_prot_t prot)
4399 {
4400         struct rwlock *lock;
4401         vm_offset_t va;
4402         vm_page_t m, mpte;
4403         vm_pindex_t diff, psize;
4404
4405         VM_OBJECT_ASSERT_LOCKED(m_start->object);
4406
4407         psize = atop(end - start);
4408         mpte = NULL;
4409         m = m_start;
4410         lock = NULL;
4411         PMAP_LOCK(pmap);
4412         while (m != NULL && (diff = m->pindex - m_start->pindex) < psize) {
4413                 va = start + ptoa(diff);
4414                 if ((va & L2_OFFSET) == 0 && va + L2_SIZE <= end &&
4415                     m->psind == 1 && pmap_ps_enabled(pmap) &&
4416                     pmap_enter_2mpage(pmap, va, m, prot, &lock))
4417                         m = &m[L2_SIZE / PAGE_SIZE - 1];
4418                 else
4419                         mpte = pmap_enter_quick_locked(pmap, va, m, prot, mpte,
4420                             &lock);
4421                 m = TAILQ_NEXT(m, listq);
4422         }
4423         if (lock != NULL)
4424                 rw_wunlock(lock);
4425         PMAP_UNLOCK(pmap);
4426 }
4427
4428 /*
4429  * this code makes some *MAJOR* assumptions:
4430  * 1. Current pmap & pmap exists.
4431  * 2. Not wired.
4432  * 3. Read access.
4433  * 4. No page table pages.
4434  * but is *MUCH* faster than pmap_enter...
4435  */
4436
4437 void
4438 pmap_enter_quick(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m, vm_prot_t prot)
4439 {
4440         struct rwlock *lock;
4441
4442         lock = NULL;
4443         PMAP_LOCK(pmap);
4444         (void)pmap_enter_quick_locked(pmap, va, m, prot, NULL, &lock);
4445         if (lock != NULL)
4446                 rw_wunlock(lock);
4447         PMAP_UNLOCK(pmap);
4448 }
4449
4450 static vm_page_t
4451 pmap_enter_quick_locked(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m,
4452     vm_prot_t prot, vm_page_t mpte, struct rwlock **lockp)
4453 {
4454         pd_entry_t *pde;
4455         pt_entry_t *l2, *l3, l3_val;
4456         vm_paddr_t pa;
4457         int lvl;
4458
4459         KASSERT(va < kmi.clean_sva || va >= kmi.clean_eva ||
4460             (m->oflags & VPO_UNMANAGED) != 0,
4461             ("pmap_enter_quick_locked: managed mapping within the clean submap"));
4462         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
4463         PMAP_ASSERT_STAGE1(pmap);
4464         KASSERT(ADDR_IS_CANONICAL(va),
4465             ("%s: Address not in canonical form: %lx", __func__, va));
4466
4467         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_enter_quick_locked: %p %lx", pmap, va);
4468         /*
4469          * In the case that a page table page is not
4470          * resident, we are creating it here.
4471          */
4472         if (!ADDR_IS_KERNEL(va)) {
4473                 vm_pindex_t l2pindex;
4474
4475                 /*
4476                  * Calculate pagetable page index
4477                  */
4478                 l2pindex = pmap_l2_pindex(va);
4479                 if (mpte && (mpte->pindex == l2pindex)) {
4480                         mpte->ref_count++;
4481                 } else {
4482                         /*
4483                          * Get the l2 entry
4484                          */
4485                         pde = pmap_pde(pmap, va, &lvl);
4486
4487                         /*
4488                          * If the page table page is mapped, we just increment
4489                          * the hold count, and activate it.  Otherwise, we
4490                          * attempt to allocate a page table page.  If this
4491                          * attempt fails, we don't retry.  Instead, we give up.
4492                          */
4493                         if (lvl == 1) {
4494                                 l2 = pmap_l1_to_l2(pde, va);
4495                                 if ((pmap_load(l2) & ATTR_DESCR_MASK) ==
4496                                     L2_BLOCK)
4497                                         return (NULL);
4498                         }
4499                         if (lvl == 2 && pmap_load(pde) != 0) {
4500                                 mpte =
4501                                     PHYS_TO_VM_PAGE(pmap_load(pde) & ~ATTR_MASK);
4502                                 mpte->ref_count++;
4503                         } else {
4504                                 /*
4505                                  * Pass NULL instead of the PV list lock
4506                                  * pointer, because we don't intend to sleep.
4507                                  */
4508                                 mpte = _pmap_alloc_l3(pmap, l2pindex, NULL);
4509                                 if (mpte == NULL)
4510                                         return (mpte);
4511                         }
4512                 }
4513                 l3 = (pt_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(mpte));
4514                 l3 = &l3[pmap_l3_index(va)];
4515         } else {
4516                 mpte = NULL;
4517                 pde = pmap_pde(kernel_pmap, va, &lvl);
4518                 KASSERT(pde != NULL,
4519                     ("pmap_enter_quick_locked: Invalid page entry, va: 0x%lx",
4520                      va));
4521                 KASSERT(lvl == 2,
4522                     ("pmap_enter_quick_locked: Invalid level %d", lvl));
4523                 l3 = pmap_l2_to_l3(pde, va);
4524         }
4525
4526         /*
4527          * Abort if a mapping already exists.
4528          */
4529         if (pmap_load(l3) != 0) {
4530                 if (mpte != NULL)
4531                         mpte->ref_count--;
4532                 return (NULL);
4533         }
4534
4535         /*
4536          * Enter on the PV list if part of our managed memory.
4537          */
4538         if ((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0 &&
4539             !pmap_try_insert_pv_entry(pmap, va, m, lockp)) {
4540                 if (mpte != NULL)
4541                         pmap_abort_ptp(pmap, va, mpte);
4542                 return (NULL);
4543         }
4544
4545         /*
4546          * Increment counters
4547          */
4548         pmap_resident_count_inc(pmap, 1);
4549
4550         pa = VM_PAGE_TO_PHYS(m);
4551         l3_val = pa | ATTR_DEFAULT | ATTR_S1_IDX(m->md.pv_memattr) |
4552             ATTR_S1_AP(ATTR_S1_AP_RO) | L3_PAGE;
4553         if ((prot & VM_PROT_EXECUTE) == 0 ||
4554             m->md.pv_memattr == VM_MEMATTR_DEVICE)
4555                 l3_val |= ATTR_S1_XN;
4556         if (!ADDR_IS_KERNEL(va))
4557                 l3_val |= ATTR_S1_AP(ATTR_S1_AP_USER) | ATTR_S1_PXN;
4558         else
4559                 l3_val |= ATTR_S1_UXN;
4560         if (pmap != kernel_pmap)
4561                 l3_val |= ATTR_S1_nG;
4562
4563         /*
4564          * Now validate mapping with RO protection
4565          */
4566         if ((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0) {
4567                 l3_val |= ATTR_SW_MANAGED;
4568                 l3_val &= ~ATTR_AF;
4569         }
4570
4571         /* Sync icache before the mapping is stored to PTE */
4572         if ((prot & VM_PROT_EXECUTE) && pmap != kernel_pmap &&
4573             m->md.pv_memattr == VM_MEMATTR_WRITE_BACK)
4574                 cpu_icache_sync_range(PHYS_TO_DMAP(pa), PAGE_SIZE);
4575
4576         pmap_store(l3, l3_val);
4577         dsb(ishst);
4578
4579         return (mpte);
4580 }
4581
4582 /*
4583  * This code maps large physical mmap regions into the
4584  * processor address space.  Note that some shortcuts
4585  * are taken, but the code works.
4586  */
4587 void
4588 pmap_object_init_pt(pmap_t pmap, vm_offset_t addr, vm_object_t object,
4589     vm_pindex_t pindex, vm_size_t size)
4590 {
4591
4592         VM_OBJECT_ASSERT_WLOCKED(object);
4593         KASSERT(object->type == OBJT_DEVICE || object->type == OBJT_SG,
4594             ("pmap_object_init_pt: non-device object"));
4595 }
4596
4597 /*
4598  *      Clear the wired attribute from the mappings for the specified range of
4599  *      addresses in the given pmap.  Every valid mapping within that range
4600  *      must have the wired attribute set.  In contrast, invalid mappings
4601  *      cannot have the wired attribute set, so they are ignored.
4602  *
4603  *      The wired attribute of the page table entry is not a hardware feature,
4604  *      so there is no need to invalidate any TLB entries.
4605  */
4606 void
4607 pmap_unwire(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
4608 {
4609         vm_offset_t va_next;
4610         pd_entry_t *l0, *l1, *l2;
4611         pt_entry_t *l3;
4612
4613         PMAP_LOCK(pmap);
4614         for (; sva < eva; sva = va_next) {
4615                 l0 = pmap_l0(pmap, sva);
4616                 if (pmap_load(l0) == 0) {
4617                         va_next = (sva + L0_SIZE) & ~L0_OFFSET;
4618                         if (va_next < sva)
4619                                 va_next = eva;
4620                         continue;
4621                 }
4622
4623                 l1 = pmap_l0_to_l1(l0, sva);
4624                 va_next = (sva + L1_SIZE) & ~L1_OFFSET;
4625                 if (va_next < sva)
4626                         va_next = eva;
4627                 if (pmap_load(l1) == 0)
4628                         continue;
4629
4630                 if ((pmap_load(l1) & ATTR_DESCR_MASK) == L1_BLOCK) {
4631                         KASSERT(va_next <= eva,
4632                             ("partial update of non-transparent 1G page "
4633                             "l1 %#lx sva %#lx eva %#lx va_next %#lx",
4634                             pmap_load(l1), sva, eva, va_next));
4635                         MPASS(pmap != kernel_pmap);
4636                         MPASS((pmap_load(l1) & (ATTR_SW_MANAGED |
4637                             ATTR_SW_WIRED)) == ATTR_SW_WIRED);
4638                         pmap_clear_bits(l1, ATTR_SW_WIRED);
4639                         pmap->pm_stats.wired_count -= L1_SIZE / PAGE_SIZE;
4640                         continue;
4641                 }
4642
4643                 va_next = (sva + L2_SIZE) & ~L2_OFFSET;
4644                 if (va_next < sva)
4645                         va_next = eva;
4646
4647                 l2 = pmap_l1_to_l2(l1, sva);
4648                 if (pmap_load(l2) == 0)
4649                         continue;
4650
4651                 if ((pmap_load(l2) & ATTR_DESCR_MASK) == L2_BLOCK) {
4652                         if ((pmap_load(l2) & ATTR_SW_WIRED) == 0)
4653                                 panic("pmap_unwire: l2 %#jx is missing "
4654                                     "ATTR_SW_WIRED", (uintmax_t)pmap_load(l2));
4655
4656                         /*
4657                          * Are we unwiring the entire large page?  If not,
4658                          * demote the mapping and fall through.
4659                          */
4660                         if (sva + L2_SIZE == va_next && eva >= va_next) {
4661                                 pmap_clear_bits(l2, ATTR_SW_WIRED);
4662                                 pmap->pm_stats.wired_count -= L2_SIZE /
4663                                     PAGE_SIZE;
4664                                 continue;
4665                         } else if (pmap_demote_l2(pmap, l2, sva) == NULL)
4666                                 panic("pmap_unwire: demotion failed");
4667                 }
4668                 KASSERT((pmap_load(l2) & ATTR_DESCR_MASK) == L2_TABLE,
4669                     ("pmap_unwire: Invalid l2 entry after demotion"));
4670
4671                 if (va_next > eva)
4672                         va_next = eva;
4673                 for (l3 = pmap_l2_to_l3(l2, sva); sva != va_next; l3++,
4674                     sva += L3_SIZE) {
4675                         if (pmap_load(l3) == 0)
4676                                 continue;
4677                         if ((pmap_load(l3) & ATTR_SW_WIRED) == 0)
4678                                 panic("pmap_unwire: l3 %#jx is missing "
4679                                     "ATTR_SW_WIRED", (uintmax_t)pmap_load(l3));
4680
4681                         /*
4682                          * ATTR_SW_WIRED must be cleared atomically.  Although
4683                          * the pmap lock synchronizes access to ATTR_SW_WIRED,
4684                          * the System MMU may write to the entry concurrently.
4685                          */
4686                         pmap_clear_bits(l3, ATTR_SW_WIRED);
4687                         pmap->pm_stats.wired_count--;
4688                 }
4689         }
4690         PMAP_UNLOCK(pmap);
4691 }
4692
4693 /*
4694  *      Copy the range specified by src_addr/len
4695  *      from the source map to the range dst_addr/len
4696  *      in the destination map.
4697  *
4698  *      This routine is only advisory and need not do anything.
4699  *
4700  *      Because the executable mappings created by this routine are copied,
4701  *      it should not have to flush the instruction cache.
4702  */
4703 void
4704 pmap_copy(pmap_t dst_pmap, pmap_t src_pmap, vm_offset_t dst_addr, vm_size_t len,
4705     vm_offset_t src_addr)
4706 {
4707         struct rwlock *lock;
4708         pd_entry_t *l0, *l1, *l2, srcptepaddr;
4709         pt_entry_t *dst_pte, mask, nbits, ptetemp, *src_pte;
4710         vm_offset_t addr, end_addr, va_next;
4711         vm_page_t dst_m, dstmpte, srcmpte;
4712
4713         PMAP_ASSERT_STAGE1(dst_pmap);
4714         PMAP_ASSERT_STAGE1(src_pmap);
4715
4716         if (dst_addr != src_addr)
4717                 return;
4718         end_addr = src_addr + len;
4719         lock = NULL;
4720         if (dst_pmap < src_pmap) {
4721                 PMAP_LOCK(dst_pmap);
4722                 PMAP_LOCK(src_pmap);
4723         } else {
4724                 PMAP_LOCK(src_pmap);
4725                 PMAP_LOCK(dst_pmap);
4726         }
4727         for (addr = src_addr; addr < end_addr; addr = va_next) {
4728                 l0 = pmap_l0(src_pmap, addr);
4729                 if (pmap_load(l0) == 0) {
4730                         va_next = (addr + L0_SIZE) & ~L0_OFFSET;
4731                         if (va_next < addr)
4732                                 va_next = end_addr;
4733                         continue;
4734                 }
4735
4736                 va_next = (addr + L1_SIZE) & ~L1_OFFSET;
4737                 if (va_next < addr)
4738                         va_next = end_addr;
4739                 l1 = pmap_l0_to_l1(l0, addr);
4740                 if (pmap_load(l1) == 0)
4741                         continue;
4742                 if ((pmap_load(l1) & ATTR_DESCR_MASK) == L1_BLOCK) {
4743                         KASSERT(va_next <= end_addr,
4744                             ("partial update of non-transparent 1G page "
4745                             "l1 %#lx addr %#lx end_addr %#lx va_next %#lx",
4746                             pmap_load(l1), addr, end_addr, va_next));
4747                         srcptepaddr = pmap_load(l1);
4748                         l1 = pmap_l1(dst_pmap, addr);
4749                         if (l1 == NULL) {
4750                                 if (_pmap_alloc_l3(dst_pmap,
4751                                     pmap_l0_pindex(addr), NULL) == NULL)
4752                                         break;
4753                                 l1 = pmap_l1(dst_pmap, addr);
4754                         } else {
4755                                 l0 = pmap_l0(dst_pmap, addr);
4756                                 dst_m = PHYS_TO_VM_PAGE(pmap_load(l0) &
4757                                     ~ATTR_MASK);
4758                                 dst_m->ref_count++;
4759                         }
4760                         KASSERT(pmap_load(l1) == 0,
4761                             ("1G mapping present in dst pmap "
4762                             "l1 %#lx addr %#lx end_addr %#lx va_next %#lx",
4763                             pmap_load(l1), addr, end_addr, va_next));
4764                         pmap_store(l1, srcptepaddr & ~ATTR_SW_WIRED);
4765                         pmap_resident_count_inc(dst_pmap, L1_SIZE / PAGE_SIZE);
4766                         continue;
4767                 }
4768
4769                 va_next = (addr + L2_SIZE) & ~L2_OFFSET;
4770                 if (va_next < addr)
4771                         va_next = end_addr;
4772                 l2 = pmap_l1_to_l2(l1, addr);
4773                 srcptepaddr = pmap_load(l2);
4774                 if (srcptepaddr == 0)
4775                         continue;
4776                 if ((srcptepaddr & ATTR_DESCR_MASK) == L2_BLOCK) {
4777                         /*
4778                          * We can only virtual copy whole superpages.
4779                          */
4780                         if ((addr & L2_OFFSET) != 0 ||
4781                             addr + L2_SIZE > end_addr)
4782                                 continue;
4783                         l2 = pmap_alloc_l2(dst_pmap, addr, &dst_m, NULL);
4784                         if (l2 == NULL)
4785                                 break;
4786                         if (pmap_load(l2) == 0 &&
4787                             ((srcptepaddr & ATTR_SW_MANAGED) == 0 ||
4788                             pmap_pv_insert_l2(dst_pmap, addr, srcptepaddr,
4789                             PMAP_ENTER_NORECLAIM, &lock))) {
4790                                 /*
4791                                  * We leave the dirty bit unchanged because
4792                                  * managed read/write superpage mappings are
4793                                  * required to be dirty.  However, managed
4794                                  * superpage mappings are not required to
4795                                  * have their accessed bit set, so we clear
4796                                  * it because we don't know if this mapping
4797                                  * will be used.
4798                                  */
4799                                 srcptepaddr &= ~ATTR_SW_WIRED;
4800                                 if ((srcptepaddr & ATTR_SW_MANAGED) != 0)
4801                                         srcptepaddr &= ~ATTR_AF;
4802                                 pmap_store(l2, srcptepaddr);
4803                                 pmap_resident_count_inc(dst_pmap, L2_SIZE /
4804                                     PAGE_SIZE);
4805                                 atomic_add_long(&pmap_l2_mappings, 1);
4806                         } else
4807                                 pmap_abort_ptp(dst_pmap, addr, dst_m);
4808                         continue;
4809                 }
4810                 KASSERT((srcptepaddr & ATTR_DESCR_MASK) == L2_TABLE,
4811                     ("pmap_copy: invalid L2 entry"));
4812                 srcptepaddr &= ~ATTR_MASK;
4813                 srcmpte = PHYS_TO_VM_PAGE(srcptepaddr);
4814                 KASSERT(srcmpte->ref_count > 0,
4815                     ("pmap_copy: source page table page is unused"));
4816                 if (va_next > end_addr)
4817                         va_next = end_addr;
4818                 src_pte = (pt_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(srcptepaddr);
4819                 src_pte = &src_pte[pmap_l3_index(addr)];
4820                 dstmpte = NULL;
4821                 for (; addr < va_next; addr += PAGE_SIZE, src_pte++) {
4822                         ptetemp = pmap_load(src_pte);
4823
4824                         /*
4825                          * We only virtual copy managed pages.
4826                          */
4827                         if ((ptetemp & ATTR_SW_MANAGED) == 0)
4828                                 continue;
4829
4830                         if (dstmpte != NULL) {
4831                                 KASSERT(dstmpte->pindex == pmap_l2_pindex(addr),
4832                                     ("dstmpte pindex/addr mismatch"));
4833                                 dstmpte->ref_count++;
4834                         } else if ((dstmpte = pmap_alloc_l3(dst_pmap, addr,
4835                             NULL)) == NULL)
4836                                 goto out;
4837                         dst_pte = (pt_entry_t *)
4838                             PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(dstmpte));
4839                         dst_pte = &dst_pte[pmap_l3_index(addr)];
4840                         if (pmap_load(dst_pte) == 0 &&
4841                             pmap_try_insert_pv_entry(dst_pmap, addr,
4842                             PHYS_TO_VM_PAGE(ptetemp & ~ATTR_MASK), &lock)) {
4843                                 /*
4844                                  * Clear the wired, modified, and accessed
4845                                  * (referenced) bits during the copy.
4846                                  */
4847                                 mask = ATTR_AF | ATTR_SW_WIRED;
4848                                 nbits = 0;
4849                                 if ((ptetemp & ATTR_SW_DBM) != 0)
4850                                         nbits |= ATTR_S1_AP_RW_BIT;
4851                                 pmap_store(dst_pte, (ptetemp & ~mask) | nbits);
4852                                 pmap_resident_count_inc(dst_pmap, 1);
4853                         } else {
4854                                 pmap_abort_ptp(dst_pmap, addr, dstmpte);
4855                                 goto out;
4856                         }
4857                         /* Have we copied all of the valid mappings? */ 
4858                         if (dstmpte->ref_count >= srcmpte->ref_count)
4859                                 break;
4860                 }
4861         }
4862 out:
4863         /*
4864          * XXX This barrier may not be needed because the destination pmap is
4865          * not active.
4866          */
4867         dsb(ishst);
4868
4869         if (lock != NULL)
4870                 rw_wunlock(lock);
4871         PMAP_UNLOCK(src_pmap);
4872         PMAP_UNLOCK(dst_pmap);
4873 }
4874
4875 /*
4876  *      pmap_zero_page zeros the specified hardware page by mapping
4877  *      the page into KVM and using bzero to clear its contents.
4878  */
4879 void
4880 pmap_zero_page(vm_page_t m)
4881 {
4882         vm_offset_t va = PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
4883
4884         pagezero((void *)va);
4885 }
4886
4887 /*
4888  *      pmap_zero_page_area zeros the specified hardware page by mapping
4889  *      the page into KVM and using bzero to clear its contents.
4890  *
4891  *      off and size may not cover an area beyond a single hardware page.
4892  */
4893 void
4894 pmap_zero_page_area(vm_page_t m, int off, int size)
4895 {
4896         vm_offset_t va = PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
4897
4898         if (off == 0 && size == PAGE_SIZE)
4899                 pagezero((void *)va);
4900         else
4901                 bzero((char *)va + off, size);
4902 }
4903
4904 /*
4905  *      pmap_copy_page copies the specified (machine independent)
4906  *      page by mapping the page into virtual memory and using
4907  *      bcopy to copy the page, one machine dependent page at a
4908  *      time.
4909  */
4910 void
4911 pmap_copy_page(vm_page_t msrc, vm_page_t mdst)
4912 {
4913         vm_offset_t src = PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(msrc));
4914         vm_offset_t dst = PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(mdst));
4915
4916         pagecopy((void *)src, (void *)dst);
4917 }
4918
4919 int unmapped_buf_allowed = 1;
4920
4921 void
4922 pmap_copy_pages(vm_page_t ma[], vm_offset_t a_offset, vm_page_t mb[],
4923     vm_offset_t b_offset, int xfersize)
4924 {
4925         void *a_cp, *b_cp;
4926         vm_page_t m_a, m_b;
4927         vm_paddr_t p_a, p_b;
4928         vm_offset_t a_pg_offset, b_pg_offset;
4929         int cnt;
4930
4931         while (xfersize > 0) {
4932                 a_pg_offset = a_offset & PAGE_MASK;
4933                 m_a = ma[a_offset >> PAGE_SHIFT];
4934                 p_a = m_a->phys_addr;
4935                 b_pg_offset = b_offset & PAGE_MASK;
4936                 m_b = mb[b_offset >> PAGE_SHIFT];
4937                 p_b = m_b->phys_addr;
4938                 cnt = min(xfersize, PAGE_SIZE - a_pg_offset);
4939                 cnt = min(cnt, PAGE_SIZE - b_pg_offset);
4940                 if (__predict_false(!PHYS_IN_DMAP(p_a))) {
4941                         panic("!DMAP a %lx", p_a);
4942                 } else {
4943                         a_cp = (char *)PHYS_TO_DMAP(p_a) + a_pg_offset;
4944                 }
4945                 if (__predict_false(!PHYS_IN_DMAP(p_b))) {
4946                         panic("!DMAP b %lx", p_b);
4947                 } else {
4948                         b_cp = (char *)PHYS_TO_DMAP(p_b) + b_pg_offset;
4949                 }
4950                 bcopy(a_cp, b_cp, cnt);
4951                 a_offset += cnt;
4952                 b_offset += cnt;
4953                 xfersize -= cnt;
4954         }
4955 }
4956
4957 vm_offset_t
4958 pmap_quick_enter_page(vm_page_t m)
4959 {
4960
4961         return (PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(m)));
4962 }
4963
4964 void
4965 pmap_quick_remove_page(vm_offset_t addr)
4966 {
4967 }
4968
4969 /*
4970  * Returns true if the pmap's pv is one of the first
4971  * 16 pvs linked to from this page.  This count may
4972  * be changed upwards or downwards in the future; it
4973  * is only necessary that true be returned for a small
4974  * subset of pmaps for proper page aging.
4975  */
4976 boolean_t
4977 pmap_page_exists_quick(pmap_t pmap, vm_page_t m)
4978 {
4979         struct md_page *pvh;
4980         struct rwlock *lock;
4981         pv_entry_t pv;
4982         int loops = 0;
4983         boolean_t rv;
4984
4985         KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
4986             ("pmap_page_exists_quick: page %p is not managed", m));
4987         rv = FALSE;
4988         lock = VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m);
4989         rw_rlock(lock);
4990         TAILQ_FOREACH(pv, &m->md.pv_list, pv_next) {
4991                 if (PV_PMAP(pv) == pmap) {
4992                         rv = TRUE;
4993                         break;
4994                 }
4995                 loops++;
4996                 if (loops >= 16)
4997                         break;
4998         }
4999         if (!rv && loops < 16 && (m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0) {
5000                 pvh = page_to_pvh(m);
5001                 TAILQ_FOREACH(pv, &pvh->pv_list, pv_next) {
5002                         if (PV_PMAP(pv) == pmap) {
5003                                 rv = TRUE;
5004                                 break;
5005                         }
5006                         loops++;
5007                         if (loops >= 16)
5008                                 break;
5009                 }
5010         }
5011         rw_runlock(lock);
5012         return (rv);
5013 }
5014
5015 /*
5016  *      pmap_page_wired_mappings:
5017  *
5018  *      Return the number of managed mappings to the given physical page
5019  *      that are wired.
5020  */
5021 int
5022 pmap_page_wired_mappings(vm_page_t m)
5023 {
5024         struct rwlock *lock;
5025         struct md_page *pvh;
5026         pmap_t pmap;
5027         pt_entry_t *pte;
5028         pv_entry_t pv;
5029         int count, lvl, md_gen, pvh_gen;
5030
5031         if ((m->oflags & VPO_UNMANAGED) != 0)
5032                 return (0);
5033         lock = VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m);
5034         rw_rlock(lock);
5035 restart:
5036         count = 0;
5037         TAILQ_FOREACH(pv, &m->md.pv_list, pv_next) {
5038                 pmap = PV_PMAP(pv);
5039                 if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
5040                         md_gen = m->md.pv_gen;
5041                         rw_runlock(lock);
5042                         PMAP_LOCK(pmap);
5043                         rw_rlock(lock);
5044                         if (md_gen != m->md.pv_gen) {
5045                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
5046                                 goto restart;
5047                         }
5048                 }
5049                 pte = pmap_pte(pmap, pv->pv_va, &lvl);
5050                 if (pte != NULL && (pmap_load(pte) & ATTR_SW_WIRED) != 0)
5051                         count++;
5052                 PMAP_UNLOCK(pmap);
5053         }
5054         if ((m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0) {
5055                 pvh = page_to_pvh(m);
5056                 TAILQ_FOREACH(pv, &pvh->pv_list, pv_next) {
5057                         pmap = PV_PMAP(pv);
5058                         if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
5059                                 md_gen = m->md.pv_gen;
5060                                 pvh_gen = pvh->pv_gen;
5061                                 rw_runlock(lock);
5062                                 PMAP_LOCK(pmap);
5063                                 rw_rlock(lock);
5064                                 if (md_gen != m->md.pv_gen ||
5065                                     pvh_gen != pvh->pv_gen) {
5066                                         PMAP_UNLOCK(pmap);
5067                                         goto restart;
5068                                 }
5069                         }
5070                         pte = pmap_pte(pmap, pv->pv_va, &lvl);
5071                         if (pte != NULL &&
5072                             (pmap_load(pte) & ATTR_SW_WIRED) != 0)
5073                                 count++;
5074                         PMAP_UNLOCK(pmap);
5075                 }
5076         }
5077         rw_runlock(lock);
5078         return (count);
5079 }
5080
5081 /*
5082  * Returns true if the given page is mapped individually or as part of
5083  * a 2mpage.  Otherwise, returns false.
5084  */
5085 bool
5086 pmap_page_is_mapped(vm_page_t m)
5087 {
5088         struct rwlock *lock;
5089         bool rv;
5090
5091         if ((m->oflags & VPO_UNMANAGED) != 0)
5092                 return (false);
5093         lock = VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m);
5094         rw_rlock(lock);
5095         rv = !TAILQ_EMPTY(&m->md.pv_list) ||
5096             ((m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0 &&
5097             !TAILQ_EMPTY(&page_to_pvh(m)->pv_list));
5098         rw_runlock(lock);
5099         return (rv);
5100 }
5101
5102 /*
5103  * Destroy all managed, non-wired mappings in the given user-space
5104  * pmap.  This pmap cannot be active on any processor besides the
5105  * caller.
5106  *
5107  * This function cannot be applied to the kernel pmap.  Moreover, it
5108  * is not intended for general use.  It is only to be used during
5109  * process termination.  Consequently, it can be implemented in ways
5110  * that make it faster than pmap_remove().  First, it can more quickly
5111  * destroy mappings by iterating over the pmap's collection of PV
5112  * entries, rather than searching the page table.  Second, it doesn't
5113  * have to test and clear the page table entries atomically, because
5114  * no processor is currently accessing the user address space.  In
5115  * particular, a page table entry's dirty bit won't change state once
5116  * this function starts.
5117  */
5118 void
5119 pmap_remove_pages(pmap_t pmap)
5120 {
5121         pd_entry_t *pde;
5122         pt_entry_t *pte, tpte;
5123         struct spglist free;
5124         vm_page_t m, ml3, mt;
5125         pv_entry_t pv;
5126         struct md_page *pvh;
5127         struct pv_chunk *pc, *npc;
5128         struct rwlock *lock;
5129         int64_t bit;
5130         uint64_t inuse, bitmask;
5131         int allfree, field, freed, idx, lvl;
5132         vm_paddr_t pa;
5133
5134         lock = NULL;
5135
5136         SLIST_INIT(&free);
5137         PMAP_LOCK(pmap);
5138         TAILQ_FOREACH_SAFE(pc, &pmap->pm_pvchunk, pc_list, npc) {
5139                 allfree = 1;
5140                 freed = 0;
5141                 for (field = 0; field < _NPCM; field++) {
5142                         inuse = ~pc->pc_map[field] & pc_freemask[field];
5143                         while (inuse != 0) {
5144                                 bit = ffsl(inuse) - 1;
5145                                 bitmask = 1UL << bit;
5146                                 idx = field * 64 + bit;
5147                                 pv = &pc->pc_pventry[idx];
5148                                 inuse &= ~bitmask;
5149
5150                                 pde = pmap_pde(pmap, pv->pv_va, &lvl);
5151                                 KASSERT(pde != NULL,
5152                                     ("Attempting to remove an unmapped page"));
5153
5154                                 switch(lvl) {
5155                                 case 1:
5156                                         pte = pmap_l1_to_l2(pde, pv->pv_va);
5157                                         tpte = pmap_load(pte); 
5158                                         KASSERT((tpte & ATTR_DESCR_MASK) ==
5159                                             L2_BLOCK,
5160                                             ("Attempting to remove an invalid "
5161                                             "block: %lx", tpte));
5162                                         break;
5163                                 case 2:
5164                                         pte = pmap_l2_to_l3(pde, pv->pv_va);
5165                                         tpte = pmap_load(pte);
5166                                         KASSERT((tpte & ATTR_DESCR_MASK) ==
5167                                             L3_PAGE,
5168                                             ("Attempting to remove an invalid "
5169                                              "page: %lx", tpte));
5170                                         break;
5171                                 default:
5172                                         panic(
5173                                             "Invalid page directory level: %d",
5174                                             lvl);
5175                                 }
5176
5177 /*
5178  * We cannot remove wired pages from a process' mapping at this time
5179  */
5180                                 if (tpte & ATTR_SW_WIRED) {
5181                                         allfree = 0;
5182                                         continue;
5183                                 }
5184
5185                                 /* Mark free */
5186                                 pc->pc_map[field] |= bitmask;
5187
5188                                 /*
5189                                  * Because this pmap is not active on other
5190                                  * processors, the dirty bit cannot have
5191                                  * changed state since we last loaded pte.
5192                                  */
5193                                 pmap_clear(pte);
5194
5195                                 pa = tpte & ~ATTR_MASK;
5196
5197                                 m = PHYS_TO_VM_PAGE(pa);
5198                                 KASSERT(m->phys_addr == pa,
5199                                     ("vm_page_t %p phys_addr mismatch %016jx %016jx",
5200                                     m, (uintmax_t)m->phys_addr,
5201                                     (uintmax_t)tpte));
5202
5203                                 KASSERT((m->flags & PG_FICTITIOUS) != 0 ||
5204                                     m < &vm_page_array[vm_page_array_size],
5205                                     ("pmap_remove_pages: bad pte %#jx",
5206                                     (uintmax_t)tpte));
5207
5208                                 /*
5209                                  * Update the vm_page_t clean/reference bits.
5210                                  */
5211                                 if (pmap_pte_dirty(pmap, tpte)) {
5212                                         switch (lvl) {
5213                                         case 1:
5214                                                 for (mt = m; mt < &m[L2_SIZE / PAGE_SIZE]; mt++)
5215                                                         vm_page_dirty(mt);
5216                                                 break;
5217                                         case 2:
5218                                                 vm_page_dirty(m);
5219                                                 break;
5220                                         }
5221                                 }
5222
5223                                 CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_VM_PAGE(&lock, m);
5224
5225                                 switch (lvl) {
5226                                 case 1:
5227                                         pmap_resident_count_dec(pmap,
5228                                             L2_SIZE / PAGE_SIZE);
5229                                         pvh = page_to_pvh(m);
5230                                         TAILQ_REMOVE(&pvh->pv_list, pv,pv_next);
5231                                         pvh->pv_gen++;
5232                                         if (TAILQ_EMPTY(&pvh->pv_list)) {
5233                                                 for (mt = m; mt < &m[L2_SIZE / PAGE_SIZE]; mt++)
5234                                                         if ((mt->a.flags & PGA_WRITEABLE) != 0 &&
5235                                                             TAILQ_EMPTY(&mt->md.pv_list))
5236                                                                 vm_page_aflag_clear(mt, PGA_WRITEABLE);
5237                                         }
5238                                         ml3 = pmap_remove_pt_page(pmap,
5239                                             pv->pv_va);
5240                                         if (ml3 != NULL) {
5241                                                 KASSERT(ml3->valid == VM_PAGE_BITS_ALL,
5242                                                     ("pmap_remove_pages: l3 page not promoted"));
5243                                                 pmap_resident_count_dec(pmap,1);
5244                                                 KASSERT(ml3->ref_count == NL3PG,
5245                                                     ("pmap_remove_pages: l3 page ref count error"));
5246                                                 ml3->ref_count = 0;
5247                                                 pmap_add_delayed_free_list(ml3,
5248                                                     &free, FALSE);
5249                                         }
5250                                         break;
5251                                 case 2:
5252                                         pmap_resident_count_dec(pmap, 1);
5253                                         TAILQ_REMOVE(&m->md.pv_list, pv,
5254                                             pv_next);
5255                                         m->md.pv_gen++;
5256                                         if ((m->a.flags & PGA_WRITEABLE) != 0 &&
5257                                             TAILQ_EMPTY(&m->md.pv_list) &&
5258                                             (m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0) {
5259                                                 pvh = page_to_pvh(m);
5260                                                 if (TAILQ_EMPTY(&pvh->pv_list))
5261                                                         vm_page_aflag_clear(m,
5262                                                             PGA_WRITEABLE);
5263                                         }
5264                                         break;
5265                                 }
5266                                 pmap_unuse_pt(pmap, pv->pv_va, pmap_load(pde),
5267                                     &free);
5268                                 freed++;
5269                         }
5270                 }
5271                 PV_STAT(atomic_add_long(&pv_entry_frees, freed));
5272                 PV_STAT(atomic_add_int(&pv_entry_spare, freed));
5273                 PV_STAT(atomic_subtract_long(&pv_entry_count, freed));
5274                 if (allfree) {
5275                         TAILQ_REMOVE(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
5276                         free_pv_chunk(pc);
5277                 }
5278         }
5279         if (lock != NULL)
5280                 rw_wunlock(lock);
5281         pmap_invalidate_all(pmap);
5282         PMAP_UNLOCK(pmap);
5283         vm_page_free_pages_toq(&free, true);
5284 }
5285
5286 /*
5287  * This is used to check if a page has been accessed or modified.
5288  */
5289 static boolean_t
5290 pmap_page_test_mappings(vm_page_t m, boolean_t accessed, boolean_t modified)
5291 {
5292         struct rwlock *lock;
5293         pv_entry_t pv;
5294         struct md_page *pvh;
5295         pt_entry_t *pte, mask, value;
5296         pmap_t pmap;
5297         int lvl, md_gen, pvh_gen;
5298         boolean_t rv;
5299
5300         rv = FALSE;
5301         lock = VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m);
5302         rw_rlock(lock);
5303 restart:
5304         TAILQ_FOREACH(pv, &m->md.pv_list, pv_next) {
5305                 pmap = PV_PMAP(pv);
5306                 PMAP_ASSERT_STAGE1(pmap);
5307                 if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
5308                         md_gen = m->md.pv_gen;
5309                         rw_runlock(lock);
5310                         PMAP_LOCK(pmap);
5311                         rw_rlock(lock);
5312                         if (md_gen != m->md.pv_gen) {
5313                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
5314                                 goto restart;
5315                         }
5316                 }
5317                 pte = pmap_pte(pmap, pv->pv_va, &lvl);
5318                 KASSERT(lvl == 3,
5319                     ("pmap_page_test_mappings: Invalid level %d", lvl));
5320                 mask = 0;
5321                 value = 0;
5322                 if (modified) {
5323                         mask |= ATTR_S1_AP_RW_BIT;
5324                         value |= ATTR_S1_AP(ATTR_S1_AP_RW);
5325                 }
5326                 if (accessed) {
5327                         mask |= ATTR_AF | ATTR_DESCR_MASK;
5328                         value |= ATTR_AF | L3_PAGE;
5329                 }
5330                 rv = (pmap_load(pte) & mask) == value;
5331                 PMAP_UNLOCK(pmap);
5332                 if (rv)
5333                         goto out;
5334         }
5335         if ((m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0) {
5336                 pvh = page_to_pvh(m);
5337                 TAILQ_FOREACH(pv, &pvh->pv_list, pv_next) {
5338                         pmap = PV_PMAP(pv);
5339                         PMAP_ASSERT_STAGE1(pmap);
5340                         if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
5341                                 md_gen = m->md.pv_gen;
5342                                 pvh_gen = pvh->pv_gen;
5343                                 rw_runlock(lock);
5344                                 PMAP_LOCK(pmap);
5345                                 rw_rlock(lock);
5346                                 if (md_gen != m->md.pv_gen ||
5347                                     pvh_gen != pvh->pv_gen) {
5348                                         PMAP_UNLOCK(pmap);
5349                                         goto restart;
5350                                 }
5351                         }
5352                         pte = pmap_pte(pmap, pv->pv_va, &lvl);
5353                         KASSERT(lvl == 2,
5354                             ("pmap_page_test_mappings: Invalid level %d", lvl));
5355                         mask = 0;
5356                         value = 0;
5357                         if (modified) {
5358                                 mask |= ATTR_S1_AP_RW_BIT;
5359                                 value |= ATTR_S1_AP(ATTR_S1_AP_RW);
5360                         }
5361                         if (accessed) {
5362                                 mask |= ATTR_AF | ATTR_DESCR_MASK;
5363                                 value |= ATTR_AF | L2_BLOCK;
5364                         }
5365                         rv = (pmap_load(pte) & mask) == value;
5366                         PMAP_UNLOCK(pmap);
5367                         if (rv)
5368                                 goto out;
5369                 }
5370         }
5371 out:
5372         rw_runlock(lock);
5373         return (rv);
5374 }
5375
5376 /*
5377  *      pmap_is_modified:
5378  *
5379  *      Return whether or not the specified physical page was modified
5380  *      in any physical maps.
5381  */
5382 boolean_t
5383 pmap_is_modified(vm_page_t m)
5384 {
5385
5386         KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
5387             ("pmap_is_modified: page %p is not managed", m));
5388
5389         /*
5390          * If the page is not busied then this check is racy.
5391          */
5392         if (!pmap_page_is_write_mapped(m))
5393                 return (FALSE);
5394         return (pmap_page_test_mappings(m, FALSE, TRUE));
5395 }
5396
5397 /*
5398  *      pmap_is_prefaultable:
5399  *
5400  *      Return whether or not the specified virtual address is eligible
5401  *      for prefault.
5402  */
5403 boolean_t
5404 pmap_is_prefaultable(pmap_t pmap, vm_offset_t addr)
5405 {
5406         pt_entry_t *pte;
5407         boolean_t rv;
5408         int lvl;
5409
5410         rv = FALSE;
5411         PMAP_LOCK(pmap);
5412         pte = pmap_pte(pmap, addr, &lvl);
5413         if (pte != NULL && pmap_load(pte) != 0) {
5414                 rv = TRUE;
5415         }
5416         PMAP_UNLOCK(pmap);
5417         return (rv);
5418 }
5419
5420 /*
5421  *      pmap_is_referenced:
5422  *
5423  *      Return whether or not the specified physical page was referenced
5424  *      in any physical maps.
5425  */
5426 boolean_t
5427 pmap_is_referenced(vm_page_t m)
5428 {
5429
5430         KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
5431             ("pmap_is_referenced: page %p is not managed", m));
5432         return (pmap_page_test_mappings(m, TRUE, FALSE));
5433 }
5434
5435 /*
5436  * Clear the write and modified bits in each of the given page's mappings.
5437  */
5438 void
5439 pmap_remove_write(vm_page_t m)
5440 {
5441         struct md_page *pvh;
5442         pmap_t pmap;
5443         struct rwlock *lock;
5444         pv_entry_t next_pv, pv;
5445         pt_entry_t oldpte, *pte;
5446         vm_offset_t va;
5447         int lvl, md_gen, pvh_gen;
5448
5449         KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
5450             ("pmap_remove_write: page %p is not managed", m));
5451         vm_page_assert_busied(m);
5452
5453         if (!pmap_page_is_write_mapped(m))
5454                 return;
5455         lock = VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m);
5456         pvh = (m->flags & PG_FICTITIOUS) != 0 ? &pv_dummy : page_to_pvh(m);
5457         rw_wlock(lock);
5458 retry:
5459         TAILQ_FOREACH_SAFE(pv, &pvh->pv_list, pv_next, next_pv) {
5460                 pmap = PV_PMAP(pv);
5461                 PMAP_ASSERT_STAGE1(pmap);
5462                 if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
5463                         pvh_gen = pvh->pv_gen;
5464                         rw_wunlock(lock);
5465                         PMAP_LOCK(pmap);
5466                         rw_wlock(lock);
5467                         if (pvh_gen != pvh->pv_gen) {
5468                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
5469                                 goto retry;
5470                         }
5471                 }
5472                 va = pv->pv_va;
5473                 pte = pmap_pte(pmap, va, &lvl);
5474                 if ((pmap_load(pte) & ATTR_SW_DBM) != 0)
5475                         (void)pmap_demote_l2_locked(pmap, pte, va, &lock);
5476                 KASSERT(lock == VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m),
5477                     ("inconsistent pv lock %p %p for page %p",
5478                     lock, VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m), m));
5479                 PMAP_UNLOCK(pmap);
5480         }
5481         TAILQ_FOREACH(pv, &m->md.pv_list, pv_next) {
5482                 pmap = PV_PMAP(pv);
5483                 PMAP_ASSERT_STAGE1(pmap);
5484                 if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
5485                         pvh_gen = pvh->pv_gen;
5486                         md_gen = m->md.pv_gen;
5487                         rw_wunlock(lock);
5488                         PMAP_LOCK(pmap);
5489                         rw_wlock(lock);
5490                         if (pvh_gen != pvh->pv_gen ||
5491                             md_gen != m->md.pv_gen) {
5492                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
5493                                 goto retry;
5494                         }
5495                 }
5496                 pte = pmap_pte(pmap, pv->pv_va, &lvl);
5497                 oldpte = pmap_load(pte);
5498                 if ((oldpte & ATTR_SW_DBM) != 0) {
5499                         while (!atomic_fcmpset_64(pte, &oldpte,
5500                             (oldpte | ATTR_S1_AP_RW_BIT) & ~ATTR_SW_DBM))
5501                                 cpu_spinwait();
5502                         if ((oldpte & ATTR_S1_AP_RW_BIT) ==
5503                             ATTR_S1_AP(ATTR_S1_AP_RW))
5504                                 vm_page_dirty(m);
5505                         pmap_invalidate_page(pmap, pv->pv_va);
5506                 }
5507                 PMAP_UNLOCK(pmap);
5508         }
5509         rw_wunlock(lock);
5510         vm_page_aflag_clear(m, PGA_WRITEABLE);
5511 }
5512
5513 /*
5514  *      pmap_ts_referenced:
5515  *
5516  *      Return a count of reference bits for a page, clearing those bits.
5517  *      It is not necessary for every reference bit to be cleared, but it
5518  *      is necessary that 0 only be returned when there are truly no
5519  *      reference bits set.
5520  *
5521  *      As an optimization, update the page's dirty field if a modified bit is
5522  *      found while counting reference bits.  This opportunistic update can be
5523  *      performed at low cost and can eliminate the need for some future calls
5524  *      to pmap_is_modified().  However, since this function stops after
5525  *      finding PMAP_TS_REFERENCED_MAX reference bits, it may not detect some
5526  *      dirty pages.  Those dirty pages will only be detected by a future call
5527  *      to pmap_is_modified().
5528  */
5529 int
5530 pmap_ts_referenced(vm_page_t m)
5531 {
5532         struct md_page *pvh;
5533         pv_entry_t pv, pvf;
5534         pmap_t pmap;
5535         struct rwlock *lock;
5536         pd_entry_t *pde, tpde;
5537         pt_entry_t *pte, tpte;
5538         vm_offset_t va;
5539         vm_paddr_t pa;
5540         int cleared, lvl, md_gen, not_cleared, pvh_gen;
5541         struct spglist free;
5542
5543         KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
5544             ("pmap_ts_referenced: page %p is not managed", m));
5545         SLIST_INIT(&free);
5546         cleared = 0;
5547         pa = VM_PAGE_TO_PHYS(m);
5548         lock = PHYS_TO_PV_LIST_LOCK(pa);
5549         pvh = (m->flags & PG_FICTITIOUS) != 0 ? &pv_dummy : page_to_pvh(m);
5550         rw_wlock(lock);
5551 retry:
5552         not_cleared = 0;
5553         if ((pvf = TAILQ_FIRST(&pvh->pv_list)) == NULL)
5554                 goto small_mappings;
5555         pv = pvf;
5556         do {
5557                 if (pvf == NULL)
5558                         pvf = pv;
5559                 pmap = PV_PMAP(pv);
5560                 if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
5561                         pvh_gen = pvh->pv_gen;
5562                         rw_wunlock(lock);
5563                         PMAP_LOCK(pmap);
5564                         rw_wlock(lock);
5565                         if (pvh_gen != pvh->pv_gen) {
5566                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
5567                                 goto retry;
5568                         }
5569                 }
5570                 va = pv->pv_va;
5571                 pde = pmap_pde(pmap, pv->pv_va, &lvl);
5572                 KASSERT(pde != NULL, ("pmap_ts_referenced: no l1 table found"));
5573                 KASSERT(lvl == 1,
5574                     ("pmap_ts_referenced: invalid pde level %d", lvl));
5575                 tpde = pmap_load(pde);
5576                 KASSERT((tpde & ATTR_DESCR_MASK) == L1_TABLE,
5577                     ("pmap_ts_referenced: found an invalid l1 table"));
5578                 pte = pmap_l1_to_l2(pde, pv->pv_va);
5579                 tpte = pmap_load(pte);
5580                 if (pmap_pte_dirty(pmap, tpte)) {
5581                         /*
5582                          * Although "tpte" is mapping a 2MB page, because
5583                          * this function is called at a 4KB page granularity,
5584                          * we only update the 4KB page under test.
5585                          */
5586                         vm_page_dirty(m);
5587                 }
5588
5589                 if ((tpte & ATTR_AF) != 0) {
5590                         /*
5591                          * Since this reference bit is shared by 512 4KB pages,
5592                          * it should not be cleared every time it is tested.
5593                          * Apply a simple "hash" function on the physical page
5594                          * number, the virtual superpage number, and the pmap
5595                          * address to select one 4KB page out of the 512 on
5596                          * which testing the reference bit will result in
5597                          * clearing that reference bit.  This function is
5598                          * designed to avoid the selection of the same 4KB page
5599                          * for every 2MB page mapping.
5600                          *
5601                          * On demotion, a mapping that hasn't been referenced
5602                          * is simply destroyed.  To avoid the possibility of a
5603                          * subsequent page fault on a demoted wired mapping,
5604                          * always leave its reference bit set.  Moreover,
5605                          * since the superpage is wired, the current state of
5606                          * its reference bit won't affect page replacement.
5607                          */
5608                         if ((((pa >> PAGE_SHIFT) ^ (pv->pv_va >> L2_SHIFT) ^
5609                             (uintptr_t)pmap) & (Ln_ENTRIES - 1)) == 0 &&
5610                             (tpte & ATTR_SW_WIRED) == 0) {
5611                                 pmap_clear_bits(pte, ATTR_AF);
5612                                 pmap_invalidate_page(pmap, pv->pv_va);
5613                                 cleared++;
5614                         } else
5615                                 not_cleared++;
5616                 }
5617                 PMAP_UNLOCK(pmap);
5618                 /* Rotate the PV list if it has more than one entry. */
5619                 if (pv != NULL && TAILQ_NEXT(pv, pv_next) != NULL) {
5620                         TAILQ_REMOVE(&pvh->pv_list, pv, pv_next);
5621                         TAILQ_INSERT_TAIL(&pvh->pv_list, pv, pv_next);
5622                         pvh->pv_gen++;
5623                 }
5624                 if (cleared + not_cleared >= PMAP_TS_REFERENCED_MAX)
5625                         goto out;
5626         } while ((pv = TAILQ_FIRST(&pvh->pv_list)) != pvf);
5627 small_mappings:
5628         if ((pvf = TAILQ_FIRST(&m->md.pv_list)) == NULL)
5629                 goto out;
5630         pv = pvf;
5631         do {
5632                 if (pvf == NULL)
5633                         pvf = pv;
5634                 pmap = PV_PMAP(pv);
5635                 if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
5636                         pvh_gen = pvh->pv_gen;
5637                         md_gen = m->md.pv_gen;
5638                         rw_wunlock(lock);
5639                         PMAP_LOCK(pmap);
5640                         rw_wlock(lock);
5641                         if (pvh_gen != pvh->pv_gen || md_gen != m->md.pv_gen) {
5642                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
5643                                 goto retry;
5644                         }
5645                 }
5646                 pde = pmap_pde(pmap, pv->pv_va, &lvl);
5647                 KASSERT(pde != NULL, ("pmap_ts_referenced: no l2 table found"));
5648                 KASSERT(lvl == 2,
5649                     ("pmap_ts_referenced: invalid pde level %d", lvl));
5650                 tpde = pmap_load(pde);
5651                 KASSERT((tpde & ATTR_DESCR_MASK) == L2_TABLE,
5652                     ("pmap_ts_referenced: found an invalid l2 table"));
5653                 pte = pmap_l2_to_l3(pde, pv->pv_va);
5654                 tpte = pmap_load(pte);
5655                 if (pmap_pte_dirty(pmap, tpte))
5656                         vm_page_dirty(m);
5657                 if ((tpte & ATTR_AF) != 0) {
5658                         if ((tpte & ATTR_SW_WIRED) == 0) {
5659                                 pmap_clear_bits(pte, ATTR_AF);
5660                                 pmap_invalidate_page(pmap, pv->pv_va);
5661                                 cleared++;
5662                         } else
5663                                 not_cleared++;
5664                 }
5665                 PMAP_UNLOCK(pmap);
5666                 /* Rotate the PV list if it has more than one entry. */
5667                 if (pv != NULL && TAILQ_NEXT(pv, pv_next) != NULL) {
5668                         TAILQ_REMOVE(&m->md.pv_list, pv, pv_next);
5669                         TAILQ_INSERT_TAIL(&m->md.pv_list, pv, pv_next);
5670                         m->md.pv_gen++;
5671                 }
5672         } while ((pv = TAILQ_FIRST(&m->md.pv_list)) != pvf && cleared +
5673             not_cleared < PMAP_TS_REFERENCED_MAX);
5674 out:
5675         rw_wunlock(lock);
5676         vm_page_free_pages_toq(&free, true);
5677         return (cleared + not_cleared);
5678 }
5679
5680 /*
5681  *      Apply the given advice to the specified range of addresses within the
5682  *      given pmap.  Depending on the advice, clear the referenced and/or
5683  *      modified flags in each mapping and set the mapped page's dirty field.
5684  */
5685 void
5686 pmap_advise(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva, int advice)
5687 {
5688         struct rwlock *lock;
5689         vm_offset_t va, va_next;
5690         vm_page_t m;
5691         pd_entry_t *l0, *l1, *l2, oldl2;
5692         pt_entry_t *l3, oldl3;
5693
5694         PMAP_ASSERT_STAGE1(pmap);
5695
5696         if (advice != MADV_DONTNEED && advice != MADV_FREE)
5697                 return;
5698
5699         PMAP_LOCK(pmap);
5700         for (; sva < eva; sva = va_next) {
5701                 l0 = pmap_l0(pmap, sva);
5702                 if (pmap_load(l0) == 0) {
5703                         va_next = (sva + L0_SIZE) & ~L0_OFFSET;
5704                         if (va_next < sva)
5705                                 va_next = eva;
5706                         continue;
5707                 }
5708
5709                 va_next = (sva + L1_SIZE) & ~L1_OFFSET;
5710                 if (va_next < sva)
5711                         va_next = eva;
5712                 l1 = pmap_l0_to_l1(l0, sva);
5713                 if (pmap_load(l1) == 0)
5714                         continue;
5715                 if ((pmap_load(l1) & ATTR_DESCR_MASK) == L1_BLOCK) {
5716                         KASSERT(va_next <= eva,
5717                             ("partial update of non-transparent 1G page "
5718                             "l1 %#lx sva %#lx eva %#lx va_next %#lx",
5719                             pmap_load(l1), sva, eva, va_next));
5720                         continue;
5721                 }
5722
5723                 va_next = (sva + L2_SIZE) & ~L2_OFFSET;
5724                 if (va_next < sva)
5725                         va_next = eva;
5726                 l2 = pmap_l1_to_l2(l1, sva);
5727                 oldl2 = pmap_load(l2);
5728                 if (oldl2 == 0)
5729                         continue;
5730                 if ((oldl2 & ATTR_DESCR_MASK) == L2_BLOCK) {
5731                         if ((oldl2 & ATTR_SW_MANAGED) == 0)
5732                                 continue;
5733                         lock = NULL;
5734                         if (!pmap_demote_l2_locked(pmap, l2, sva, &lock)) {
5735                                 if (lock != NULL)
5736                                         rw_wunlock(lock);
5737
5738                                 /*
5739                                  * The 2MB page mapping was destroyed.
5740                                  */
5741                                 continue;
5742                         }
5743
5744                         /*
5745                          * Unless the page mappings are wired, remove the
5746                          * mapping to a single page so that a subsequent
5747                          * access may repromote.  Choosing the last page
5748                          * within the address range [sva, min(va_next, eva))
5749                          * generally results in more repromotions.  Since the
5750                          * underlying page table page is fully populated, this
5751                          * removal never frees a page table page.
5752                          */
5753                         if ((oldl2 & ATTR_SW_WIRED) == 0) {
5754                                 va = eva;
5755                                 if (va > va_next)
5756                                         va = va_next;
5757                                 va -= PAGE_SIZE;
5758                                 KASSERT(va >= sva,
5759                                     ("pmap_advise: no address gap"));
5760                                 l3 = pmap_l2_to_l3(l2, va);
5761                                 KASSERT(pmap_load(l3) != 0,
5762                                     ("pmap_advise: invalid PTE"));
5763                                 pmap_remove_l3(pmap, l3, va, pmap_load(l2),
5764                                     NULL, &lock);
5765                         }
5766                         if (lock != NULL)
5767                                 rw_wunlock(lock);
5768                 }
5769                 KASSERT((pmap_load(l2) & ATTR_DESCR_MASK) == L2_TABLE,
5770                     ("pmap_advise: invalid L2 entry after demotion"));
5771                 if (va_next > eva)
5772                         va_next = eva;
5773                 va = va_next;
5774                 for (l3 = pmap_l2_to_l3(l2, sva); sva != va_next; l3++,
5775                     sva += L3_SIZE) {
5776                         oldl3 = pmap_load(l3);
5777                         if ((oldl3 & (ATTR_SW_MANAGED | ATTR_DESCR_MASK)) !=
5778                             (ATTR_SW_MANAGED | L3_PAGE))
5779                                 goto maybe_invlrng;
5780                         else if (pmap_pte_dirty(pmap, oldl3)) {
5781                                 if (advice == MADV_DONTNEED) {
5782                                         /*
5783                                          * Future calls to pmap_is_modified()
5784                                          * can be avoided by making the page
5785                                          * dirty now.
5786                                          */
5787                                         m = PHYS_TO_VM_PAGE(oldl3 & ~ATTR_MASK);
5788                                         vm_page_dirty(m);
5789                                 }
5790                                 while (!atomic_fcmpset_long(l3, &oldl3,
5791                                     (oldl3 & ~ATTR_AF) |
5792                                     ATTR_S1_AP(ATTR_S1_AP_RO)))
5793                                         cpu_spinwait();
5794                         } else if ((oldl3 & ATTR_AF) != 0)
5795                                 pmap_clear_bits(l3, ATTR_AF);
5796                         else
5797                                 goto maybe_invlrng;
5798                         if (va == va_next)
5799                                 va = sva;
5800                         continue;
5801 maybe_invlrng:
5802                         if (va != va_next) {
5803                                 pmap_invalidate_range(pmap, va, sva);
5804                                 va = va_next;
5805                         }
5806                 }
5807                 if (va != va_next)
5808                         pmap_invalidate_range(pmap, va, sva);
5809         }
5810         PMAP_UNLOCK(pmap);
5811 }
5812
5813 /*
5814  *      Clear the modify bits on the specified physical page.
5815  */
5816 void
5817 pmap_clear_modify(vm_page_t m)
5818 {
5819         struct md_page *pvh;
5820         struct rwlock *lock;
5821         pmap_t pmap;
5822         pv_entry_t next_pv, pv;
5823         pd_entry_t *l2, oldl2;
5824         pt_entry_t *l3, oldl3;
5825         vm_offset_t va;
5826         int md_gen, pvh_gen;
5827
5828         KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
5829             ("pmap_clear_modify: page %p is not managed", m));
5830         vm_page_assert_busied(m);
5831
5832         if (!pmap_page_is_write_mapped(m))
5833                 return;
5834         pvh = (m->flags & PG_FICTITIOUS) != 0 ? &pv_dummy : page_to_pvh(m);
5835         lock = VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m);
5836         rw_wlock(lock);
5837 restart:
5838         TAILQ_FOREACH_SAFE(pv, &pvh->pv_list, pv_next, next_pv) {
5839                 pmap = PV_PMAP(pv);
5840                 PMAP_ASSERT_STAGE1(pmap);
5841                 if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
5842                         pvh_gen = pvh->pv_gen;
5843                         rw_wunlock(lock);
5844                         PMAP_LOCK(pmap);
5845                         rw_wlock(lock);
5846                         if (pvh_gen != pvh->pv_gen) {
5847                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
5848                                 goto restart;
5849                         }
5850                 }
5851                 va = pv->pv_va;
5852                 l2 = pmap_l2(pmap, va);
5853                 oldl2 = pmap_load(l2);
5854                 /* If oldl2 has ATTR_SW_DBM set, then it is also dirty. */
5855                 if ((oldl2 & ATTR_SW_DBM) != 0 &&
5856                     pmap_demote_l2_locked(pmap, l2, va, &lock) &&
5857                     (oldl2 & ATTR_SW_WIRED) == 0) {
5858                         /*
5859                          * Write protect the mapping to a single page so that
5860                          * a subsequent write access may repromote.
5861                          */
5862                         va += VM_PAGE_TO_PHYS(m) - (oldl2 & ~ATTR_MASK);
5863                         l3 = pmap_l2_to_l3(l2, va);
5864                         oldl3 = pmap_load(l3);
5865                         while (!atomic_fcmpset_long(l3, &oldl3,
5866                             (oldl3 & ~ATTR_SW_DBM) | ATTR_S1_AP(ATTR_S1_AP_RO)))
5867                                 cpu_spinwait();
5868                         vm_page_dirty(m);
5869                         pmap_invalidate_page(pmap, va);
5870                 }
5871                 PMAP_UNLOCK(pmap);
5872         }
5873         TAILQ_FOREACH(pv, &m->md.pv_list, pv_next) {
5874                 pmap = PV_PMAP(pv);
5875                 PMAP_ASSERT_STAGE1(pmap);
5876                 if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
5877                         md_gen = m->md.pv_gen;
5878                         pvh_gen = pvh->pv_gen;
5879                         rw_wunlock(lock);
5880                         PMAP_LOCK(pmap);
5881                         rw_wlock(lock);
5882                         if (pvh_gen != pvh->pv_gen || md_gen != m->md.pv_gen) {
5883                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
5884                                 goto restart;
5885                         }
5886                 }
5887                 l2 = pmap_l2(pmap, pv->pv_va);
5888                 l3 = pmap_l2_to_l3(l2, pv->pv_va);
5889                 oldl3 = pmap_load(l3);
5890                 if ((oldl3 & (ATTR_S1_AP_RW_BIT | ATTR_SW_DBM)) == ATTR_SW_DBM){
5891                         pmap_set_bits(l3, ATTR_S1_AP(ATTR_S1_AP_RO));
5892                         pmap_invalidate_page(pmap, pv->pv_va);
5893                 }
5894                 PMAP_UNLOCK(pmap);
5895         }
5896         rw_wunlock(lock);
5897 }
5898
5899 void *
5900 pmap_mapbios(vm_paddr_t pa, vm_size_t size)
5901 {
5902         struct pmap_preinit_mapping *ppim;
5903         vm_offset_t va, offset;
5904         pd_entry_t *pde;
5905         pt_entry_t *l2;
5906         int i, lvl, l2_blocks, free_l2_count, start_idx;
5907
5908         if (!vm_initialized) {
5909                 /*
5910                  * No L3 ptables so map entire L2 blocks where start VA is:
5911                  *      preinit_map_va + start_idx * L2_SIZE
5912                  * There may be duplicate mappings (multiple VA -> same PA) but
5913                  * ARM64 dcache is always PIPT so that's acceptable.
5914                  */
5915                  if (size == 0)
5916                          return (NULL);
5917
5918                  /* Calculate how many L2 blocks are needed for the mapping */
5919                 l2_blocks = (roundup2(pa + size, L2_SIZE) -
5920                     rounddown2(pa, L2_SIZE)) >> L2_SHIFT;
5921
5922                 offset = pa & L2_OFFSET;
5923
5924                 if (preinit_map_va == 0)
5925                         return (NULL);
5926
5927                 /* Map 2MiB L2 blocks from reserved VA space */
5928
5929                 free_l2_count = 0;
5930                 start_idx = -1;
5931                 /* Find enough free contiguous VA space */
5932                 for (i = 0; i < PMAP_PREINIT_MAPPING_COUNT; i++) {
5933                         ppim = pmap_preinit_mapping + i;
5934                         if (free_l2_count > 0 && ppim->pa != 0) {
5935                                 /* Not enough space here */
5936                                 free_l2_count = 0;
5937                                 start_idx = -1;
5938                                 continue;
5939                         }
5940
5941                         if (ppim->pa == 0) {
5942                                 /* Free L2 block */
5943                                 if (start_idx == -1)
5944                                         start_idx = i;
5945                                 free_l2_count++;
5946                                 if (free_l2_count == l2_blocks)
5947                                         break;
5948                         }
5949                 }
5950                 if (free_l2_count != l2_blocks)
5951                         panic("%s: too many preinit mappings", __func__);
5952
5953                 va = preinit_map_va + (start_idx * L2_SIZE);
5954                 for (i = start_idx; i < start_idx + l2_blocks; i++) {
5955                         /* Mark entries as allocated */
5956                         ppim = pmap_preinit_mapping + i;
5957                         ppim->pa = pa;
5958                         ppim->va = va + offset;
5959                         ppim->size = size;
5960                 }
5961
5962                 /* Map L2 blocks */
5963                 pa = rounddown2(pa, L2_SIZE);
5964                 for (i = 0; i < l2_blocks; i++) {
5965                         pde = pmap_pde(kernel_pmap, va, &lvl);
5966                         KASSERT(pde != NULL,
5967                             ("pmap_mapbios: Invalid page entry, va: 0x%lx",
5968                             va));
5969                         KASSERT(lvl == 1,
5970                             ("pmap_mapbios: Invalid level %d", lvl));
5971
5972                         /* Insert L2_BLOCK */
5973                         l2 = pmap_l1_to_l2(pde, va);
5974                         pmap_load_store(l2,
5975                             pa | ATTR_DEFAULT | ATTR_S1_XN |
5976                             ATTR_S1_IDX(VM_MEMATTR_WRITE_BACK) | L2_BLOCK);
5977
5978                         va += L2_SIZE;
5979                         pa += L2_SIZE;
5980                 }
5981                 pmap_invalidate_all(kernel_pmap);
5982
5983                 va = preinit_map_va + (start_idx * L2_SIZE);
5984
5985         } else {
5986                 /* kva_alloc may be used to map the pages */
5987                 offset = pa & PAGE_MASK;
5988                 size = round_page(offset + size);
5989
5990                 va = kva_alloc(size);
5991                 if (va == 0)
5992                         panic("%s: Couldn't allocate KVA", __func__);
5993
5994                 pde = pmap_pde(kernel_pmap, va, &lvl);
5995                 KASSERT(lvl == 2, ("pmap_mapbios: Invalid level %d", lvl));
5996
5997                 /* L3 table is linked */
5998                 va = trunc_page(va);
5999                 pa = trunc_page(pa);
6000                 pmap_kenter(va, size, pa, memory_mapping_mode(pa));
6001         }
6002
6003         return ((void *)(va + offset));
6004 }
6005
6006 void
6007 pmap_unmapbios(vm_offset_t va, vm_size_t size)
6008 {
6009         struct pmap_preinit_mapping *ppim;
6010         vm_offset_t offset, tmpsize, va_trunc;
6011         pd_entry_t *pde;
6012         pt_entry_t *l2;
6013         int i, lvl, l2_blocks, block;
6014         bool preinit_map;
6015
6016         l2_blocks =
6017            (roundup2(va + size, L2_SIZE) - rounddown2(va, L2_SIZE)) >> L2_SHIFT;
6018         KASSERT(l2_blocks > 0, ("pmap_unmapbios: invalid size %lx", size));
6019
6020         /* Remove preinit mapping */
6021         preinit_map = false;
6022         block = 0;
6023         for (i = 0; i < PMAP_PREINIT_MAPPING_COUNT; i++) {
6024                 ppim = pmap_preinit_mapping + i;
6025                 if (ppim->va == va) {
6026                         KASSERT(ppim->size == size,
6027                             ("pmap_unmapbios: size mismatch"));
6028                         ppim->va = 0;
6029                         ppim->pa = 0;
6030                         ppim->size = 0;
6031                         preinit_map = true;
6032                         offset = block * L2_SIZE;
6033                         va_trunc = rounddown2(va, L2_SIZE) + offset;
6034
6035                         /* Remove L2_BLOCK */
6036                         pde = pmap_pde(kernel_pmap, va_trunc, &lvl);
6037                         KASSERT(pde != NULL,
6038                             ("pmap_unmapbios: Invalid page entry, va: 0x%lx",
6039                             va_trunc));
6040                         l2 = pmap_l1_to_l2(pde, va_trunc);
6041                         pmap_clear(l2);
6042
6043                         if (block == (l2_blocks - 1))
6044                                 break;
6045                         block++;
6046                 }
6047         }
6048         if (preinit_map) {
6049                 pmap_invalidate_all(kernel_pmap);
6050                 return;
6051         }
6052
6053         /* Unmap the pages reserved with kva_alloc. */
6054         if (vm_initialized) {
6055                 offset = va & PAGE_MASK;
6056                 size = round_page(offset + size);
6057                 va = trunc_page(va);
6058
6059                 pde = pmap_pde(kernel_pmap, va, &lvl);
6060                 KASSERT(pde != NULL,
6061                     ("pmap_unmapbios: Invalid page entry, va: 0x%lx", va));
6062                 KASSERT(lvl == 2, ("pmap_unmapbios: Invalid level %d", lvl));
6063
6064                 /* Unmap and invalidate the pages */
6065                 for (tmpsize = 0; tmpsize < size; tmpsize += PAGE_SIZE)
6066                         pmap_kremove(va + tmpsize);
6067
6068                 kva_free(va, size);
6069         }
6070 }
6071
6072 /*
6073  * Sets the memory attribute for the specified page.
6074  */
6075 void
6076 pmap_page_set_memattr(vm_page_t m, vm_memattr_t ma)
6077 {
6078
6079         m->md.pv_memattr = ma;
6080
6081         /*
6082          * If "m" is a normal page, update its direct mapping.  This update
6083          * can be relied upon to perform any cache operations that are
6084          * required for data coherence.
6085          */
6086         if ((m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0 &&
6087             pmap_change_attr(PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(m)), PAGE_SIZE,
6088             m->md.pv_memattr) != 0)
6089                 panic("memory attribute change on the direct map failed");
6090 }
6091
6092 /*
6093  * Changes the specified virtual address range's memory type to that given by
6094  * the parameter "mode".  The specified virtual address range must be
6095  * completely contained within either the direct map or the kernel map.  If
6096  * the virtual address range is contained within the kernel map, then the
6097  * memory type for each of the corresponding ranges of the direct map is also
6098  * changed.  (The corresponding ranges of the direct map are those ranges that
6099  * map the same physical pages as the specified virtual address range.)  These
6100  * changes to the direct map are necessary because Intel describes the
6101  * behavior of their processors as "undefined" if two or more mappings to the
6102  * same physical page have different memory types.
6103  *
6104  * Returns zero if the change completed successfully, and either EINVAL or
6105  * ENOMEM if the change failed.  Specifically, EINVAL is returned if some part
6106  * of the virtual address range was not mapped, and ENOMEM is returned if
6107  * there was insufficient memory available to complete the change.  In the
6108  * latter case, the memory type may have been changed on some part of the
6109  * virtual address range or the direct map.
6110  */
6111 int
6112 pmap_change_attr(vm_offset_t va, vm_size_t size, int mode)
6113 {
6114         int error;
6115
6116         PMAP_LOCK(kernel_pmap);
6117         error = pmap_change_attr_locked(va, size, mode);
6118         PMAP_UNLOCK(kernel_pmap);
6119         return (error);
6120 }
6121
6122 static int
6123 pmap_change_attr_locked(vm_offset_t va, vm_size_t size, int mode)
6124 {
6125         vm_offset_t base, offset, tmpva;
6126         pt_entry_t l3, *pte, *newpte;
6127         int lvl;
6128
6129         PMAP_LOCK_ASSERT(kernel_pmap, MA_OWNED);
6130         base = trunc_page(va);
6131         offset = va & PAGE_MASK;
6132         size = round_page(offset + size);
6133
6134         if (!VIRT_IN_DMAP(base) &&
6135             !(base >= VM_MIN_KERNEL_ADDRESS && base < VM_MAX_KERNEL_ADDRESS))
6136                 return (EINVAL);
6137
6138         for (tmpva = base; tmpva < base + size; ) {
6139                 pte = pmap_pte(kernel_pmap, tmpva, &lvl);
6140                 if (pte == NULL)
6141                         return (EINVAL);
6142
6143                 if ((pmap_load(pte) & ATTR_S1_IDX_MASK) == ATTR_S1_IDX(mode)) {
6144                         /*
6145                          * We already have the correct attribute,
6146                          * ignore this entry.
6147                          */
6148                         switch (lvl) {
6149                         default:
6150                                 panic("Invalid DMAP table level: %d\n", lvl);
6151                         case 1:
6152                                 tmpva = (tmpva & ~L1_OFFSET) + L1_SIZE;
6153                                 break;
6154                         case 2:
6155                                 tmpva = (tmpva & ~L2_OFFSET) + L2_SIZE;
6156                                 break;
6157                         case 3:
6158                                 tmpva += PAGE_SIZE;
6159                                 break;
6160                         }
6161                 } else {
6162                         /*
6163                          * Split the entry to an level 3 table, then
6164                          * set the new attribute.
6165                          */
6166                         switch (lvl) {
6167                         default:
6168                                 panic("Invalid DMAP table level: %d\n", lvl);
6169                         case 1:
6170                                 newpte = pmap_demote_l1(kernel_pmap, pte,
6171                                     tmpva & ~L1_OFFSET);
6172                                 if (newpte == NULL)
6173                                         return (EINVAL);
6174                                 pte = pmap_l1_to_l2(pte, tmpva);
6175                         case 2:
6176                                 newpte = pmap_demote_l2(kernel_pmap, pte,
6177                                     tmpva);
6178                                 if (newpte == NULL)
6179                                         return (EINVAL);
6180                                 pte = pmap_l2_to_l3(pte, tmpva);
6181                         case 3:
6182                                 /* Update the entry */
6183                                 l3 = pmap_load(pte);
6184                                 l3 &= ~ATTR_S1_IDX_MASK;
6185                                 l3 |= ATTR_S1_IDX(mode);
6186                                 if (mode == VM_MEMATTR_DEVICE)
6187                                         l3 |= ATTR_S1_XN;
6188
6189                                 pmap_update_entry(kernel_pmap, pte, l3, tmpva,
6190                                     PAGE_SIZE);
6191
6192                                 /*
6193                                  * If moving to a non-cacheable entry flush
6194                                  * the cache.
6195                                  */
6196                                 if (mode == VM_MEMATTR_UNCACHEABLE)
6197                                         cpu_dcache_wbinv_range(tmpva, L3_SIZE);
6198
6199                                 break;
6200                         }
6201                         tmpva += PAGE_SIZE;
6202                 }
6203         }
6204
6205         return (0);
6206 }
6207
6208 /*
6209  * Create an L2 table to map all addresses within an L1 mapping.
6210  */
6211 static pt_entry_t *
6212 pmap_demote_l1(pmap_t pmap, pt_entry_t *l1, vm_offset_t va)
6213 {
6214         pt_entry_t *l2, newl2, oldl1;
6215         vm_offset_t tmpl1;
6216         vm_paddr_t l2phys, phys;
6217         vm_page_t ml2;
6218         int i;
6219
6220         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
6221         oldl1 = pmap_load(l1);
6222         KASSERT((oldl1 & ATTR_DESCR_MASK) == L1_BLOCK,
6223             ("pmap_demote_l1: Demoting a non-block entry"));
6224         KASSERT((va & L1_OFFSET) == 0,
6225             ("pmap_demote_l1: Invalid virtual address %#lx", va));
6226         KASSERT((oldl1 & ATTR_SW_MANAGED) == 0,
6227             ("pmap_demote_l1: Level 1 table shouldn't be managed"));
6228
6229         tmpl1 = 0;
6230         if (va <= (vm_offset_t)l1 && va + L1_SIZE > (vm_offset_t)l1) {
6231                 tmpl1 = kva_alloc(PAGE_SIZE);
6232                 if (tmpl1 == 0)
6233                         return (NULL);
6234         }
6235
6236         if ((ml2 = vm_page_alloc(NULL, 0, VM_ALLOC_INTERRUPT |
6237             VM_ALLOC_NOOBJ | VM_ALLOC_WIRED)) == NULL) {
6238                 CTR2(KTR_PMAP, "pmap_demote_l1: failure for va %#lx"
6239                     " in pmap %p", va, pmap);
6240                 l2 = NULL;
6241                 goto fail;
6242         }
6243
6244         l2phys = VM_PAGE_TO_PHYS(ml2);
6245         l2 = (pt_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(l2phys);
6246
6247         /* Address the range points at */
6248         phys = oldl1 & ~ATTR_MASK;
6249         /* The attributed from the old l1 table to be copied */
6250         newl2 = oldl1 & ATTR_MASK;
6251
6252         /* Create the new entries */
6253         for (i = 0; i < Ln_ENTRIES; i++) {
6254                 l2[i] = newl2 | phys;
6255                 phys += L2_SIZE;
6256         }
6257         KASSERT(l2[0] == ((oldl1 & ~ATTR_DESCR_MASK) | L2_BLOCK),
6258             ("Invalid l2 page (%lx != %lx)", l2[0],
6259             (oldl1 & ~ATTR_DESCR_MASK) | L2_BLOCK));
6260
6261         if (tmpl1 != 0) {
6262                 pmap_kenter(tmpl1, PAGE_SIZE,
6263                     DMAP_TO_PHYS((vm_offset_t)l1) & ~L3_OFFSET,
6264                     VM_MEMATTR_WRITE_BACK);
6265                 l1 = (pt_entry_t *)(tmpl1 + ((vm_offset_t)l1 & PAGE_MASK));
6266         }
6267
6268         pmap_update_entry(pmap, l1, l2phys | L1_TABLE, va, PAGE_SIZE);
6269
6270 fail:
6271         if (tmpl1 != 0) {
6272                 pmap_kremove(tmpl1);
6273                 kva_free(tmpl1, PAGE_SIZE);
6274         }
6275
6276         return (l2);
6277 }
6278
6279 static void
6280 pmap_fill_l3(pt_entry_t *firstl3, pt_entry_t newl3)
6281 {
6282         pt_entry_t *l3;
6283
6284         for (l3 = firstl3; l3 - firstl3 < Ln_ENTRIES; l3++) {
6285                 *l3 = newl3;
6286                 newl3 += L3_SIZE;
6287         }
6288 }
6289
6290 static void
6291 pmap_demote_l2_abort(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pt_entry_t *l2,
6292     struct rwlock **lockp)
6293 {
6294         struct spglist free;
6295
6296         SLIST_INIT(&free);
6297         (void)pmap_remove_l2(pmap, l2, va, pmap_load(pmap_l1(pmap, va)), &free,
6298             lockp);
6299         vm_page_free_pages_toq(&free, true);
6300 }
6301
6302 /*
6303  * Create an L3 table to map all addresses within an L2 mapping.
6304  */
6305 static pt_entry_t *
6306 pmap_demote_l2_locked(pmap_t pmap, pt_entry_t *l2, vm_offset_t va,
6307     struct rwlock **lockp)
6308 {
6309         pt_entry_t *l3, newl3, oldl2;
6310         vm_offset_t tmpl2;
6311         vm_paddr_t l3phys;
6312         vm_page_t ml3;
6313
6314         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
6315         PMAP_ASSERT_STAGE1(pmap);
6316         KASSERT(ADDR_IS_CANONICAL(va),
6317             ("%s: Address not in canonical form: %lx", __func__, va));
6318
6319         l3 = NULL;
6320         oldl2 = pmap_load(l2);
6321         KASSERT((oldl2 & ATTR_DESCR_MASK) == L2_BLOCK,
6322             ("pmap_demote_l2: Demoting a non-block entry"));
6323         va &= ~L2_OFFSET;
6324
6325         tmpl2 = 0;
6326         if (va <= (vm_offset_t)l2 && va + L2_SIZE > (vm_offset_t)l2) {
6327                 tmpl2 = kva_alloc(PAGE_SIZE);
6328                 if (tmpl2 == 0)
6329                         return (NULL);
6330         }
6331
6332         /*
6333          * Invalidate the 2MB page mapping and return "failure" if the
6334          * mapping was never accessed.
6335          */
6336         if ((oldl2 & ATTR_AF) == 0) {
6337                 KASSERT((oldl2 & ATTR_SW_WIRED) == 0,
6338                     ("pmap_demote_l2: a wired mapping is missing ATTR_AF"));
6339                 pmap_demote_l2_abort(pmap, va, l2, lockp);
6340                 CTR2(KTR_PMAP, "pmap_demote_l2: failure for va %#lx in pmap %p",
6341                     va, pmap);
6342                 goto fail;
6343         }
6344
6345         if ((ml3 = pmap_remove_pt_page(pmap, va)) == NULL) {
6346                 KASSERT((oldl2 & ATTR_SW_WIRED) == 0,
6347                     ("pmap_demote_l2: page table page for a wired mapping"
6348                     " is missing"));
6349
6350                 /*
6351                  * If the page table page is missing and the mapping
6352                  * is for a kernel address, the mapping must belong to
6353                  * the direct map.  Page table pages are preallocated
6354                  * for every other part of the kernel address space,
6355                  * so the direct map region is the only part of the
6356                  * kernel address space that must be handled here.
6357                  */
6358                 KASSERT(!ADDR_IS_KERNEL(va) || VIRT_IN_DMAP(va),
6359                     ("pmap_demote_l2: No saved mpte for va %#lx", va));
6360
6361                 /*
6362                  * If the 2MB page mapping belongs to the direct map
6363                  * region of the kernel's address space, then the page
6364                  * allocation request specifies the highest possible
6365                  * priority (VM_ALLOC_INTERRUPT).  Otherwise, the
6366                  * priority is normal.
6367                  */
6368                 ml3 = vm_page_alloc(NULL, pmap_l2_pindex(va),
6369                     (VIRT_IN_DMAP(va) ? VM_ALLOC_INTERRUPT : VM_ALLOC_NORMAL) |
6370                     VM_ALLOC_NOOBJ | VM_ALLOC_WIRED);
6371
6372                 /*
6373                  * If the allocation of the new page table page fails,
6374                  * invalidate the 2MB page mapping and return "failure".
6375                  */
6376                 if (ml3 == NULL) {
6377                         pmap_demote_l2_abort(pmap, va, l2, lockp);
6378                         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_demote_l2: failure for va %#lx"
6379                             " in pmap %p", va, pmap);
6380                         goto fail;
6381                 }
6382
6383                 if (!ADDR_IS_KERNEL(va)) {
6384                         ml3->ref_count = NL3PG;
6385                         pmap_resident_count_inc(pmap, 1);
6386                 }
6387         }
6388         l3phys = VM_PAGE_TO_PHYS(ml3);
6389         l3 = (pt_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(l3phys);
6390         newl3 = (oldl2 & ~ATTR_DESCR_MASK) | L3_PAGE;
6391         KASSERT((oldl2 & (ATTR_S1_AP_RW_BIT | ATTR_SW_DBM)) !=
6392             (ATTR_S1_AP(ATTR_S1_AP_RO) | ATTR_SW_DBM),
6393             ("pmap_demote_l2: L2 entry is writeable but not dirty"));
6394
6395         /*
6396          * If the page table page is not leftover from an earlier promotion,
6397          * or the mapping attributes have changed, (re)initialize the L3 table.
6398          *
6399          * When pmap_update_entry() clears the old L2 mapping, it (indirectly)
6400          * performs a dsb().  That dsb() ensures that the stores for filling
6401          * "l3" are visible before "l3" is added to the page table.
6402          */
6403         if (ml3->valid == 0 || (l3[0] & ATTR_MASK) != (newl3 & ATTR_MASK))
6404                 pmap_fill_l3(l3, newl3);
6405
6406         /*
6407          * Map the temporary page so we don't lose access to the l2 table.
6408          */
6409         if (tmpl2 != 0) {
6410                 pmap_kenter(tmpl2, PAGE_SIZE,
6411                     DMAP_TO_PHYS((vm_offset_t)l2) & ~L3_OFFSET,
6412                     VM_MEMATTR_WRITE_BACK);
6413                 l2 = (pt_entry_t *)(tmpl2 + ((vm_offset_t)l2 & PAGE_MASK));
6414         }
6415
6416         /*
6417          * The spare PV entries must be reserved prior to demoting the
6418          * mapping, that is, prior to changing the PDE.  Otherwise, the state
6419          * of the L2 and the PV lists will be inconsistent, which can result
6420          * in reclaim_pv_chunk() attempting to remove a PV entry from the
6421          * wrong PV list and pmap_pv_demote_l2() failing to find the expected
6422          * PV entry for the 2MB page mapping that is being demoted.
6423          */
6424         if ((oldl2 & ATTR_SW_MANAGED) != 0)
6425                 reserve_pv_entries(pmap, Ln_ENTRIES - 1, lockp);
6426
6427         /*
6428          * Pass PAGE_SIZE so that a single TLB invalidation is performed on
6429          * the 2MB page mapping.
6430          */
6431         pmap_update_entry(pmap, l2, l3phys | L2_TABLE, va, PAGE_SIZE);
6432
6433         /*
6434          * Demote the PV entry.
6435          */
6436         if ((oldl2 & ATTR_SW_MANAGED) != 0)
6437                 pmap_pv_demote_l2(pmap, va, oldl2 & ~ATTR_MASK, lockp);
6438
6439         atomic_add_long(&pmap_l2_demotions, 1);
6440         CTR3(KTR_PMAP, "pmap_demote_l2: success for va %#lx"
6441             " in pmap %p %lx", va, pmap, l3[0]);
6442
6443 fail:
6444         if (tmpl2 != 0) {
6445                 pmap_kremove(tmpl2);
6446                 kva_free(tmpl2, PAGE_SIZE);
6447         }
6448
6449         return (l3);
6450
6451 }
6452
6453 static pt_entry_t *
6454 pmap_demote_l2(pmap_t pmap, pt_entry_t *l2, vm_offset_t va)
6455 {
6456         struct rwlock *lock;
6457         pt_entry_t *l3;
6458
6459         lock = NULL;
6460         l3 = pmap_demote_l2_locked(pmap, l2, va, &lock);
6461         if (lock != NULL)
6462                 rw_wunlock(lock);
6463         return (l3);
6464 }
6465
6466 /*
6467  * Perform the pmap work for mincore(2).  If the page is not both referenced and
6468  * modified by this pmap, returns its physical address so that the caller can
6469  * find other mappings.
6470  */
6471 int
6472 pmap_mincore(pmap_t pmap, vm_offset_t addr, vm_paddr_t *pap)
6473 {
6474         pt_entry_t *pte, tpte;
6475         vm_paddr_t mask, pa;
6476         int lvl, val;
6477         bool managed;
6478
6479         PMAP_ASSERT_STAGE1(pmap);
6480         PMAP_LOCK(pmap);
6481         pte = pmap_pte(pmap, addr, &lvl);
6482         if (pte != NULL) {
6483                 tpte = pmap_load(pte);
6484
6485                 switch (lvl) {
6486                 case 3:
6487                         mask = L3_OFFSET;
6488                         break;
6489                 case 2:
6490                         mask = L2_OFFSET;
6491                         break;
6492                 case 1:
6493                         mask = L1_OFFSET;
6494                         break;
6495                 default:
6496                         panic("pmap_mincore: invalid level %d", lvl);
6497                 }
6498
6499                 managed = (tpte & ATTR_SW_MANAGED) != 0;
6500                 val = MINCORE_INCORE;
6501                 if (lvl != 3)
6502                         val |= MINCORE_PSIND(3 - lvl);
6503                 if ((managed && pmap_pte_dirty(pmap, tpte)) || (!managed &&
6504                     (tpte & ATTR_S1_AP_RW_BIT) == ATTR_S1_AP(ATTR_S1_AP_RW)))
6505                         val |= MINCORE_MODIFIED | MINCORE_MODIFIED_OTHER;
6506                 if ((tpte & ATTR_AF) == ATTR_AF)
6507                         val |= MINCORE_REFERENCED | MINCORE_REFERENCED_OTHER;
6508
6509                 pa = (tpte & ~ATTR_MASK) | (addr & mask);
6510         } else {
6511                 managed = false;
6512                 val = 0;
6513         }
6514
6515         if ((val & (MINCORE_MODIFIED_OTHER | MINCORE_REFERENCED_OTHER)) !=
6516             (MINCORE_MODIFIED_OTHER | MINCORE_REFERENCED_OTHER) && managed) {
6517                 *pap = pa;
6518         }
6519         PMAP_UNLOCK(pmap);
6520         return (val);
6521 }
6522
6523 /*
6524  * Garbage collect every ASID that is neither active on a processor nor
6525  * reserved.
6526  */
6527 static void
6528 pmap_reset_asid_set(pmap_t pmap)
6529 {
6530         pmap_t curpmap;
6531         int asid, cpuid, epoch;
6532         struct asid_set *set;
6533         enum pmap_stage stage;
6534
6535         set = pmap->pm_asid_set;
6536         stage = pmap->pm_stage;
6537
6538         set = pmap->pm_asid_set;
6539         KASSERT(set != NULL, ("%s: NULL asid set", __func__));
6540         mtx_assert(&set->asid_set_mutex, MA_OWNED);
6541
6542         /*
6543          * Ensure that the store to asid_epoch is globally visible before the
6544          * loads from pc_curpmap are performed.
6545          */
6546         epoch = set->asid_epoch + 1;
6547         if (epoch == INT_MAX)
6548                 epoch = 0;
6549         set->asid_epoch = epoch;
6550         dsb(ishst);
6551         if (stage == PM_STAGE1) {
6552                 __asm __volatile("tlbi vmalle1is");
6553         } else {
6554                 KASSERT(pmap_clean_stage2_tlbi != NULL,
6555                     ("%s: Unset stage 2 tlb invalidation callback\n",
6556                     __func__));
6557                 pmap_clean_stage2_tlbi();
6558         }
6559         dsb(ish);
6560         bit_nclear(set->asid_set, ASID_FIRST_AVAILABLE,
6561             set->asid_set_size - 1);
6562         CPU_FOREACH(cpuid) {
6563                 if (cpuid == curcpu)
6564                         continue;
6565                 if (stage == PM_STAGE1) {
6566                         curpmap = pcpu_find(cpuid)->pc_curpmap;
6567                         PMAP_ASSERT_STAGE1(pmap);
6568                 } else {
6569                         curpmap = pcpu_find(cpuid)->pc_curvmpmap;
6570                         if (curpmap == NULL)
6571                                 continue;
6572                         PMAP_ASSERT_STAGE2(pmap);
6573                 }
6574                 KASSERT(curpmap->pm_asid_set == set, ("Incorrect set"));
6575                 asid = COOKIE_TO_ASID(curpmap->pm_cookie);
6576                 if (asid == -1)
6577                         continue;
6578                 bit_set(set->asid_set, asid);
6579                 curpmap->pm_cookie = COOKIE_FROM(asid, epoch);
6580         }
6581 }
6582
6583 /*
6584  * Allocate a new ASID for the specified pmap.
6585  */
6586 static void
6587 pmap_alloc_asid(pmap_t pmap)
6588 {
6589         struct asid_set *set;
6590         int new_asid;
6591
6592         set = pmap->pm_asid_set;
6593         KASSERT(set != NULL, ("%s: NULL asid set", __func__));
6594
6595         mtx_lock_spin(&set->asid_set_mutex);
6596
6597         /*
6598          * While this processor was waiting to acquire the asid set mutex,
6599          * pmap_reset_asid_set() running on another processor might have
6600          * updated this pmap's cookie to the current epoch.  In which case, we
6601          * don't need to allocate a new ASID.
6602          */
6603         if (COOKIE_TO_EPOCH(pmap->pm_cookie) == set->asid_epoch)
6604                 goto out;
6605
6606         bit_ffc_at(set->asid_set, set->asid_next, set->asid_set_size,
6607             &new_asid);
6608         if (new_asid == -1) {
6609                 bit_ffc_at(set->asid_set, ASID_FIRST_AVAILABLE,
6610                     set->asid_next, &new_asid);
6611                 if (new_asid == -1) {
6612                         pmap_reset_asid_set(pmap);
6613                         bit_ffc_at(set->asid_set, ASID_FIRST_AVAILABLE,
6614                             set->asid_set_size, &new_asid);
6615                         KASSERT(new_asid != -1, ("ASID allocation failure"));
6616                 }
6617         }
6618         bit_set(set->asid_set, new_asid);
6619         set->asid_next = new_asid + 1;
6620         pmap->pm_cookie = COOKIE_FROM(new_asid, set->asid_epoch);
6621 out:
6622         mtx_unlock_spin(&set->asid_set_mutex);
6623 }
6624
6625 /*
6626  * Compute the value that should be stored in ttbr0 to activate the specified
6627  * pmap.  This value may change from time to time.
6628  */
6629 uint64_t
6630 pmap_to_ttbr0(pmap_t pmap)
6631 {
6632
6633         return (ASID_TO_OPERAND(COOKIE_TO_ASID(pmap->pm_cookie)) |
6634             pmap->pm_ttbr);
6635 }
6636
6637 static bool
6638 pmap_activate_int(pmap_t pmap)
6639 {
6640         struct asid_set *set;
6641         int epoch;
6642
6643         KASSERT(PCPU_GET(curpmap) != NULL, ("no active pmap"));
6644         KASSERT(pmap != kernel_pmap, ("kernel pmap activation"));
6645
6646         if ((pmap->pm_stage == PM_STAGE1 && pmap == PCPU_GET(curpmap)) ||
6647             (pmap->pm_stage == PM_STAGE2 && pmap == PCPU_GET(curvmpmap))) {
6648                 /*
6649                  * Handle the possibility that the old thread was preempted
6650                  * after an "ic" or "tlbi" instruction but before it performed
6651                  * a "dsb" instruction.  If the old thread migrates to a new
6652                  * processor, its completion of a "dsb" instruction on that
6653                  * new processor does not guarantee that the "ic" or "tlbi"
6654                  * instructions performed on the old processor have completed.
6655                  */
6656                 dsb(ish);
6657                 return (false);
6658         }
6659
6660         set = pmap->pm_asid_set;
6661         KASSERT(set != NULL, ("%s: NULL asid set", __func__));
6662
6663         /*
6664          * Ensure that the store to curpmap is globally visible before the
6665          * load from asid_epoch is performed.
6666          */
6667         if (pmap->pm_stage == PM_STAGE1)
6668                 PCPU_SET(curpmap, pmap);
6669         else
6670                 PCPU_SET(curvmpmap, pmap);
6671         dsb(ish);
6672         epoch = COOKIE_TO_EPOCH(pmap->pm_cookie);
6673         if (epoch >= 0 && epoch != set->asid_epoch)
6674                 pmap_alloc_asid(pmap);
6675
6676         if (pmap->pm_stage == PM_STAGE1) {
6677                 set_ttbr0(pmap_to_ttbr0(pmap));
6678                 if (PCPU_GET(bcast_tlbi_workaround) != 0)
6679                         invalidate_local_icache();
6680         }
6681         return (true);
6682 }
6683
6684 void
6685 pmap_activate_vm(pmap_t pmap)
6686 {
6687
6688         PMAP_ASSERT_STAGE2(pmap);
6689
6690         (void)pmap_activate_int(pmap);
6691 }
6692
6693 void
6694 pmap_activate(struct thread *td)
6695 {
6696         pmap_t  pmap;
6697
6698         pmap = vmspace_pmap(td->td_proc->p_vmspace);
6699         PMAP_ASSERT_STAGE1(pmap);
6700         critical_enter();
6701         (void)pmap_activate_int(pmap);
6702         critical_exit();
6703 }
6704
6705 /*
6706  * To eliminate the unused parameter "old", we would have to add an instruction
6707  * to cpu_switch().
6708  */
6709 struct pcb *
6710 pmap_switch(struct thread *old __unused, struct thread *new)
6711 {
6712         pcpu_bp_harden bp_harden;
6713         struct pcb *pcb;
6714
6715         /* Store the new curthread */
6716         PCPU_SET(curthread, new);
6717
6718         /* And the new pcb */
6719         pcb = new->td_pcb;
6720         PCPU_SET(curpcb, pcb);
6721
6722         /*
6723          * TODO: We may need to flush the cache here if switching
6724          * to a user process.
6725          */
6726
6727         if (pmap_activate_int(vmspace_pmap(new->td_proc->p_vmspace))) {
6728                 /*
6729                  * Stop userspace from training the branch predictor against
6730                  * other processes. This will call into a CPU specific
6731                  * function that clears the branch predictor state.
6732                  */
6733                 bp_harden = PCPU_GET(bp_harden);
6734                 if (bp_harden != NULL)
6735                         bp_harden();
6736         }
6737
6738         return (pcb);
6739 }
6740
6741 void
6742 pmap_sync_icache(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_size_t sz)
6743 {
6744
6745         PMAP_ASSERT_STAGE1(pmap);
6746         KASSERT(ADDR_IS_CANONICAL(va),
6747             ("%s: Address not in canonical form: %lx", __func__, va));
6748
6749         if (ADDR_IS_KERNEL(va)) {
6750                 cpu_icache_sync_range(va, sz);
6751         } else {
6752                 u_int len, offset;
6753                 vm_paddr_t pa;
6754
6755                 /* Find the length of data in this page to flush */
6756                 offset = va & PAGE_MASK;
6757                 len = imin(PAGE_SIZE - offset, sz);
6758
6759                 while (sz != 0) {
6760                         /* Extract the physical address & find it in the DMAP */
6761                         pa = pmap_extract(pmap, va);
6762                         if (pa != 0)
6763                                 cpu_icache_sync_range(PHYS_TO_DMAP(pa), len);
6764
6765                         /* Move to the next page */
6766                         sz -= len;
6767                         va += len;
6768                         /* Set the length for the next iteration */
6769                         len = imin(PAGE_SIZE, sz);
6770                 }
6771         }
6772 }
6773
6774 static int
6775 pmap_stage2_fault(pmap_t pmap, uint64_t esr, uint64_t far)
6776 {
6777         pd_entry_t *pdep;
6778         pt_entry_t *ptep, pte;
6779         int rv, lvl, dfsc;
6780
6781         PMAP_ASSERT_STAGE2(pmap);
6782         rv = KERN_FAILURE;
6783
6784         /* Data and insn aborts use same encoding for FSC field. */
6785         dfsc = esr & ISS_DATA_DFSC_MASK;
6786         switch (dfsc) {
6787         case ISS_DATA_DFSC_TF_L0:
6788         case ISS_DATA_DFSC_TF_L1:
6789         case ISS_DATA_DFSC_TF_L2:
6790         case ISS_DATA_DFSC_TF_L3:
6791                 PMAP_LOCK(pmap);
6792                 pdep = pmap_pde(pmap, far, &lvl);
6793                 if (pdep == NULL || lvl != (dfsc - ISS_DATA_DFSC_TF_L1)) {
6794                         PMAP_LOCK(pmap);
6795                         break;
6796                 }
6797
6798                 switch (lvl) {
6799                 case 0:
6800                         ptep = pmap_l0_to_l1(pdep, far);
6801                         break;
6802                 case 1:
6803                         ptep = pmap_l1_to_l2(pdep, far);
6804                         break;
6805                 case 2:
6806                         ptep = pmap_l2_to_l3(pdep, far);
6807                         break;
6808                 default:
6809                         panic("%s: Invalid pde level %d", __func__,lvl);
6810                 }
6811                 goto fault_exec;
6812
6813         case ISS_DATA_DFSC_AFF_L1:
6814         case ISS_DATA_DFSC_AFF_L2:
6815         case ISS_DATA_DFSC_AFF_L3:
6816                 PMAP_LOCK(pmap);
6817                 ptep = pmap_pte(pmap, far, &lvl);
6818 fault_exec:
6819                 if (ptep != NULL && (pte = pmap_load(ptep)) != 0) {
6820                         if (icache_vmid) {
6821                                 pmap_invalidate_vpipt_icache();
6822                         } else {
6823                                 /*
6824                                  * If accessing an executable page invalidate
6825                                  * the I-cache so it will be valid when we
6826                                  * continue execution in the guest. The D-cache
6827                                  * is assumed to already be clean to the Point
6828                                  * of Coherency.
6829                                  */
6830                                 if ((pte & ATTR_S2_XN_MASK) !=
6831                                     ATTR_S2_XN(ATTR_S2_XN_NONE)) {
6832                                         invalidate_icache();
6833                                 }
6834                         }
6835                         pmap_set_bits(ptep, ATTR_AF | ATTR_DESCR_VALID);
6836                         rv = KERN_SUCCESS;
6837                 }
6838                 PMAP_UNLOCK(pmap);
6839                 break;
6840         }
6841
6842         return (rv);
6843 }
6844
6845 int
6846 pmap_fault(pmap_t pmap, uint64_t esr, uint64_t far)
6847 {
6848         pt_entry_t pte, *ptep;
6849         register_t intr;
6850         uint64_t ec, par;
6851         int lvl, rv;
6852
6853         rv = KERN_FAILURE;
6854
6855         ec = ESR_ELx_EXCEPTION(esr);
6856         switch (ec) {
6857         case EXCP_INSN_ABORT_L:
6858         case EXCP_INSN_ABORT:
6859         case EXCP_DATA_ABORT_L:
6860         case EXCP_DATA_ABORT:
6861                 break;
6862         default:
6863                 return (rv);
6864         }
6865
6866         if (pmap->pm_stage == PM_STAGE2)
6867                 return (pmap_stage2_fault(pmap, esr, far));
6868
6869         /* Data and insn aborts use same encoding for FSC field. */
6870         switch (esr & ISS_DATA_DFSC_MASK) {
6871         case ISS_DATA_DFSC_AFF_L1:
6872         case ISS_DATA_DFSC_AFF_L2:
6873         case ISS_DATA_DFSC_AFF_L3:
6874                 PMAP_LOCK(pmap);
6875                 ptep = pmap_pte(pmap, far, &lvl);
6876                 if (ptep != NULL) {
6877                         pmap_set_bits(ptep, ATTR_AF);
6878                         rv = KERN_SUCCESS;
6879                         /*
6880                          * XXXMJ as an optimization we could mark the entry
6881                          * dirty if this is a write fault.
6882                          */
6883                 }
6884                 PMAP_UNLOCK(pmap);
6885                 break;
6886         case ISS_DATA_DFSC_PF_L1:
6887         case ISS_DATA_DFSC_PF_L2:
6888         case ISS_DATA_DFSC_PF_L3:
6889                 if ((ec != EXCP_DATA_ABORT_L && ec != EXCP_DATA_ABORT) ||
6890                     (esr & ISS_DATA_WnR) == 0)
6891                         return (rv);
6892                 PMAP_LOCK(pmap);
6893                 ptep = pmap_pte(pmap, far, &lvl);
6894                 if (ptep != NULL &&
6895                     ((pte = pmap_load(ptep)) & ATTR_SW_DBM) != 0) {
6896                         if ((pte & ATTR_S1_AP_RW_BIT) ==
6897                             ATTR_S1_AP(ATTR_S1_AP_RO)) {
6898                                 pmap_clear_bits(ptep, ATTR_S1_AP_RW_BIT);
6899                                 pmap_invalidate_page(pmap, far);
6900                         }
6901                         rv = KERN_SUCCESS;
6902                 }
6903                 PMAP_UNLOCK(pmap);
6904                 break;
6905         case ISS_DATA_DFSC_TF_L0:
6906         case ISS_DATA_DFSC_TF_L1:
6907         case ISS_DATA_DFSC_TF_L2:
6908         case ISS_DATA_DFSC_TF_L3:
6909                 /*
6910                  * Retry the translation.  A break-before-make sequence can
6911                  * produce a transient fault.
6912                  */
6913                 if (pmap == kernel_pmap) {
6914                         /*
6915                          * The translation fault may have occurred within a
6916                          * critical section.  Therefore, we must check the
6917                          * address without acquiring the kernel pmap's lock.
6918                          */
6919                         if (pmap_klookup(far, NULL))
6920                                 rv = KERN_SUCCESS;
6921                 } else {
6922                         PMAP_LOCK(pmap);
6923                         /* Ask the MMU to check the address. */
6924                         intr = intr_disable();
6925                         par = arm64_address_translate_s1e0r(far);
6926                         intr_restore(intr);
6927                         PMAP_UNLOCK(pmap);
6928
6929                         /*
6930                          * If the translation was successful, then we can
6931                          * return success to the trap handler.
6932                          */
6933                         if (PAR_SUCCESS(par))
6934                                 rv = KERN_SUCCESS;
6935                 }
6936                 break;
6937         }
6938
6939         return (rv);
6940 }
6941
6942 /*
6943  *      Increase the starting virtual address of the given mapping if a
6944  *      different alignment might result in more superpage mappings.
6945  */
6946 void
6947 pmap_align_superpage(vm_object_t object, vm_ooffset_t offset,
6948     vm_offset_t *addr, vm_size_t size)
6949 {
6950         vm_offset_t superpage_offset;
6951
6952         if (size < L2_SIZE)
6953                 return;
6954         if (object != NULL && (object->flags & OBJ_COLORED) != 0)
6955                 offset += ptoa(object->pg_color);
6956         superpage_offset = offset & L2_OFFSET;
6957         if (size - ((L2_SIZE - superpage_offset) & L2_OFFSET) < L2_SIZE ||
6958             (*addr & L2_OFFSET) == superpage_offset)
6959                 return;
6960         if ((*addr & L2_OFFSET) < superpage_offset)
6961                 *addr = (*addr & ~L2_OFFSET) + superpage_offset;
6962         else
6963                 *addr = ((*addr + L2_OFFSET) & ~L2_OFFSET) + superpage_offset;
6964 }
6965
6966 /**
6967  * Get the kernel virtual address of a set of physical pages. If there are
6968  * physical addresses not covered by the DMAP perform a transient mapping
6969  * that will be removed when calling pmap_unmap_io_transient.
6970  *
6971  * \param page        The pages the caller wishes to obtain the virtual
6972  *                    address on the kernel memory map.
6973  * \param vaddr       On return contains the kernel virtual memory address
6974  *                    of the pages passed in the page parameter.
6975  * \param count       Number of pages passed in.
6976  * \param can_fault   TRUE if the thread using the mapped pages can take
6977  *                    page faults, FALSE otherwise.
6978  *
6979  * \returns TRUE if the caller must call pmap_unmap_io_transient when
6980  *          finished or FALSE otherwise.
6981  *
6982  */
6983 boolean_t
6984 pmap_map_io_transient(vm_page_t page[], vm_offset_t vaddr[], int count,
6985     boolean_t can_fault)
6986 {
6987         vm_paddr_t paddr;
6988         boolean_t needs_mapping;
6989         int error, i;
6990
6991         /*
6992          * Allocate any KVA space that we need, this is done in a separate
6993          * loop to prevent calling vmem_alloc while pinned.
6994          */
6995         needs_mapping = FALSE;
6996         for (i = 0; i < count; i++) {
6997                 paddr = VM_PAGE_TO_PHYS(page[i]);
6998                 if (__predict_false(!PHYS_IN_DMAP(paddr))) {
6999                         error = vmem_alloc(kernel_arena, PAGE_SIZE,
7000                             M_BESTFIT | M_WAITOK, &vaddr[i]);
7001                         KASSERT(error == 0, ("vmem_alloc failed: %d", error));
7002                         needs_mapping = TRUE;
7003                 } else {
7004                         vaddr[i] = PHYS_TO_DMAP(paddr);
7005                 }
7006         }
7007
7008         /* Exit early if everything is covered by the DMAP */
7009         if (!needs_mapping)
7010                 return (FALSE);
7011
7012         if (!can_fault)
7013                 sched_pin();
7014         for (i = 0; i < count; i++) {
7015                 paddr = VM_PAGE_TO_PHYS(page[i]);
7016                 if (!PHYS_IN_DMAP(paddr)) {
7017                         panic(
7018                            "pmap_map_io_transient: TODO: Map out of DMAP data");
7019                 }
7020         }
7021
7022         return (needs_mapping);
7023 }
7024
7025 void
7026 pmap_unmap_io_transient(vm_page_t page[], vm_offset_t vaddr[], int count,
7027     boolean_t can_fault)
7028 {
7029         vm_paddr_t paddr;
7030         int i;
7031
7032         if (!can_fault)
7033                 sched_unpin();
7034         for (i = 0; i < count; i++) {
7035                 paddr = VM_PAGE_TO_PHYS(page[i]);
7036                 if (!PHYS_IN_DMAP(paddr)) {
7037                         panic("ARM64TODO: pmap_unmap_io_transient: Unmap data");
7038                 }
7039         }
7040 }
7041
7042 boolean_t
7043 pmap_is_valid_memattr(pmap_t pmap __unused, vm_memattr_t mode)
7044 {
7045
7046         return (mode >= VM_MEMATTR_DEVICE && mode <= VM_MEMATTR_WRITE_THROUGH);
7047 }
7048
7049 /*
7050  * Track a range of the kernel's virtual address space that is contiguous
7051  * in various mapping attributes.
7052  */
7053 struct pmap_kernel_map_range {
7054         vm_offset_t sva;
7055         pt_entry_t attrs;
7056         int l3pages;
7057         int l3contig;
7058         int l2blocks;
7059         int l1blocks;
7060 };
7061
7062 static void
7063 sysctl_kmaps_dump(struct sbuf *sb, struct pmap_kernel_map_range *range,
7064     vm_offset_t eva)
7065 {
7066         const char *mode;
7067         int index;
7068
7069         if (eva <= range->sva)
7070                 return;
7071
7072         index = range->attrs & ATTR_S1_IDX_MASK;
7073         switch (index) {
7074         case ATTR_S1_IDX(VM_MEMATTR_DEVICE):
7075                 mode = "DEV";
7076                 break;
7077         case ATTR_S1_IDX(VM_MEMATTR_UNCACHEABLE):
7078                 mode = "UC";
7079                 break;
7080         case ATTR_S1_IDX(VM_MEMATTR_WRITE_BACK):
7081                 mode = "WB";
7082                 break;
7083         case ATTR_S1_IDX(VM_MEMATTR_WRITE_THROUGH):
7084                 mode = "WT";
7085                 break;
7086         default:
7087                 printf(
7088                     "%s: unknown memory type %x for range 0x%016lx-0x%016lx\n",
7089                     __func__, index, range->sva, eva);
7090                 mode = "??";
7091                 break;
7092         }
7093
7094         sbuf_printf(sb, "0x%016lx-0x%016lx r%c%c%c %3s %d %d %d %d\n",
7095             range->sva, eva,
7096             (range->attrs & ATTR_S1_AP_RW_BIT) == ATTR_S1_AP_RW ? 'w' : '-',
7097             (range->attrs & ATTR_S1_PXN) != 0 ? '-' : 'x',
7098             (range->attrs & ATTR_S1_AP_USER) != 0 ? 'u' : 's',
7099             mode, range->l1blocks, range->l2blocks, range->l3contig,
7100             range->l3pages);
7101
7102         /* Reset to sentinel value. */
7103         range->sva = 0xfffffffffffffffful;
7104 }
7105
7106 /*
7107  * Determine whether the attributes specified by a page table entry match those
7108  * being tracked by the current range.
7109  */
7110 static bool
7111 sysctl_kmaps_match(struct pmap_kernel_map_range *range, pt_entry_t attrs)
7112 {
7113
7114         return (range->attrs == attrs);
7115 }
7116
7117 static void
7118 sysctl_kmaps_reinit(struct pmap_kernel_map_range *range, vm_offset_t va,
7119     pt_entry_t attrs)
7120 {
7121
7122         memset(range, 0, sizeof(*range));
7123         range->sva = va;
7124         range->attrs = attrs;
7125 }
7126
7127 /*
7128  * Given a leaf PTE, derive the mapping's attributes.  If they do not match
7129  * those of the current run, dump the address range and its attributes, and
7130  * begin a new run.
7131  */
7132 static void
7133 sysctl_kmaps_check(struct sbuf *sb, struct pmap_kernel_map_range *range,
7134     vm_offset_t va, pd_entry_t l0e, pd_entry_t l1e, pd_entry_t l2e,
7135     pt_entry_t l3e)
7136 {
7137         pt_entry_t attrs;
7138
7139         attrs = l0e & (ATTR_S1_AP_MASK | ATTR_S1_XN);
7140         attrs |= l1e & (ATTR_S1_AP_MASK | ATTR_S1_XN);
7141         if ((l1e & ATTR_DESCR_MASK) == L1_BLOCK)
7142                 attrs |= l1e & ATTR_S1_IDX_MASK;
7143         attrs |= l2e & (ATTR_S1_AP_MASK | ATTR_S1_XN);
7144         if ((l2e & ATTR_DESCR_MASK) == L2_BLOCK)
7145                 attrs |= l2e & ATTR_S1_IDX_MASK;
7146         attrs |= l3e & (ATTR_S1_AP_MASK | ATTR_S1_XN | ATTR_S1_IDX_MASK);
7147
7148         if (range->sva > va || !sysctl_kmaps_match(range, attrs)) {
7149                 sysctl_kmaps_dump(sb, range, va);
7150                 sysctl_kmaps_reinit(range, va, attrs);
7151         }
7152 }
7153
7154 static int
7155 sysctl_kmaps(SYSCTL_HANDLER_ARGS)
7156 {
7157         struct pmap_kernel_map_range range;
7158         struct sbuf sbuf, *sb;
7159         pd_entry_t l0e, *l1, l1e, *l2, l2e;
7160         pt_entry_t *l3, l3e;
7161         vm_offset_t sva;
7162         vm_paddr_t pa;
7163         int error, i, j, k, l;
7164
7165         error = sysctl_wire_old_buffer(req, 0);
7166         if (error != 0)
7167                 return (error);
7168         sb = &sbuf;
7169         sbuf_new_for_sysctl(sb, NULL, PAGE_SIZE, req);
7170
7171         /* Sentinel value. */
7172         range.sva = 0xfffffffffffffffful;
7173
7174         /*
7175          * Iterate over the kernel page tables without holding the kernel pmap
7176          * lock.  Kernel page table pages are never freed, so at worst we will
7177          * observe inconsistencies in the output.
7178          */
7179         for (sva = 0xffff000000000000ul, i = pmap_l0_index(sva); i < Ln_ENTRIES;
7180             i++) {
7181                 if (i == pmap_l0_index(DMAP_MIN_ADDRESS))
7182                         sbuf_printf(sb, "\nDirect map:\n");
7183                 else if (i == pmap_l0_index(VM_MIN_KERNEL_ADDRESS))
7184                         sbuf_printf(sb, "\nKernel map:\n");
7185
7186                 l0e = kernel_pmap->pm_l0[i];
7187                 if ((l0e & ATTR_DESCR_VALID) == 0) {
7188                         sysctl_kmaps_dump(sb, &range, sva);
7189                         sva += L0_SIZE;
7190                         continue;
7191                 }
7192                 pa = l0e & ~ATTR_MASK;
7193                 l1 = (pd_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(pa);
7194
7195                 for (j = pmap_l1_index(sva); j < Ln_ENTRIES; j++) {
7196                         l1e = l1[j];
7197                         if ((l1e & ATTR_DESCR_VALID) == 0) {
7198                                 sysctl_kmaps_dump(sb, &range, sva);
7199                                 sva += L1_SIZE;
7200                                 continue;
7201                         }
7202                         if ((l1e & ATTR_DESCR_MASK) == L1_BLOCK) {
7203                                 sysctl_kmaps_check(sb, &range, sva, l0e, l1e,
7204                                     0, 0);
7205                                 range.l1blocks++;
7206                                 sva += L1_SIZE;
7207                                 continue;
7208                         }
7209                         pa = l1e & ~ATTR_MASK;
7210                         l2 = (pd_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(pa);
7211
7212                         for (k = pmap_l2_index(sva); k < Ln_ENTRIES; k++) {
7213                                 l2e = l2[k];
7214                                 if ((l2e & ATTR_DESCR_VALID) == 0) {
7215                                         sysctl_kmaps_dump(sb, &range, sva);
7216                                         sva += L2_SIZE;
7217                                         continue;
7218                                 }
7219                                 if ((l2e & ATTR_DESCR_MASK) == L2_BLOCK) {
7220                                         sysctl_kmaps_check(sb, &range, sva,
7221                                             l0e, l1e, l2e, 0);
7222                                         range.l2blocks++;
7223                                         sva += L2_SIZE;
7224                                         continue;
7225                                 }
7226                                 pa = l2e & ~ATTR_MASK;
7227                                 l3 = (pt_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(pa);
7228
7229                                 for (l = pmap_l3_index(sva); l < Ln_ENTRIES;
7230                                     l++, sva += L3_SIZE) {
7231                                         l3e = l3[l];
7232                                         if ((l3e & ATTR_DESCR_VALID) == 0) {
7233                                                 sysctl_kmaps_dump(sb, &range,
7234                                                     sva);
7235                                                 continue;
7236                                         }
7237                                         sysctl_kmaps_check(sb, &range, sva,
7238                                             l0e, l1e, l2e, l3e);
7239                                         if ((l3e & ATTR_CONTIGUOUS) != 0)
7240                                                 range.l3contig += l % 16 == 0 ?
7241                                                     1 : 0;
7242                                         else
7243                                                 range.l3pages++;
7244                                 }
7245                         }
7246                 }
7247         }
7248
7249         error = sbuf_finish(sb);
7250         sbuf_delete(sb);
7251         return (error);
7252 }
7253 SYSCTL_OID(_vm_pmap, OID_AUTO, kernel_maps,
7254     CTLTYPE_STRING | CTLFLAG_RD | CTLFLAG_MPSAFE | CTLFLAG_SKIP,
7255     NULL, 0, sysctl_kmaps, "A",
7256     "Dump kernel address layout");