]> CyberLeo.Net >> Repos - FreeBSD/FreeBSD.git/blob - sys/arm64/arm64/pmap.c
contrib/tzdata: import tzdata 2023a
[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 #ifdef NUMA
154 #define PMAP_MEMDOM     MAXMEMDOM
155 #else
156 #define PMAP_MEMDOM     1
157 #endif
158
159 #define PMAP_ASSERT_STAGE1(pmap)        MPASS((pmap)->pm_stage == PM_STAGE1)
160 #define PMAP_ASSERT_STAGE2(pmap)        MPASS((pmap)->pm_stage == PM_STAGE2)
161
162 #define NL0PG           (PAGE_SIZE/(sizeof (pd_entry_t)))
163 #define NL1PG           (PAGE_SIZE/(sizeof (pd_entry_t)))
164 #define NL2PG           (PAGE_SIZE/(sizeof (pd_entry_t)))
165 #define NL3PG           (PAGE_SIZE/(sizeof (pt_entry_t)))
166
167 #define NUL0E           L0_ENTRIES
168 #define NUL1E           (NUL0E * NL1PG)
169 #define NUL2E           (NUL1E * NL2PG)
170
171 #if !defined(DIAGNOSTIC)
172 #ifdef __GNUC_GNU_INLINE__
173 #define PMAP_INLINE     __attribute__((__gnu_inline__)) inline
174 #else
175 #define PMAP_INLINE     extern inline
176 #endif
177 #else
178 #define PMAP_INLINE
179 #endif
180
181 #ifdef PV_STATS
182 #define PV_STAT(x)      do { x ; } while (0)
183 #define __pvused
184 #else
185 #define PV_STAT(x)      do { } while (0)
186 #define __pvused        __unused
187 #endif
188
189 #define pmap_l0_pindex(v)       (NUL2E + NUL1E + ((v) >> L0_SHIFT))
190 #define pmap_l1_pindex(v)       (NUL2E + ((v) >> L1_SHIFT))
191 #define pmap_l2_pindex(v)       ((v) >> L2_SHIFT)
192
193 struct pmap_large_md_page {
194         struct rwlock   pv_lock;
195         struct md_page  pv_page;
196         /* Pad to a power of 2, see pmap_init_pv_table(). */
197         int             pv_pad[2];
198 };
199
200 static struct pmap_large_md_page *
201 _pa_to_pmdp(vm_paddr_t pa)
202 {
203         struct vm_phys_seg *seg;
204         int segind;
205
206         for (segind = 0; segind < vm_phys_nsegs; segind++) {
207                 seg = &vm_phys_segs[segind];
208                 if (pa >= seg->start && pa < seg->end)
209                         return ((struct pmap_large_md_page *)seg->md_first +
210                             pmap_l2_pindex(pa) - pmap_l2_pindex(seg->start));
211         }
212         return (NULL);
213 }
214
215 static struct pmap_large_md_page *
216 pa_to_pmdp(vm_paddr_t pa)
217 {
218         struct pmap_large_md_page *pvd;
219
220         pvd = _pa_to_pmdp(pa);
221         if (pvd == NULL)
222                 panic("pa 0x%jx not within vm_phys_segs", (uintmax_t)pa);
223         return (pvd);
224 }
225
226 static struct pmap_large_md_page *
227 page_to_pmdp(vm_page_t m)
228 {
229         struct vm_phys_seg *seg;
230
231         seg = &vm_phys_segs[m->segind];
232         return ((struct pmap_large_md_page *)seg->md_first +
233             pmap_l2_pindex(VM_PAGE_TO_PHYS(m)) - pmap_l2_pindex(seg->start));
234 }
235
236 #define pa_to_pvh(pa)   (&(pa_to_pmdp(pa)->pv_page))
237 #define page_to_pvh(m)  (&(page_to_pmdp(m)->pv_page))
238
239 #define PHYS_TO_PV_LIST_LOCK(pa)        ({                      \
240         struct pmap_large_md_page *_pvd;                        \
241         struct rwlock *_lock;                                   \
242         _pvd = _pa_to_pmdp(pa);                                 \
243         if (__predict_false(_pvd == NULL))                      \
244                 _lock = &pv_dummy_large.pv_lock;                \
245         else                                                    \
246                 _lock = &(_pvd->pv_lock);                       \
247         _lock;                                                  \
248 })
249
250 #define CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_PHYS(lockp, pa)  do {    \
251         struct rwlock **_lockp = (lockp);               \
252         struct rwlock *_new_lock;                       \
253                                                         \
254         _new_lock = PHYS_TO_PV_LIST_LOCK(pa);           \
255         if (_new_lock != *_lockp) {                     \
256                 if (*_lockp != NULL)                    \
257                         rw_wunlock(*_lockp);            \
258                 *_lockp = _new_lock;                    \
259                 rw_wlock(*_lockp);                      \
260         }                                               \
261 } while (0)
262
263 #define CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_VM_PAGE(lockp, m)        \
264                         CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_PHYS(lockp, VM_PAGE_TO_PHYS(m))
265
266 #define RELEASE_PV_LIST_LOCK(lockp)             do {    \
267         struct rwlock **_lockp = (lockp);               \
268                                                         \
269         if (*_lockp != NULL) {                          \
270                 rw_wunlock(*_lockp);                    \
271                 *_lockp = NULL;                         \
272         }                                               \
273 } while (0)
274
275 #define VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m)      \
276                         PHYS_TO_PV_LIST_LOCK(VM_PAGE_TO_PHYS(m))
277
278 /*
279  * The presence of this flag indicates that the mapping is writeable.
280  * If the ATTR_S1_AP_RO bit is also set, then the mapping is clean, otherwise
281  * it is dirty.  This flag may only be set on managed mappings.
282  *
283  * The DBM bit is reserved on ARMv8.0 but it seems we can safely treat it
284  * as a software managed bit.
285  */
286 #define ATTR_SW_DBM     ATTR_DBM
287
288 struct pmap kernel_pmap_store;
289
290 /* Used for mapping ACPI memory before VM is initialized */
291 #define PMAP_PREINIT_MAPPING_COUNT      32
292 #define PMAP_PREINIT_MAPPING_SIZE       (PMAP_PREINIT_MAPPING_COUNT * L2_SIZE)
293 static vm_offset_t preinit_map_va;      /* Start VA of pre-init mapping space */
294 static int vm_initialized = 0;          /* No need to use pre-init maps when set */
295
296 /*
297  * Reserve a few L2 blocks starting from 'preinit_map_va' pointer.
298  * Always map entire L2 block for simplicity.
299  * VA of L2 block = preinit_map_va + i * L2_SIZE
300  */
301 static struct pmap_preinit_mapping {
302         vm_paddr_t      pa;
303         vm_offset_t     va;
304         vm_size_t       size;
305 } pmap_preinit_mapping[PMAP_PREINIT_MAPPING_COUNT];
306
307 vm_offset_t virtual_avail;      /* VA of first avail page (after kernel bss) */
308 vm_offset_t virtual_end;        /* VA of last avail page (end of kernel AS) */
309 vm_offset_t kernel_vm_end = 0;
310
311 /*
312  * Data for the pv entry allocation mechanism.
313  */
314 #ifdef NUMA
315 static __inline int
316 pc_to_domain(struct pv_chunk *pc)
317 {
318         return (vm_phys_domain(DMAP_TO_PHYS((vm_offset_t)pc)));
319 }
320 #else
321 static __inline int
322 pc_to_domain(struct pv_chunk *pc __unused)
323 {
324         return (0);
325 }
326 #endif
327
328 struct pv_chunks_list {
329         struct mtx pvc_lock;
330         TAILQ_HEAD(pch, pv_chunk) pvc_list;
331         int active_reclaims;
332 } __aligned(CACHE_LINE_SIZE);
333
334 struct pv_chunks_list __exclusive_cache_line pv_chunks[PMAP_MEMDOM];
335
336 __exclusive_cache_line static struct pmap_large_md_page pv_dummy_large;
337 #define pv_dummy pv_dummy_large.pv_page
338 __read_mostly static struct pmap_large_md_page *pv_table;
339 __read_mostly vm_paddr_t pmap_last_pa;
340
341 vm_paddr_t dmap_phys_base;      /* The start of the dmap region */
342 vm_paddr_t dmap_phys_max;       /* The limit of the dmap region */
343 vm_offset_t dmap_max_addr;      /* The virtual address limit of the dmap */
344
345 extern pt_entry_t pagetable_l0_ttbr1[];
346
347 #define PHYSMAP_SIZE    (2 * (VM_PHYSSEG_MAX - 1))
348 static vm_paddr_t physmap[PHYSMAP_SIZE];
349 static u_int physmap_idx;
350
351 static SYSCTL_NODE(_vm, OID_AUTO, pmap, CTLFLAG_RD | CTLFLAG_MPSAFE, 0,
352     "VM/pmap parameters");
353
354 #if PAGE_SIZE == PAGE_SIZE_4K
355 #define L1_BLOCKS_SUPPORTED     1
356 #else
357 /* TODO: Make this dynamic when we support FEAT_LPA2 (TCR_EL1.DS == 1) */
358 #define L1_BLOCKS_SUPPORTED     0
359 #endif
360
361 #define PMAP_ASSERT_L1_BLOCKS_SUPPORTED MPASS(L1_BLOCKS_SUPPORTED)
362
363 /*
364  * This ASID allocator uses a bit vector ("asid_set") to remember which ASIDs
365  * that it has currently allocated to a pmap, a cursor ("asid_next") to
366  * optimize its search for a free ASID in the bit vector, and an epoch number
367  * ("asid_epoch") to indicate when it has reclaimed all previously allocated
368  * ASIDs that are not currently active on a processor.
369  *
370  * The current epoch number is always in the range [0, INT_MAX).  Negative
371  * numbers and INT_MAX are reserved for special cases that are described
372  * below.
373  */
374 struct asid_set {
375         int asid_bits;
376         bitstr_t *asid_set;
377         int asid_set_size;
378         int asid_next;
379         int asid_epoch;
380         struct mtx asid_set_mutex;
381 };
382
383 static struct asid_set asids;
384 static struct asid_set vmids;
385
386 static SYSCTL_NODE(_vm_pmap, OID_AUTO, asid, CTLFLAG_RD | CTLFLAG_MPSAFE, 0,
387     "ASID allocator");
388 SYSCTL_INT(_vm_pmap_asid, OID_AUTO, bits, CTLFLAG_RD, &asids.asid_bits, 0,
389     "The number of bits in an ASID");
390 SYSCTL_INT(_vm_pmap_asid, OID_AUTO, next, CTLFLAG_RD, &asids.asid_next, 0,
391     "The last allocated ASID plus one");
392 SYSCTL_INT(_vm_pmap_asid, OID_AUTO, epoch, CTLFLAG_RD, &asids.asid_epoch, 0,
393     "The current epoch number");
394
395 static SYSCTL_NODE(_vm_pmap, OID_AUTO, vmid, CTLFLAG_RD, 0, "VMID allocator");
396 SYSCTL_INT(_vm_pmap_vmid, OID_AUTO, bits, CTLFLAG_RD, &vmids.asid_bits, 0,
397     "The number of bits in an VMID");
398 SYSCTL_INT(_vm_pmap_vmid, OID_AUTO, next, CTLFLAG_RD, &vmids.asid_next, 0,
399     "The last allocated VMID plus one");
400 SYSCTL_INT(_vm_pmap_vmid, OID_AUTO, epoch, CTLFLAG_RD, &vmids.asid_epoch, 0,
401     "The current epoch number");
402
403 void (*pmap_clean_stage2_tlbi)(void);
404 void (*pmap_invalidate_vpipt_icache)(void);
405 void (*pmap_stage2_invalidate_range)(uint64_t, vm_offset_t, vm_offset_t, bool);
406 void (*pmap_stage2_invalidate_all)(uint64_t);
407
408 /*
409  * A pmap's cookie encodes an ASID and epoch number.  Cookies for reserved
410  * ASIDs have a negative epoch number, specifically, INT_MIN.  Cookies for
411  * dynamically allocated ASIDs have a non-negative epoch number.
412  *
413  * An invalid ASID is represented by -1.
414  *
415  * There are two special-case cookie values: (1) COOKIE_FROM(-1, INT_MIN),
416  * which indicates that an ASID should never be allocated to the pmap, and
417  * (2) COOKIE_FROM(-1, INT_MAX), which indicates that an ASID should be
418  * allocated when the pmap is next activated.
419  */
420 #define COOKIE_FROM(asid, epoch)        ((long)((u_int)(asid) | \
421                                             ((u_long)(epoch) << 32)))
422 #define COOKIE_TO_ASID(cookie)          ((int)(cookie))
423 #define COOKIE_TO_EPOCH(cookie)         ((int)((u_long)(cookie) >> 32))
424
425 #define TLBI_VA_SHIFT                   12
426 #define TLBI_VA_MASK                    ((1ul << 44) - 1)
427 #define TLBI_VA(addr)                   (((addr) >> TLBI_VA_SHIFT) & TLBI_VA_MASK)
428 #define TLBI_VA_L3_INCR                 (L3_SIZE >> TLBI_VA_SHIFT)
429
430 static int superpages_enabled = 1;
431 SYSCTL_INT(_vm_pmap, OID_AUTO, superpages_enabled,
432     CTLFLAG_RDTUN | CTLFLAG_NOFETCH, &superpages_enabled, 0,
433     "Are large page mappings enabled?");
434
435 /*
436  * Internal flags for pmap_enter()'s helper functions.
437  */
438 #define PMAP_ENTER_NORECLAIM    0x1000000       /* Don't reclaim PV entries. */
439 #define PMAP_ENTER_NOREPLACE    0x2000000       /* Don't replace mappings. */
440
441 TAILQ_HEAD(pv_chunklist, pv_chunk);
442
443 static void     free_pv_chunk(struct pv_chunk *pc);
444 static void     free_pv_chunk_batch(struct pv_chunklist *batch);
445 static void     free_pv_entry(pmap_t pmap, pv_entry_t pv);
446 static pv_entry_t get_pv_entry(pmap_t pmap, struct rwlock **lockp);
447 static vm_page_t reclaim_pv_chunk(pmap_t locked_pmap, struct rwlock **lockp);
448 static void     pmap_pvh_free(struct md_page *pvh, pmap_t pmap, vm_offset_t va);
449 static pv_entry_t pmap_pvh_remove(struct md_page *pvh, pmap_t pmap,
450                     vm_offset_t va);
451
452 static void pmap_abort_ptp(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t mpte);
453 static bool pmap_activate_int(pmap_t pmap);
454 static void pmap_alloc_asid(pmap_t pmap);
455 static int pmap_change_props_locked(vm_offset_t va, vm_size_t size,
456     vm_prot_t prot, int mode, bool skip_unmapped);
457 static pt_entry_t *pmap_demote_l1(pmap_t pmap, pt_entry_t *l1, vm_offset_t va);
458 static pt_entry_t *pmap_demote_l2_locked(pmap_t pmap, pt_entry_t *l2,
459     vm_offset_t va, struct rwlock **lockp);
460 static pt_entry_t *pmap_demote_l2(pmap_t pmap, pt_entry_t *l2, vm_offset_t va);
461 static vm_page_t pmap_enter_quick_locked(pmap_t pmap, vm_offset_t va,
462     vm_page_t m, vm_prot_t prot, vm_page_t mpte, struct rwlock **lockp);
463 static int pmap_enter_l2(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t new_l2,
464     u_int flags, vm_page_t m, struct rwlock **lockp);
465 static int pmap_remove_l2(pmap_t pmap, pt_entry_t *l2, vm_offset_t sva,
466     pd_entry_t l1e, struct spglist *free, struct rwlock **lockp);
467 static int pmap_remove_l3(pmap_t pmap, pt_entry_t *l3, vm_offset_t sva,
468     pd_entry_t l2e, struct spglist *free, struct rwlock **lockp);
469 static void pmap_reset_asid_set(pmap_t pmap);
470 static boolean_t pmap_try_insert_pv_entry(pmap_t pmap, vm_offset_t va,
471     vm_page_t m, struct rwlock **lockp);
472
473 static vm_page_t _pmap_alloc_l3(pmap_t pmap, vm_pindex_t ptepindex,
474                 struct rwlock **lockp);
475
476 static void _pmap_unwire_l3(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m,
477     struct spglist *free);
478 static int pmap_unuse_pt(pmap_t, vm_offset_t, pd_entry_t, struct spglist *);
479 static __inline vm_page_t pmap_remove_pt_page(pmap_t pmap, vm_offset_t va);
480
481 /*
482  * These load the old table data and store the new value.
483  * They need to be atomic as the System MMU may write to the table at
484  * the same time as the CPU.
485  */
486 #define pmap_clear(table)               atomic_store_64(table, 0)
487 #define pmap_clear_bits(table, bits)    atomic_clear_64(table, bits)
488 #define pmap_load(table)                (*table)
489 #define pmap_load_clear(table)          atomic_swap_64(table, 0)
490 #define pmap_load_store(table, entry)   atomic_swap_64(table, entry)
491 #define pmap_set_bits(table, bits)      atomic_set_64(table, bits)
492 #define pmap_store(table, entry)        atomic_store_64(table, entry)
493
494 /********************/
495 /* Inline functions */
496 /********************/
497
498 static __inline void
499 pagecopy(void *s, void *d)
500 {
501
502         memcpy(d, s, PAGE_SIZE);
503 }
504
505 static __inline pd_entry_t *
506 pmap_l0(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
507 {
508
509         return (&pmap->pm_l0[pmap_l0_index(va)]);
510 }
511
512 static __inline pd_entry_t *
513 pmap_l0_to_l1(pd_entry_t *l0, vm_offset_t va)
514 {
515         pd_entry_t *l1;
516
517         l1 = (pd_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(pmap_load(l0) & ~ATTR_MASK);
518         return (&l1[pmap_l1_index(va)]);
519 }
520
521 static __inline pd_entry_t *
522 pmap_l1(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
523 {
524         pd_entry_t *l0;
525
526         l0 = pmap_l0(pmap, va);
527         if ((pmap_load(l0) & ATTR_DESCR_MASK) != L0_TABLE)
528                 return (NULL);
529
530         return (pmap_l0_to_l1(l0, va));
531 }
532
533 static __inline pd_entry_t *
534 pmap_l1_to_l2(pd_entry_t *l1p, vm_offset_t va)
535 {
536         pd_entry_t l1, *l2p;
537
538         l1 = pmap_load(l1p);
539
540         KASSERT(ADDR_IS_CANONICAL(va),
541             ("%s: Address not in canonical form: %lx", __func__, va));
542         /*
543          * The valid bit may be clear if pmap_update_entry() is concurrently
544          * modifying the entry, so for KVA only the entry type may be checked.
545          */
546         KASSERT(ADDR_IS_KERNEL(va) || (l1 & ATTR_DESCR_VALID) != 0,
547             ("%s: L1 entry %#lx for %#lx is invalid", __func__, l1, va));
548         KASSERT((l1 & ATTR_DESCR_TYPE_MASK) == ATTR_DESCR_TYPE_TABLE,
549             ("%s: L1 entry %#lx for %#lx is a leaf", __func__, l1, va));
550         l2p = (pd_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(l1 & ~ATTR_MASK);
551         return (&l2p[pmap_l2_index(va)]);
552 }
553
554 static __inline pd_entry_t *
555 pmap_l2(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
556 {
557         pd_entry_t *l1;
558
559         l1 = pmap_l1(pmap, va);
560         if ((pmap_load(l1) & ATTR_DESCR_MASK) != L1_TABLE)
561                 return (NULL);
562
563         return (pmap_l1_to_l2(l1, va));
564 }
565
566 static __inline pt_entry_t *
567 pmap_l2_to_l3(pd_entry_t *l2p, vm_offset_t va)
568 {
569         pd_entry_t l2;
570         pt_entry_t *l3p;
571
572         l2 = pmap_load(l2p);
573
574         KASSERT(ADDR_IS_CANONICAL(va),
575             ("%s: Address not in canonical form: %lx", __func__, va));
576         /*
577          * The valid bit may be clear if pmap_update_entry() is concurrently
578          * modifying the entry, so for KVA only the entry type may be checked.
579          */
580         KASSERT(ADDR_IS_KERNEL(va) || (l2 & ATTR_DESCR_VALID) != 0,
581             ("%s: L2 entry %#lx for %#lx is invalid", __func__, l2, va));
582         KASSERT((l2 & ATTR_DESCR_TYPE_MASK) == ATTR_DESCR_TYPE_TABLE,
583             ("%s: L2 entry %#lx for %#lx is a leaf", __func__, l2, va));
584         l3p = (pt_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(l2 & ~ATTR_MASK);
585         return (&l3p[pmap_l3_index(va)]);
586 }
587
588 /*
589  * Returns the lowest valid pde for a given virtual address.
590  * The next level may or may not point to a valid page or block.
591  */
592 static __inline pd_entry_t *
593 pmap_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, int *level)
594 {
595         pd_entry_t *l0, *l1, *l2, desc;
596
597         l0 = pmap_l0(pmap, va);
598         desc = pmap_load(l0) & ATTR_DESCR_MASK;
599         if (desc != L0_TABLE) {
600                 *level = -1;
601                 return (NULL);
602         }
603
604         l1 = pmap_l0_to_l1(l0, va);
605         desc = pmap_load(l1) & ATTR_DESCR_MASK;
606         if (desc != L1_TABLE) {
607                 *level = 0;
608                 return (l0);
609         }
610
611         l2 = pmap_l1_to_l2(l1, va);
612         desc = pmap_load(l2) & ATTR_DESCR_MASK;
613         if (desc != L2_TABLE) {
614                 *level = 1;
615                 return (l1);
616         }
617
618         *level = 2;
619         return (l2);
620 }
621
622 /*
623  * Returns the lowest valid pte block or table entry for a given virtual
624  * address. If there are no valid entries return NULL and set the level to
625  * the first invalid level.
626  */
627 static __inline pt_entry_t *
628 pmap_pte(pmap_t pmap, vm_offset_t va, int *level)
629 {
630         pd_entry_t *l1, *l2, desc;
631         pt_entry_t *l3;
632
633         l1 = pmap_l1(pmap, va);
634         if (l1 == NULL) {
635                 *level = 0;
636                 return (NULL);
637         }
638         desc = pmap_load(l1) & ATTR_DESCR_MASK;
639         if (desc == L1_BLOCK) {
640                 PMAP_ASSERT_L1_BLOCKS_SUPPORTED;
641                 *level = 1;
642                 return (l1);
643         }
644
645         if (desc != L1_TABLE) {
646                 *level = 1;
647                 return (NULL);
648         }
649
650         l2 = pmap_l1_to_l2(l1, va);
651         desc = pmap_load(l2) & ATTR_DESCR_MASK;
652         if (desc == L2_BLOCK) {
653                 *level = 2;
654                 return (l2);
655         }
656
657         if (desc != L2_TABLE) {
658                 *level = 2;
659                 return (NULL);
660         }
661
662         *level = 3;
663         l3 = pmap_l2_to_l3(l2, va);
664         if ((pmap_load(l3) & ATTR_DESCR_MASK) != L3_PAGE)
665                 return (NULL);
666
667         return (l3);
668 }
669
670 /*
671  * If the given pmap has an L{1,2}_BLOCK or L3_PAGE entry at the specified
672  * level that maps the specified virtual address, then a pointer to that entry
673  * is returned.  Otherwise, NULL is returned, unless INVARIANTS are enabled
674  * and a diagnostic message is provided, in which case this function panics.
675  */
676 static __always_inline pt_entry_t *
677 pmap_pte_exists(pmap_t pmap, vm_offset_t va, int level, const char *diag)
678 {
679         pd_entry_t *l0p, *l1p, *l2p;
680         pt_entry_t desc, *l3p;
681         int walk_level __diagused;
682
683         KASSERT(level >= 0 && level < 4,
684             ("%s: %s passed an out-of-range level (%d)", __func__, diag,
685             level));
686         l0p = pmap_l0(pmap, va);
687         desc = pmap_load(l0p) & ATTR_DESCR_MASK;
688         if (desc == L0_TABLE && level > 0) {
689                 l1p = pmap_l0_to_l1(l0p, va);
690                 desc = pmap_load(l1p) & ATTR_DESCR_MASK;
691                 if (desc == L1_BLOCK && level == 1) {
692                         PMAP_ASSERT_L1_BLOCKS_SUPPORTED;
693                         return (l1p);
694                 }
695                 if (desc == L1_TABLE && level > 1) {
696                         l2p = pmap_l1_to_l2(l1p, va);
697                         desc = pmap_load(l2p) & ATTR_DESCR_MASK;
698                         if (desc == L2_BLOCK && level == 2)
699                                 return (l2p);
700                         else if (desc == L2_TABLE && level > 2) {
701                                 l3p = pmap_l2_to_l3(l2p, va);
702                                 desc = pmap_load(l3p) & ATTR_DESCR_MASK;
703                                 if (desc == L3_PAGE && level == 3)
704                                         return (l3p);
705                                 else
706                                         walk_level = 3;
707                         } else
708                                 walk_level = 2;
709                 } else
710                         walk_level = 1;
711         } else
712                 walk_level = 0;
713         KASSERT(diag == NULL,
714             ("%s: va %#lx not mapped at level %d, desc %ld at level %d",
715             diag, va, level, desc, walk_level));
716         return (NULL);
717 }
718
719 bool
720 pmap_ps_enabled(pmap_t pmap)
721 {
722         /*
723          * Promotion requires a hypervisor call when the kernel is running
724          * in EL1. To stop this disable superpage support on non-stage 1
725          * pmaps for now.
726          */
727         if (pmap->pm_stage != PM_STAGE1)
728                 return (false);
729
730         return (superpages_enabled != 0);
731 }
732
733 bool
734 pmap_get_tables(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t **l0, pd_entry_t **l1,
735     pd_entry_t **l2, pt_entry_t **l3)
736 {
737         pd_entry_t *l0p, *l1p, *l2p;
738
739         if (pmap->pm_l0 == NULL)
740                 return (false);
741
742         l0p = pmap_l0(pmap, va);
743         *l0 = l0p;
744
745         if ((pmap_load(l0p) & ATTR_DESCR_MASK) != L0_TABLE)
746                 return (false);
747
748         l1p = pmap_l0_to_l1(l0p, va);
749         *l1 = l1p;
750
751         if ((pmap_load(l1p) & ATTR_DESCR_MASK) == L1_BLOCK) {
752                 PMAP_ASSERT_L1_BLOCKS_SUPPORTED;
753                 *l2 = NULL;
754                 *l3 = NULL;
755                 return (true);
756         }
757
758         if ((pmap_load(l1p) & ATTR_DESCR_MASK) != L1_TABLE)
759                 return (false);
760
761         l2p = pmap_l1_to_l2(l1p, va);
762         *l2 = l2p;
763
764         if ((pmap_load(l2p) & ATTR_DESCR_MASK) == L2_BLOCK) {
765                 *l3 = NULL;
766                 return (true);
767         }
768
769         if ((pmap_load(l2p) & ATTR_DESCR_MASK) != L2_TABLE)
770                 return (false);
771
772         *l3 = pmap_l2_to_l3(l2p, va);
773
774         return (true);
775 }
776
777 static __inline int
778 pmap_l3_valid(pt_entry_t l3)
779 {
780
781         return ((l3 & ATTR_DESCR_MASK) == L3_PAGE);
782 }
783
784 CTASSERT(L1_BLOCK == L2_BLOCK);
785
786 static pt_entry_t
787 pmap_pte_memattr(pmap_t pmap, vm_memattr_t memattr)
788 {
789         pt_entry_t val;
790
791         if (pmap->pm_stage == PM_STAGE1) {
792                 val = ATTR_S1_IDX(memattr);
793                 if (memattr == VM_MEMATTR_DEVICE)
794                         val |= ATTR_S1_XN;
795                 return (val);
796         }
797
798         val = 0;
799
800         switch (memattr) {
801         case VM_MEMATTR_DEVICE:
802                 return (ATTR_S2_MEMATTR(ATTR_S2_MEMATTR_DEVICE_nGnRnE) |
803                     ATTR_S2_XN(ATTR_S2_XN_ALL));
804         case VM_MEMATTR_UNCACHEABLE:
805                 return (ATTR_S2_MEMATTR(ATTR_S2_MEMATTR_NC));
806         case VM_MEMATTR_WRITE_BACK:
807                 return (ATTR_S2_MEMATTR(ATTR_S2_MEMATTR_WB));
808         case VM_MEMATTR_WRITE_THROUGH:
809                 return (ATTR_S2_MEMATTR(ATTR_S2_MEMATTR_WT));
810         default:
811                 panic("%s: invalid memory attribute %x", __func__, memattr);
812         }
813 }
814
815 static pt_entry_t
816 pmap_pte_prot(pmap_t pmap, vm_prot_t prot)
817 {
818         pt_entry_t val;
819
820         val = 0;
821         if (pmap->pm_stage == PM_STAGE1) {
822                 if ((prot & VM_PROT_EXECUTE) == 0)
823                         val |= ATTR_S1_XN;
824                 if ((prot & VM_PROT_WRITE) == 0)
825                         val |= ATTR_S1_AP(ATTR_S1_AP_RO);
826         } else {
827                 if ((prot & VM_PROT_WRITE) != 0)
828                         val |= ATTR_S2_S2AP(ATTR_S2_S2AP_WRITE);
829                 if ((prot & VM_PROT_READ) != 0)
830                         val |= ATTR_S2_S2AP(ATTR_S2_S2AP_READ);
831                 if ((prot & VM_PROT_EXECUTE) == 0)
832                         val |= ATTR_S2_XN(ATTR_S2_XN_ALL);
833         }
834
835         return (val);
836 }
837
838 /*
839  * Checks if the PTE is dirty.
840  */
841 static inline int
842 pmap_pte_dirty(pmap_t pmap, pt_entry_t pte)
843 {
844
845         KASSERT((pte & ATTR_SW_MANAGED) != 0, ("pte %#lx is unmanaged", pte));
846
847         if (pmap->pm_stage == PM_STAGE1) {
848                 KASSERT((pte & (ATTR_S1_AP_RW_BIT | ATTR_SW_DBM)) != 0,
849                     ("pte %#lx is writeable and missing ATTR_SW_DBM", pte));
850
851                 return ((pte & (ATTR_S1_AP_RW_BIT | ATTR_SW_DBM)) ==
852                     (ATTR_S1_AP(ATTR_S1_AP_RW) | ATTR_SW_DBM));
853         }
854
855         return ((pte & ATTR_S2_S2AP(ATTR_S2_S2AP_WRITE)) ==
856             ATTR_S2_S2AP(ATTR_S2_S2AP_WRITE));
857 }
858
859 static __inline void
860 pmap_resident_count_inc(pmap_t pmap, int count)
861 {
862
863         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
864         pmap->pm_stats.resident_count += count;
865 }
866
867 static __inline void
868 pmap_resident_count_dec(pmap_t pmap, int count)
869 {
870
871         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
872         KASSERT(pmap->pm_stats.resident_count >= count,
873             ("pmap %p resident count underflow %ld %d", pmap,
874             pmap->pm_stats.resident_count, count));
875         pmap->pm_stats.resident_count -= count;
876 }
877
878 static vm_paddr_t
879 pmap_early_vtophys(vm_offset_t va)
880 {
881         vm_paddr_t pa_page;
882
883         pa_page = arm64_address_translate_s1e1r(va) & PAR_PA_MASK;
884         return (pa_page | (va & PAR_LOW_MASK));
885 }
886
887 /* State of the bootstrapped DMAP page tables */
888 struct pmap_bootstrap_state {
889         pt_entry_t      *l1;
890         pt_entry_t      *l2;
891         pt_entry_t      *l3;
892         vm_offset_t     freemempos;
893         vm_offset_t     va;
894         vm_paddr_t      pa;
895         pt_entry_t      table_attrs;
896         u_int           l0_slot;
897         u_int           l1_slot;
898         u_int           l2_slot;
899         bool            dmap_valid;
900 };
901
902 /* The bootstrap state */
903 static struct pmap_bootstrap_state bs_state = {
904         .l1 = NULL,
905         .l2 = NULL,
906         .l3 = NULL,
907         .table_attrs = TATTR_PXN_TABLE,
908         .l0_slot = L0_ENTRIES,
909         .l1_slot = Ln_ENTRIES,
910         .l2_slot = Ln_ENTRIES,
911         .dmap_valid = false,
912 };
913
914 static void
915 pmap_bootstrap_l0_table(struct pmap_bootstrap_state *state)
916 {
917         vm_paddr_t l1_pa;
918         pd_entry_t l0e;
919         u_int l0_slot;
920
921         /* Link the level 0 table to a level 1 table */
922         l0_slot = pmap_l0_index(state->va);
923         if (l0_slot != state->l0_slot) {
924                 /*
925                  * Make sure we move from a low address to high address
926                  * before the DMAP region is ready. This ensures we never
927                  * modify an existing mapping until we can map from a
928                  * physical address to a virtual address.
929                  */
930                 MPASS(state->l0_slot < l0_slot ||
931                     state->l0_slot == L0_ENTRIES ||
932                     state->dmap_valid);
933
934                 /* Reset lower levels */
935                 state->l2 = NULL;
936                 state->l3 = NULL;
937                 state->l1_slot = Ln_ENTRIES;
938                 state->l2_slot = Ln_ENTRIES;
939
940                 /* Check the existing L0 entry */
941                 state->l0_slot = l0_slot;
942                 if (state->dmap_valid) {
943                         l0e = pagetable_l0_ttbr1[l0_slot];
944                         if ((l0e & ATTR_DESCR_VALID) != 0) {
945                                 MPASS((l0e & ATTR_DESCR_MASK) == L0_TABLE);
946                                 l1_pa = l0e & ~ATTR_MASK;
947                                 state->l1 = (pt_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(l1_pa);
948                                 return;
949                         }
950                 }
951
952                 /* Create a new L0 table entry */
953                 state->l1 = (pt_entry_t *)state->freemempos;
954                 memset(state->l1, 0, PAGE_SIZE);
955                 state->freemempos += PAGE_SIZE;
956
957                 l1_pa = pmap_early_vtophys((vm_offset_t)state->l1);
958                 MPASS((l1_pa & Ln_TABLE_MASK) == 0);
959                 MPASS(pagetable_l0_ttbr1[l0_slot] == 0);
960                 pmap_store(&pagetable_l0_ttbr1[l0_slot], l1_pa |
961                     TATTR_UXN_TABLE | TATTR_AP_TABLE_NO_EL0 | L0_TABLE);
962         }
963         KASSERT(state->l1 != NULL, ("%s: NULL l1", __func__));
964 }
965
966 static void
967 pmap_bootstrap_l1_table(struct pmap_bootstrap_state *state)
968 {
969         vm_paddr_t l2_pa;
970         pd_entry_t l1e;
971         u_int l1_slot;
972
973         /* Make sure there is a valid L0 -> L1 table */
974         pmap_bootstrap_l0_table(state);
975
976         /* Link the level 1 table to a level 2 table */
977         l1_slot = pmap_l1_index(state->va);
978         if (l1_slot != state->l1_slot) {
979                 /* See pmap_bootstrap_l0_table for a description */
980                 MPASS(state->l1_slot < l1_slot ||
981                     state->l1_slot == Ln_ENTRIES ||
982                     state->dmap_valid);
983
984                 /* Reset lower levels */
985                 state->l3 = NULL;
986                 state->l2_slot = Ln_ENTRIES;
987
988                 /* Check the existing L1 entry */
989                 state->l1_slot = l1_slot;
990                 if (state->dmap_valid) {
991                         l1e = state->l1[l1_slot];
992                         if ((l1e & ATTR_DESCR_VALID) != 0) {
993                                 MPASS((l1e & ATTR_DESCR_MASK) == L1_TABLE);
994                                 l2_pa = l1e & ~ATTR_MASK;
995                                 state->l2 = (pt_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(l2_pa);
996                                 return;
997                         }
998                 }
999
1000                 /* Create a new L1 table entry */
1001                 state->l2 = (pt_entry_t *)state->freemempos;
1002                 memset(state->l2, 0, PAGE_SIZE);
1003                 state->freemempos += PAGE_SIZE;
1004
1005                 l2_pa = pmap_early_vtophys((vm_offset_t)state->l2);
1006                 MPASS((l2_pa & Ln_TABLE_MASK) == 0);
1007                 MPASS(state->l1[l1_slot] == 0);
1008                 pmap_store(&state->l1[l1_slot], l2_pa | state->table_attrs |
1009                     L1_TABLE);
1010         }
1011         KASSERT(state->l2 != NULL, ("%s: NULL l2", __func__));
1012 }
1013
1014 static void
1015 pmap_bootstrap_l2_table(struct pmap_bootstrap_state *state)
1016 {
1017         vm_paddr_t l3_pa;
1018         pd_entry_t l2e;
1019         u_int l2_slot;
1020
1021         /* Make sure there is a valid L1 -> L2 table */
1022         pmap_bootstrap_l1_table(state);
1023
1024         /* Link the level 2 table to a level 3 table */
1025         l2_slot = pmap_l2_index(state->va);
1026         if (l2_slot != state->l2_slot) {
1027                 /* See pmap_bootstrap_l0_table for a description */
1028                 MPASS(state->l2_slot < l2_slot ||
1029                     state->l2_slot == Ln_ENTRIES ||
1030                     state->dmap_valid);
1031
1032                 /* Check the existing L2 entry */
1033                 state->l2_slot = l2_slot;
1034                 if (state->dmap_valid) {
1035                         l2e = state->l2[l2_slot];
1036                         if ((l2e & ATTR_DESCR_VALID) != 0) {
1037                                 MPASS((l2e & ATTR_DESCR_MASK) == L2_TABLE);
1038                                 l3_pa = l2e & ~ATTR_MASK;
1039                                 state->l3 = (pt_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(l3_pa);
1040                                 return;
1041                         }
1042                 }
1043
1044                 /* Create a new L2 table entry */
1045                 state->l3 = (pt_entry_t *)state->freemempos;
1046                 memset(state->l3, 0, PAGE_SIZE);
1047                 state->freemempos += PAGE_SIZE;
1048
1049                 l3_pa = pmap_early_vtophys((vm_offset_t)state->l3);
1050                 MPASS((l3_pa & Ln_TABLE_MASK) == 0);
1051                 MPASS(state->l2[l2_slot] == 0);
1052                 pmap_store(&state->l2[l2_slot], l3_pa | state->table_attrs |
1053                     L2_TABLE);
1054         }
1055         KASSERT(state->l3 != NULL, ("%s: NULL l3", __func__));
1056 }
1057
1058 static void
1059 pmap_bootstrap_l2_block(struct pmap_bootstrap_state *state, int i)
1060 {
1061         u_int l2_slot;
1062         bool first;
1063
1064         if ((physmap[i + 1] - state->pa) < L2_SIZE)
1065                 return;
1066
1067         /* Make sure there is a valid L1 table */
1068         pmap_bootstrap_l1_table(state);
1069
1070         MPASS((state->va & L2_OFFSET) == 0);
1071         for (first = true;
1072             state->va < DMAP_MAX_ADDRESS &&
1073             (physmap[i + 1] - state->pa) >= L2_SIZE;
1074             state->va += L2_SIZE, state->pa += L2_SIZE) {
1075                 /*
1076                  * Stop if we are about to walk off the end of what the
1077                  * current L1 slot can address.
1078                  */
1079                 if (!first && (state->pa & L1_OFFSET) == 0)
1080                         break;
1081
1082                 first = false;
1083                 l2_slot = pmap_l2_index(state->va);
1084                 MPASS((state->pa & L2_OFFSET) == 0);
1085                 MPASS(state->l2[l2_slot] == 0);
1086                 pmap_store(&state->l2[l2_slot], state->pa | ATTR_DEFAULT |
1087                     ATTR_S1_XN | ATTR_S1_IDX(VM_MEMATTR_WRITE_BACK) |
1088                     L2_BLOCK);
1089         }
1090         MPASS(state->va == (state->pa - dmap_phys_base + DMAP_MIN_ADDRESS));
1091 }
1092
1093 static void
1094 pmap_bootstrap_l3_page(struct pmap_bootstrap_state *state, int i)
1095 {
1096         u_int l3_slot;
1097         bool first;
1098
1099         if ((physmap[i + 1] - state->pa) < L3_SIZE)
1100                 return;
1101
1102         /* Make sure there is a valid L2 table */
1103         pmap_bootstrap_l2_table(state);
1104
1105         MPASS((state->va & L3_OFFSET) == 0);
1106         for (first = true;
1107             state->va < DMAP_MAX_ADDRESS &&
1108             (physmap[i + 1] - state->pa) >= L3_SIZE;
1109             state->va += L3_SIZE, state->pa += L3_SIZE) {
1110                 /*
1111                  * Stop if we are about to walk off the end of what the
1112                  * current L2 slot can address.
1113                  */
1114                 if (!first && (state->pa & L2_OFFSET) == 0)
1115                         break;
1116
1117                 first = false;
1118                 l3_slot = pmap_l3_index(state->va);
1119                 MPASS((state->pa & L3_OFFSET) == 0);
1120                 MPASS(state->l3[l3_slot] == 0);
1121                 pmap_store(&state->l3[l3_slot], state->pa | ATTR_DEFAULT |
1122                     ATTR_S1_XN | ATTR_S1_IDX(VM_MEMATTR_WRITE_BACK) |
1123                     L3_PAGE);
1124         }
1125         MPASS(state->va == (state->pa - dmap_phys_base + DMAP_MIN_ADDRESS));
1126 }
1127
1128 static void
1129 pmap_bootstrap_dmap(vm_paddr_t min_pa)
1130 {
1131         int i;
1132
1133         dmap_phys_base = min_pa & ~L1_OFFSET;
1134         dmap_phys_max = 0;
1135         dmap_max_addr = 0;
1136
1137         for (i = 0; i < (physmap_idx * 2); i += 2) {
1138                 bs_state.pa = physmap[i] & ~L3_OFFSET;
1139                 bs_state.va = bs_state.pa - dmap_phys_base + DMAP_MIN_ADDRESS;
1140
1141                 /* Create L3 mappings at the start of the region */
1142                 if ((bs_state.pa & L2_OFFSET) != 0)
1143                         pmap_bootstrap_l3_page(&bs_state, i);
1144                 MPASS(bs_state.pa <= physmap[i + 1]);
1145
1146                 if (L1_BLOCKS_SUPPORTED) {
1147                         /* Create L2 mappings at the start of the region */
1148                         if ((bs_state.pa & L1_OFFSET) != 0)
1149                                 pmap_bootstrap_l2_block(&bs_state, i);
1150                         MPASS(bs_state.pa <= physmap[i + 1]);
1151
1152                         /* Create the main L1 block mappings */
1153                         for (; bs_state.va < DMAP_MAX_ADDRESS &&
1154                             (physmap[i + 1] - bs_state.pa) >= L1_SIZE;
1155                             bs_state.va += L1_SIZE, bs_state.pa += L1_SIZE) {
1156                                 /* Make sure there is a valid L1 table */
1157                                 pmap_bootstrap_l0_table(&bs_state);
1158                                 MPASS((bs_state.pa & L1_OFFSET) == 0);
1159                                 pmap_store(
1160                                     &bs_state.l1[pmap_l1_index(bs_state.va)],
1161                                     bs_state.pa | ATTR_DEFAULT | ATTR_S1_XN |
1162                                     ATTR_S1_IDX(VM_MEMATTR_WRITE_BACK) |
1163                                     L1_BLOCK);
1164                         }
1165                         MPASS(bs_state.pa <= physmap[i + 1]);
1166
1167                         /* Create L2 mappings at the end of the region */
1168                         pmap_bootstrap_l2_block(&bs_state, i);
1169                 } else {
1170                         while (bs_state.va < DMAP_MAX_ADDRESS &&
1171                             (physmap[i + 1] - bs_state.pa) >= L2_SIZE) {
1172                                 pmap_bootstrap_l2_block(&bs_state, i);
1173                         }
1174                 }
1175                 MPASS(bs_state.pa <= physmap[i + 1]);
1176
1177                 /* Create L3 mappings at the end of the region */
1178                 pmap_bootstrap_l3_page(&bs_state, i);
1179                 MPASS(bs_state.pa == physmap[i + 1]);
1180
1181                 if (bs_state.pa > dmap_phys_max) {
1182                         dmap_phys_max = bs_state.pa;
1183                         dmap_max_addr = bs_state.va;
1184                 }
1185         }
1186
1187         cpu_tlb_flushID();
1188 }
1189
1190 static void
1191 pmap_bootstrap_l2(vm_offset_t va)
1192 {
1193         KASSERT((va & L1_OFFSET) == 0, ("Invalid virtual address"));
1194
1195         /* Leave bs_state.pa as it's only needed to bootstrap blocks and pages*/
1196         bs_state.va = va;
1197
1198         for (; bs_state.va < VM_MAX_KERNEL_ADDRESS; bs_state.va += L1_SIZE)
1199                 pmap_bootstrap_l1_table(&bs_state);
1200 }
1201
1202 static void
1203 pmap_bootstrap_l3(vm_offset_t va)
1204 {
1205         KASSERT((va & L2_OFFSET) == 0, ("Invalid virtual address"));
1206
1207         /* Leave bs_state.pa as it's only needed to bootstrap blocks and pages*/
1208         bs_state.va = va;
1209
1210         for (; bs_state.va < VM_MAX_KERNEL_ADDRESS; bs_state.va += L2_SIZE)
1211                 pmap_bootstrap_l2_table(&bs_state);
1212 }
1213
1214 /*
1215  *      Bootstrap the system enough to run with virtual memory.
1216  */
1217 void
1218 pmap_bootstrap(vm_paddr_t kernstart, vm_size_t kernlen)
1219 {
1220         vm_offset_t dpcpu, msgbufpv;
1221         vm_paddr_t start_pa, pa, min_pa;
1222         uint64_t kern_delta;
1223         int i;
1224
1225         /* Verify that the ASID is set through TTBR0. */
1226         KASSERT((READ_SPECIALREG(tcr_el1) & TCR_A1) == 0,
1227             ("pmap_bootstrap: TCR_EL1.A1 != 0"));
1228
1229         kern_delta = KERNBASE - kernstart;
1230
1231         printf("pmap_bootstrap %lx %lx\n", kernstart, kernlen);
1232         printf("%lx\n", (KERNBASE >> L1_SHIFT) & Ln_ADDR_MASK);
1233
1234         /* Set this early so we can use the pagetable walking functions */
1235         kernel_pmap_store.pm_l0 = pagetable_l0_ttbr1;
1236         PMAP_LOCK_INIT(kernel_pmap);
1237         kernel_pmap->pm_l0_paddr =
1238             pmap_early_vtophys((vm_offset_t)kernel_pmap_store.pm_l0);
1239         kernel_pmap->pm_cookie = COOKIE_FROM(-1, INT_MIN);
1240         kernel_pmap->pm_stage = PM_STAGE1;
1241         kernel_pmap->pm_levels = 4;
1242         kernel_pmap->pm_ttbr = kernel_pmap->pm_l0_paddr;
1243         kernel_pmap->pm_asid_set = &asids;
1244
1245         /* Assume the address we were loaded to is a valid physical address */
1246         min_pa = KERNBASE - kern_delta;
1247
1248         physmap_idx = physmem_avail(physmap, nitems(physmap));
1249         physmap_idx /= 2;
1250
1251         /*
1252          * Find the minimum physical address. physmap is sorted,
1253          * but may contain empty ranges.
1254          */
1255         for (i = 0; i < physmap_idx * 2; i += 2) {
1256                 if (physmap[i] == physmap[i + 1])
1257                         continue;
1258                 if (physmap[i] <= min_pa)
1259                         min_pa = physmap[i];
1260         }
1261
1262         bs_state.freemempos = KERNBASE + kernlen;
1263         bs_state.freemempos = roundup2(bs_state.freemempos, PAGE_SIZE);
1264
1265         /* Create a direct map region early so we can use it for pa -> va */
1266         pmap_bootstrap_dmap(min_pa);
1267         bs_state.dmap_valid = true;
1268         /*
1269          * We only use PXN when we know nothing will be executed from it, e.g.
1270          * the DMAP region.
1271          */
1272         bs_state.table_attrs &= ~TATTR_PXN_TABLE;
1273
1274         start_pa = pa = KERNBASE - kern_delta;
1275
1276         /*
1277          * Create the l2 tables up to VM_MAX_KERNEL_ADDRESS.  We assume that the
1278          * loader allocated the first and only l2 page table page used to map
1279          * the kernel, preloaded files and module metadata.
1280          */
1281         pmap_bootstrap_l2(KERNBASE + L1_SIZE);
1282         /* And the l3 tables for the early devmap */
1283         pmap_bootstrap_l3(VM_MAX_KERNEL_ADDRESS - (PMAP_MAPDEV_EARLY_SIZE));
1284
1285         cpu_tlb_flushID();
1286
1287 #define alloc_pages(var, np)                                            \
1288         (var) = bs_state.freemempos;                                    \
1289         bs_state.freemempos += (np * PAGE_SIZE);                        \
1290         memset((char *)(var), 0, ((np) * PAGE_SIZE));
1291
1292         /* Allocate dynamic per-cpu area. */
1293         alloc_pages(dpcpu, DPCPU_SIZE / PAGE_SIZE);
1294         dpcpu_init((void *)dpcpu, 0);
1295
1296         /* Allocate memory for the msgbuf, e.g. for /sbin/dmesg */
1297         alloc_pages(msgbufpv, round_page(msgbufsize) / PAGE_SIZE);
1298         msgbufp = (void *)msgbufpv;
1299
1300         /* Reserve some VA space for early BIOS/ACPI mapping */
1301         preinit_map_va = roundup2(bs_state.freemempos, L2_SIZE);
1302
1303         virtual_avail = preinit_map_va + PMAP_PREINIT_MAPPING_SIZE;
1304         virtual_avail = roundup2(virtual_avail, L1_SIZE);
1305         virtual_end = VM_MAX_KERNEL_ADDRESS - (PMAP_MAPDEV_EARLY_SIZE);
1306         kernel_vm_end = virtual_avail;
1307
1308         pa = pmap_early_vtophys(bs_state.freemempos);
1309
1310         physmem_exclude_region(start_pa, pa - start_pa, EXFLAG_NOALLOC);
1311
1312         cpu_tlb_flushID();
1313 }
1314
1315 /*
1316  *      Initialize a vm_page's machine-dependent fields.
1317  */
1318 void
1319 pmap_page_init(vm_page_t m)
1320 {
1321
1322         TAILQ_INIT(&m->md.pv_list);
1323         m->md.pv_memattr = VM_MEMATTR_WRITE_BACK;
1324 }
1325
1326 static void
1327 pmap_init_asids(struct asid_set *set, int bits)
1328 {
1329         int i;
1330
1331         set->asid_bits = bits;
1332
1333         /*
1334          * We may be too early in the overall initialization process to use
1335          * bit_alloc().
1336          */
1337         set->asid_set_size = 1 << set->asid_bits;
1338         set->asid_set = kmem_malloc(bitstr_size(set->asid_set_size),
1339             M_WAITOK | M_ZERO);
1340         for (i = 0; i < ASID_FIRST_AVAILABLE; i++)
1341                 bit_set(set->asid_set, i);
1342         set->asid_next = ASID_FIRST_AVAILABLE;
1343         mtx_init(&set->asid_set_mutex, "asid set", NULL, MTX_SPIN);
1344 }
1345
1346 static void
1347 pmap_init_pv_table(void)
1348 {
1349         struct vm_phys_seg *seg, *next_seg;
1350         struct pmap_large_md_page *pvd;
1351         vm_size_t s;
1352         int domain, i, j, pages;
1353
1354         /*
1355          * We strongly depend on the size being a power of two, so the assert
1356          * is overzealous. However, should the struct be resized to a
1357          * different power of two, the code below needs to be revisited.
1358          */
1359         CTASSERT((sizeof(*pvd) == 64));
1360
1361         /*
1362          * Calculate the size of the array.
1363          */
1364         s = 0;
1365         for (i = 0; i < vm_phys_nsegs; i++) {
1366                 seg = &vm_phys_segs[i];
1367                 pages = pmap_l2_pindex(roundup2(seg->end, L2_SIZE)) -
1368                     pmap_l2_pindex(seg->start);
1369                 s += round_page(pages * sizeof(*pvd));
1370         }
1371         pv_table = (struct pmap_large_md_page *)kva_alloc(s);
1372         if (pv_table == NULL)
1373                 panic("%s: kva_alloc failed\n", __func__);
1374
1375         /*
1376          * Iterate physical segments to allocate domain-local memory for PV
1377          * list headers.
1378          */
1379         pvd = pv_table;
1380         for (i = 0; i < vm_phys_nsegs; i++) {
1381                 seg = &vm_phys_segs[i];
1382                 pages = pmap_l2_pindex(roundup2(seg->end, L2_SIZE)) -
1383                     pmap_l2_pindex(seg->start);
1384                 domain = seg->domain;
1385
1386                 s = round_page(pages * sizeof(*pvd));
1387
1388                 for (j = 0; j < s; j += PAGE_SIZE) {
1389                         vm_page_t m = vm_page_alloc_noobj_domain(domain,
1390                             VM_ALLOC_ZERO);
1391                         if (m == NULL)
1392                                 panic("failed to allocate PV table page");
1393                         pmap_qenter((vm_offset_t)pvd + j, &m, 1);
1394                 }
1395
1396                 for (j = 0; j < s / sizeof(*pvd); j++) {
1397                         rw_init_flags(&pvd->pv_lock, "pmap pv list", RW_NEW);
1398                         TAILQ_INIT(&pvd->pv_page.pv_list);
1399                         pvd++;
1400                 }
1401         }
1402         pvd = &pv_dummy_large;
1403         memset(pvd, 0, sizeof(*pvd));
1404         rw_init_flags(&pvd->pv_lock, "pmap pv list dummy", RW_NEW);
1405         TAILQ_INIT(&pvd->pv_page.pv_list);
1406
1407         /*
1408          * Set pointers from vm_phys_segs to pv_table.
1409          */
1410         for (i = 0, pvd = pv_table; i < vm_phys_nsegs; i++) {
1411                 seg = &vm_phys_segs[i];
1412                 seg->md_first = pvd;
1413                 pvd += pmap_l2_pindex(roundup2(seg->end, L2_SIZE)) -
1414                     pmap_l2_pindex(seg->start);
1415
1416                 /*
1417                  * If there is a following segment, and the final
1418                  * superpage of this segment and the initial superpage
1419                  * of the next segment are the same then adjust the
1420                  * pv_table entry for that next segment down by one so
1421                  * that the pv_table entries will be shared.
1422                  */
1423                 if (i + 1 < vm_phys_nsegs) {
1424                         next_seg = &vm_phys_segs[i + 1];
1425                         if (pmap_l2_pindex(roundup2(seg->end, L2_SIZE)) - 1 ==
1426                             pmap_l2_pindex(next_seg->start)) {
1427                                 pvd--;
1428                         }
1429                 }
1430         }
1431 }
1432
1433 /*
1434  *      Initialize the pmap module.
1435  *      Called by vm_init, to initialize any structures that the pmap
1436  *      system needs to map virtual memory.
1437  */
1438 void
1439 pmap_init(void)
1440 {
1441         uint64_t mmfr1;
1442         int i, vmid_bits;
1443
1444         /*
1445          * Are large page mappings enabled?
1446          */
1447         TUNABLE_INT_FETCH("vm.pmap.superpages_enabled", &superpages_enabled);
1448         if (superpages_enabled) {
1449                 KASSERT(MAXPAGESIZES > 1 && pagesizes[1] == 0,
1450                     ("pmap_init: can't assign to pagesizes[1]"));
1451                 pagesizes[1] = L2_SIZE;
1452                 if (L1_BLOCKS_SUPPORTED) {
1453                         KASSERT(MAXPAGESIZES > 2 && pagesizes[2] == 0,
1454                             ("pmap_init: can't assign to pagesizes[2]"));
1455                         pagesizes[2] = L1_SIZE;
1456                 }
1457         }
1458
1459         /*
1460          * Initialize the ASID allocator.
1461          */
1462         pmap_init_asids(&asids,
1463             (READ_SPECIALREG(tcr_el1) & TCR_ASID_16) != 0 ? 16 : 8);
1464
1465         if (has_hyp()) {
1466                 mmfr1 = READ_SPECIALREG(id_aa64mmfr1_el1);
1467                 vmid_bits = 8;
1468
1469                 if (ID_AA64MMFR1_VMIDBits_VAL(mmfr1) ==
1470                     ID_AA64MMFR1_VMIDBits_16)
1471                         vmid_bits = 16;
1472                 pmap_init_asids(&vmids, vmid_bits);
1473         }
1474
1475         /*
1476          * Initialize pv chunk lists.
1477          */
1478         for (i = 0; i < PMAP_MEMDOM; i++) {
1479                 mtx_init(&pv_chunks[i].pvc_lock, "pmap pv chunk list", NULL,
1480                     MTX_DEF);
1481                 TAILQ_INIT(&pv_chunks[i].pvc_list);
1482         }
1483         pmap_init_pv_table();
1484
1485         vm_initialized = 1;
1486 }
1487
1488 static SYSCTL_NODE(_vm_pmap, OID_AUTO, l2, CTLFLAG_RD | CTLFLAG_MPSAFE, 0,
1489     "2MB page mapping counters");
1490
1491 static u_long pmap_l2_demotions;
1492 SYSCTL_ULONG(_vm_pmap_l2, OID_AUTO, demotions, CTLFLAG_RD,
1493     &pmap_l2_demotions, 0, "2MB page demotions");
1494
1495 static u_long pmap_l2_mappings;
1496 SYSCTL_ULONG(_vm_pmap_l2, OID_AUTO, mappings, CTLFLAG_RD,
1497     &pmap_l2_mappings, 0, "2MB page mappings");
1498
1499 static u_long pmap_l2_p_failures;
1500 SYSCTL_ULONG(_vm_pmap_l2, OID_AUTO, p_failures, CTLFLAG_RD,
1501     &pmap_l2_p_failures, 0, "2MB page promotion failures");
1502
1503 static u_long pmap_l2_promotions;
1504 SYSCTL_ULONG(_vm_pmap_l2, OID_AUTO, promotions, CTLFLAG_RD,
1505     &pmap_l2_promotions, 0, "2MB page promotions");
1506
1507 /*
1508  * If the given value for "final_only" is false, then any cached intermediate-
1509  * level entries, i.e., L{0,1,2}_TABLE entries, are invalidated in addition to
1510  * any cached final-level entry, i.e., either an L{1,2}_BLOCK or L3_PAGE entry.
1511  * Otherwise, just the cached final-level entry is invalidated.
1512  */
1513 static __inline void
1514 pmap_s1_invalidate_kernel(uint64_t r, bool final_only)
1515 {
1516         if (final_only)
1517                 __asm __volatile("tlbi vaale1is, %0" : : "r" (r));
1518         else
1519                 __asm __volatile("tlbi vaae1is, %0" : : "r" (r));
1520 }
1521
1522 static __inline void
1523 pmap_s1_invalidate_user(uint64_t r, bool final_only)
1524 {
1525         if (final_only)
1526                 __asm __volatile("tlbi vale1is, %0" : : "r" (r));
1527         else
1528                 __asm __volatile("tlbi vae1is, %0" : : "r" (r));
1529 }
1530
1531 /*
1532  * Invalidates any cached final- and optionally intermediate-level TLB entries
1533  * for the specified virtual address in the given virtual address space.
1534  */
1535 static __inline void
1536 pmap_s1_invalidate_page(pmap_t pmap, vm_offset_t va, bool final_only)
1537 {
1538         uint64_t r;
1539
1540         PMAP_ASSERT_STAGE1(pmap);
1541
1542         dsb(ishst);
1543         r = TLBI_VA(va);
1544         if (pmap == kernel_pmap) {
1545                 pmap_s1_invalidate_kernel(r, final_only);
1546         } else {
1547                 r |= ASID_TO_OPERAND(COOKIE_TO_ASID(pmap->pm_cookie));
1548                 pmap_s1_invalidate_user(r, final_only);
1549         }
1550         dsb(ish);
1551         isb();
1552 }
1553
1554 static __inline void
1555 pmap_s2_invalidate_page(pmap_t pmap, vm_offset_t va, bool final_only)
1556 {
1557         PMAP_ASSERT_STAGE2(pmap);
1558         MPASS(pmap_stage2_invalidate_range != NULL);
1559         pmap_stage2_invalidate_range(pmap_to_ttbr0(pmap), va, va + PAGE_SIZE,
1560             final_only);
1561 }
1562
1563 static __inline void
1564 pmap_invalidate_page(pmap_t pmap, vm_offset_t va, bool final_only)
1565 {
1566         if (pmap->pm_stage == PM_STAGE1)
1567                 pmap_s1_invalidate_page(pmap, va, final_only);
1568         else
1569                 pmap_s2_invalidate_page(pmap, va, final_only);
1570 }
1571
1572 /*
1573  * Invalidates any cached final- and optionally intermediate-level TLB entries
1574  * for the specified virtual address range in the given virtual address space.
1575  */
1576 static __inline void
1577 pmap_s1_invalidate_range(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva,
1578     bool final_only)
1579 {
1580         uint64_t end, r, start;
1581
1582         PMAP_ASSERT_STAGE1(pmap);
1583
1584         dsb(ishst);
1585         if (pmap == kernel_pmap) {
1586                 start = TLBI_VA(sva);
1587                 end = TLBI_VA(eva);
1588                 for (r = start; r < end; r += TLBI_VA_L3_INCR)
1589                         pmap_s1_invalidate_kernel(r, final_only);
1590         } else {
1591                 start = end = ASID_TO_OPERAND(COOKIE_TO_ASID(pmap->pm_cookie));
1592                 start |= TLBI_VA(sva);
1593                 end |= TLBI_VA(eva);
1594                 for (r = start; r < end; r += TLBI_VA_L3_INCR)
1595                         pmap_s1_invalidate_user(r, final_only);
1596         }
1597         dsb(ish);
1598         isb();
1599 }
1600
1601 static __inline void
1602 pmap_s2_invalidate_range(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva,
1603     bool final_only)
1604 {
1605         PMAP_ASSERT_STAGE2(pmap);
1606         MPASS(pmap_stage2_invalidate_range != NULL);
1607         pmap_stage2_invalidate_range(pmap_to_ttbr0(pmap), sva, eva, final_only);
1608 }
1609
1610 static __inline void
1611 pmap_invalidate_range(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva,
1612     bool final_only)
1613 {
1614         if (pmap->pm_stage == PM_STAGE1)
1615                 pmap_s1_invalidate_range(pmap, sva, eva, final_only);
1616         else
1617                 pmap_s2_invalidate_range(pmap, sva, eva, final_only);
1618 }
1619
1620 /*
1621  * Invalidates all cached intermediate- and final-level TLB entries for the
1622  * given virtual address space.
1623  */
1624 static __inline void
1625 pmap_s1_invalidate_all(pmap_t pmap)
1626 {
1627         uint64_t r;
1628
1629         PMAP_ASSERT_STAGE1(pmap);
1630
1631         dsb(ishst);
1632         if (pmap == kernel_pmap) {
1633                 __asm __volatile("tlbi vmalle1is");
1634         } else {
1635                 r = ASID_TO_OPERAND(COOKIE_TO_ASID(pmap->pm_cookie));
1636                 __asm __volatile("tlbi aside1is, %0" : : "r" (r));
1637         }
1638         dsb(ish);
1639         isb();
1640 }
1641
1642 static __inline void
1643 pmap_s2_invalidate_all(pmap_t pmap)
1644 {
1645         PMAP_ASSERT_STAGE2(pmap);
1646         MPASS(pmap_stage2_invalidate_all != NULL);
1647         pmap_stage2_invalidate_all(pmap_to_ttbr0(pmap));
1648 }
1649
1650 static __inline void
1651 pmap_invalidate_all(pmap_t pmap)
1652 {
1653         if (pmap->pm_stage == PM_STAGE1)
1654                 pmap_s1_invalidate_all(pmap);
1655         else
1656                 pmap_s2_invalidate_all(pmap);
1657 }
1658
1659 /*
1660  *      Routine:        pmap_extract
1661  *      Function:
1662  *              Extract the physical page address associated
1663  *              with the given map/virtual_address pair.
1664  */
1665 vm_paddr_t
1666 pmap_extract(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
1667 {
1668         pt_entry_t *pte, tpte;
1669         vm_paddr_t pa;
1670         int lvl;
1671
1672         pa = 0;
1673         PMAP_LOCK(pmap);
1674         /*
1675          * Find the block or page map for this virtual address. pmap_pte
1676          * will return either a valid block/page entry, or NULL.
1677          */
1678         pte = pmap_pte(pmap, va, &lvl);
1679         if (pte != NULL) {
1680                 tpte = pmap_load(pte);
1681                 pa = tpte & ~ATTR_MASK;
1682                 switch(lvl) {
1683                 case 1:
1684                         PMAP_ASSERT_L1_BLOCKS_SUPPORTED;
1685                         KASSERT((tpte & ATTR_DESCR_MASK) == L1_BLOCK,
1686                             ("pmap_extract: Invalid L1 pte found: %lx",
1687                             tpte & ATTR_DESCR_MASK));
1688                         pa |= (va & L1_OFFSET);
1689                         break;
1690                 case 2:
1691                         KASSERT((tpte & ATTR_DESCR_MASK) == L2_BLOCK,
1692                             ("pmap_extract: Invalid L2 pte found: %lx",
1693                             tpte & ATTR_DESCR_MASK));
1694                         pa |= (va & L2_OFFSET);
1695                         break;
1696                 case 3:
1697                         KASSERT((tpte & ATTR_DESCR_MASK) == L3_PAGE,
1698                             ("pmap_extract: Invalid L3 pte found: %lx",
1699                             tpte & ATTR_DESCR_MASK));
1700                         pa |= (va & L3_OFFSET);
1701                         break;
1702                 }
1703         }
1704         PMAP_UNLOCK(pmap);
1705         return (pa);
1706 }
1707
1708 /*
1709  *      Routine:        pmap_extract_and_hold
1710  *      Function:
1711  *              Atomically extract and hold the physical page
1712  *              with the given pmap and virtual address pair
1713  *              if that mapping permits the given protection.
1714  */
1715 vm_page_t
1716 pmap_extract_and_hold(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_prot_t prot)
1717 {
1718         pt_entry_t *pte, tpte;
1719         vm_offset_t off;
1720         vm_page_t m;
1721         int lvl;
1722         bool use;
1723
1724         m = NULL;
1725         PMAP_LOCK(pmap);
1726         pte = pmap_pte(pmap, va, &lvl);
1727         if (pte != NULL) {
1728                 tpte = pmap_load(pte);
1729
1730                 KASSERT(lvl > 0 && lvl <= 3,
1731                     ("pmap_extract_and_hold: Invalid level %d", lvl));
1732                 /*
1733                  * Check that the pte is either a L3 page, or a L1 or L2 block
1734                  * entry. We can assume L1_BLOCK == L2_BLOCK.
1735                  */
1736                 KASSERT((lvl == 3 && (tpte & ATTR_DESCR_MASK) == L3_PAGE) ||
1737                     (lvl < 3 && (tpte & ATTR_DESCR_MASK) == L1_BLOCK),
1738                     ("pmap_extract_and_hold: Invalid pte at L%d: %lx", lvl,
1739                      tpte & ATTR_DESCR_MASK));
1740
1741                 use = false;
1742                 if ((prot & VM_PROT_WRITE) == 0)
1743                         use = true;
1744                 else if (pmap->pm_stage == PM_STAGE1 &&
1745                     (tpte & ATTR_S1_AP_RW_BIT) == ATTR_S1_AP(ATTR_S1_AP_RW))
1746                         use = true;
1747                 else if (pmap->pm_stage == PM_STAGE2 &&
1748                     ((tpte & ATTR_S2_S2AP(ATTR_S2_S2AP_WRITE)) ==
1749                      ATTR_S2_S2AP(ATTR_S2_S2AP_WRITE)))
1750                         use = true;
1751
1752                 if (use) {
1753                         switch (lvl) {
1754                         case 1:
1755                                 off = va & L1_OFFSET;
1756                                 break;
1757                         case 2:
1758                                 off = va & L2_OFFSET;
1759                                 break;
1760                         case 3:
1761                         default:
1762                                 off = 0;
1763                         }
1764                         m = PHYS_TO_VM_PAGE((tpte & ~ATTR_MASK) | off);
1765                         if (m != NULL && !vm_page_wire_mapped(m))
1766                                 m = NULL;
1767                 }
1768         }
1769         PMAP_UNLOCK(pmap);
1770         return (m);
1771 }
1772
1773 /*
1774  * Walks the page tables to translate a kernel virtual address to a
1775  * physical address. Returns true if the kva is valid and stores the
1776  * physical address in pa if it is not NULL.
1777  *
1778  * See the comment above data_abort() for the rationale for specifying
1779  * NO_PERTHREAD_SSP here.
1780  */
1781 bool NO_PERTHREAD_SSP
1782 pmap_klookup(vm_offset_t va, vm_paddr_t *pa)
1783 {
1784         pt_entry_t *pte, tpte;
1785         register_t intr;
1786         uint64_t par;
1787
1788         /*
1789          * Disable interrupts so we don't get interrupted between asking
1790          * for address translation, and getting the result back.
1791          */
1792         intr = intr_disable();
1793         par = arm64_address_translate_s1e1r(va);
1794         intr_restore(intr);
1795
1796         if (PAR_SUCCESS(par)) {
1797                 if (pa != NULL)
1798                         *pa = (par & PAR_PA_MASK) | (va & PAR_LOW_MASK);
1799                 return (true);
1800         }
1801
1802         /*
1803          * Fall back to walking the page table. The address translation
1804          * instruction may fail when the page is in a break-before-make
1805          * sequence. As we only clear the valid bit in said sequence we
1806          * can walk the page table to find the physical address.
1807          */
1808
1809         pte = pmap_l1(kernel_pmap, va);
1810         if (pte == NULL)
1811                 return (false);
1812
1813         /*
1814          * A concurrent pmap_update_entry() will clear the entry's valid bit
1815          * but leave the rest of the entry unchanged.  Therefore, we treat a
1816          * non-zero entry as being valid, and we ignore the valid bit when
1817          * determining whether the entry maps a block, page, or table.
1818          */
1819         tpte = pmap_load(pte);
1820         if (tpte == 0)
1821                 return (false);
1822         if ((tpte & ATTR_DESCR_TYPE_MASK) == ATTR_DESCR_TYPE_BLOCK) {
1823                 if (pa != NULL)
1824                         *pa = (tpte & ~ATTR_MASK) | (va & L1_OFFSET);
1825                 return (true);
1826         }
1827         pte = pmap_l1_to_l2(&tpte, va);
1828         tpte = pmap_load(pte);
1829         if (tpte == 0)
1830                 return (false);
1831         if ((tpte & ATTR_DESCR_TYPE_MASK) == ATTR_DESCR_TYPE_BLOCK) {
1832                 if (pa != NULL)
1833                         *pa = (tpte & ~ATTR_MASK) | (va & L2_OFFSET);
1834                 return (true);
1835         }
1836         pte = pmap_l2_to_l3(&tpte, va);
1837         tpte = pmap_load(pte);
1838         if (tpte == 0)
1839                 return (false);
1840         if (pa != NULL)
1841                 *pa = (tpte & ~ATTR_MASK) | (va & L3_OFFSET);
1842         return (true);
1843 }
1844
1845 vm_paddr_t
1846 pmap_kextract(vm_offset_t va)
1847 {
1848         vm_paddr_t pa;
1849
1850         if (va >= DMAP_MIN_ADDRESS && va < DMAP_MAX_ADDRESS)
1851                 return (DMAP_TO_PHYS(va));
1852
1853         if (pmap_klookup(va, &pa) == false)
1854                 return (0);
1855         return (pa);
1856 }
1857
1858 /***************************************************
1859  * Low level mapping routines.....
1860  ***************************************************/
1861
1862 void
1863 pmap_kenter(vm_offset_t sva, vm_size_t size, vm_paddr_t pa, int mode)
1864 {
1865         pd_entry_t *pde;
1866         pt_entry_t *pte, attr;
1867         vm_offset_t va;
1868         int lvl;
1869
1870         KASSERT((pa & L3_OFFSET) == 0,
1871            ("pmap_kenter: Invalid physical address"));
1872         KASSERT((sva & L3_OFFSET) == 0,
1873            ("pmap_kenter: Invalid virtual address"));
1874         KASSERT((size & PAGE_MASK) == 0,
1875             ("pmap_kenter: Mapping is not page-sized"));
1876
1877         attr = ATTR_DEFAULT | ATTR_S1_AP(ATTR_S1_AP_RW) | ATTR_S1_XN |
1878             ATTR_S1_IDX(mode) | L3_PAGE;
1879         va = sva;
1880         while (size != 0) {
1881                 pde = pmap_pde(kernel_pmap, va, &lvl);
1882                 KASSERT(pde != NULL,
1883                     ("pmap_kenter: Invalid page entry, va: 0x%lx", va));
1884                 KASSERT(lvl == 2, ("pmap_kenter: Invalid level %d", lvl));
1885
1886                 pte = pmap_l2_to_l3(pde, va);
1887                 pmap_load_store(pte, (pa & ~L3_OFFSET) | attr);
1888
1889                 va += PAGE_SIZE;
1890                 pa += PAGE_SIZE;
1891                 size -= PAGE_SIZE;
1892         }
1893         pmap_s1_invalidate_range(kernel_pmap, sva, va, true);
1894 }
1895
1896 void
1897 pmap_kenter_device(vm_offset_t sva, vm_size_t size, vm_paddr_t pa)
1898 {
1899
1900         pmap_kenter(sva, size, pa, VM_MEMATTR_DEVICE);
1901 }
1902
1903 /*
1904  * Remove a page from the kernel pagetables.
1905  */
1906 PMAP_INLINE void
1907 pmap_kremove(vm_offset_t va)
1908 {
1909         pt_entry_t *pte;
1910
1911         pte = pmap_pte_exists(kernel_pmap, va, 3, __func__);
1912         pmap_clear(pte);
1913         pmap_s1_invalidate_page(kernel_pmap, va, true);
1914 }
1915
1916 void
1917 pmap_kremove_device(vm_offset_t sva, vm_size_t size)
1918 {
1919         pt_entry_t *pte;
1920         vm_offset_t va;
1921
1922         KASSERT((sva & L3_OFFSET) == 0,
1923            ("pmap_kremove_device: Invalid virtual address"));
1924         KASSERT((size & PAGE_MASK) == 0,
1925             ("pmap_kremove_device: Mapping is not page-sized"));
1926
1927         va = sva;
1928         while (size != 0) {
1929                 pte = pmap_pte_exists(kernel_pmap, va, 3, __func__);
1930                 pmap_clear(pte);
1931
1932                 va += PAGE_SIZE;
1933                 size -= PAGE_SIZE;
1934         }
1935         pmap_s1_invalidate_range(kernel_pmap, sva, va, true);
1936 }
1937
1938 /*
1939  *      Used to map a range of physical addresses into kernel
1940  *      virtual address space.
1941  *
1942  *      The value passed in '*virt' is a suggested virtual address for
1943  *      the mapping. Architectures which can support a direct-mapped
1944  *      physical to virtual region can return the appropriate address
1945  *      within that region, leaving '*virt' unchanged. Other
1946  *      architectures should map the pages starting at '*virt' and
1947  *      update '*virt' with the first usable address after the mapped
1948  *      region.
1949  */
1950 vm_offset_t
1951 pmap_map(vm_offset_t *virt, vm_paddr_t start, vm_paddr_t end, int prot)
1952 {
1953         return PHYS_TO_DMAP(start);
1954 }
1955
1956 /*
1957  * Add a list of wired pages to the kva
1958  * this routine is only used for temporary
1959  * kernel mappings that do not need to have
1960  * page modification or references recorded.
1961  * Note that old mappings are simply written
1962  * over.  The page *must* be wired.
1963  * Note: SMP coherent.  Uses a ranged shootdown IPI.
1964  */
1965 void
1966 pmap_qenter(vm_offset_t sva, vm_page_t *ma, int count)
1967 {
1968         pd_entry_t *pde;
1969         pt_entry_t *pte, pa;
1970         vm_offset_t va;
1971         vm_page_t m;
1972         int i, lvl;
1973
1974         va = sva;
1975         for (i = 0; i < count; i++) {
1976                 pde = pmap_pde(kernel_pmap, va, &lvl);
1977                 KASSERT(pde != NULL,
1978                     ("pmap_qenter: Invalid page entry, va: 0x%lx", va));
1979                 KASSERT(lvl == 2,
1980                     ("pmap_qenter: Invalid level %d", lvl));
1981
1982                 m = ma[i];
1983                 pa = VM_PAGE_TO_PHYS(m) | ATTR_DEFAULT |
1984                     ATTR_S1_AP(ATTR_S1_AP_RW) | ATTR_S1_XN |
1985                     ATTR_S1_IDX(m->md.pv_memattr) | L3_PAGE;
1986                 pte = pmap_l2_to_l3(pde, va);
1987                 pmap_load_store(pte, pa);
1988
1989                 va += L3_SIZE;
1990         }
1991         pmap_s1_invalidate_range(kernel_pmap, sva, va, true);
1992 }
1993
1994 /*
1995  * This routine tears out page mappings from the
1996  * kernel -- it is meant only for temporary mappings.
1997  */
1998 void
1999 pmap_qremove(vm_offset_t sva, int count)
2000 {
2001         pt_entry_t *pte;
2002         vm_offset_t va;
2003
2004         KASSERT(ADDR_IS_CANONICAL(sva),
2005             ("%s: Address not in canonical form: %lx", __func__, sva));
2006         KASSERT(ADDR_IS_KERNEL(sva), ("usermode va %lx", sva));
2007
2008         va = sva;
2009         while (count-- > 0) {
2010                 pte = pmap_pte_exists(kernel_pmap, va, 3, NULL);
2011                 if (pte != NULL) {
2012                         pmap_clear(pte);
2013                 }
2014
2015                 va += PAGE_SIZE;
2016         }
2017         pmap_s1_invalidate_range(kernel_pmap, sva, va, true);
2018 }
2019
2020 /***************************************************
2021  * Page table page management routines.....
2022  ***************************************************/
2023 /*
2024  * Schedule the specified unused page table page to be freed.  Specifically,
2025  * add the page to the specified list of pages that will be released to the
2026  * physical memory manager after the TLB has been updated.
2027  */
2028 static __inline void
2029 pmap_add_delayed_free_list(vm_page_t m, struct spglist *free,
2030     boolean_t set_PG_ZERO)
2031 {
2032
2033         if (set_PG_ZERO)
2034                 m->flags |= PG_ZERO;
2035         else
2036                 m->flags &= ~PG_ZERO;
2037         SLIST_INSERT_HEAD(free, m, plinks.s.ss);
2038 }
2039
2040 /*
2041  * Decrements a page table page's reference count, which is used to record the
2042  * number of valid page table entries within the page.  If the reference count
2043  * drops to zero, then the page table page is unmapped.  Returns TRUE if the
2044  * page table page was unmapped and FALSE otherwise.
2045  */
2046 static inline boolean_t
2047 pmap_unwire_l3(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m, struct spglist *free)
2048 {
2049
2050         --m->ref_count;
2051         if (m->ref_count == 0) {
2052                 _pmap_unwire_l3(pmap, va, m, free);
2053                 return (TRUE);
2054         } else
2055                 return (FALSE);
2056 }
2057
2058 static void
2059 _pmap_unwire_l3(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m, struct spglist *free)
2060 {
2061
2062         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
2063         /*
2064          * unmap the page table page
2065          */
2066         if (m->pindex >= (NUL2E + NUL1E)) {
2067                 /* l1 page */
2068                 pd_entry_t *l0;
2069
2070                 l0 = pmap_l0(pmap, va);
2071                 pmap_clear(l0);
2072         } else if (m->pindex >= NUL2E) {
2073                 /* l2 page */
2074                 pd_entry_t *l1;
2075
2076                 l1 = pmap_l1(pmap, va);
2077                 pmap_clear(l1);
2078         } else {
2079                 /* l3 page */
2080                 pd_entry_t *l2;
2081
2082                 l2 = pmap_l2(pmap, va);
2083                 pmap_clear(l2);
2084         }
2085         pmap_resident_count_dec(pmap, 1);
2086         if (m->pindex < NUL2E) {
2087                 /* We just released an l3, unhold the matching l2 */
2088                 pd_entry_t *l1, tl1;
2089                 vm_page_t l2pg;
2090
2091                 l1 = pmap_l1(pmap, va);
2092                 tl1 = pmap_load(l1);
2093                 l2pg = PHYS_TO_VM_PAGE(tl1 & ~ATTR_MASK);
2094                 pmap_unwire_l3(pmap, va, l2pg, free);
2095         } else if (m->pindex < (NUL2E + NUL1E)) {
2096                 /* We just released an l2, unhold the matching l1 */
2097                 pd_entry_t *l0, tl0;
2098                 vm_page_t l1pg;
2099
2100                 l0 = pmap_l0(pmap, va);
2101                 tl0 = pmap_load(l0);
2102                 l1pg = PHYS_TO_VM_PAGE(tl0 & ~ATTR_MASK);
2103                 pmap_unwire_l3(pmap, va, l1pg, free);
2104         }
2105         pmap_invalidate_page(pmap, va, false);
2106
2107         /*
2108          * Put page on a list so that it is released after
2109          * *ALL* TLB shootdown is done
2110          */
2111         pmap_add_delayed_free_list(m, free, TRUE);
2112 }
2113
2114 /*
2115  * After removing a page table entry, this routine is used to
2116  * conditionally free the page, and manage the reference count.
2117  */
2118 static int
2119 pmap_unuse_pt(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t ptepde,
2120     struct spglist *free)
2121 {
2122         vm_page_t mpte;
2123
2124         KASSERT(ADDR_IS_CANONICAL(va),
2125             ("%s: Address not in canonical form: %lx", __func__, va));
2126         if (ADDR_IS_KERNEL(va))
2127                 return (0);
2128         KASSERT(ptepde != 0, ("pmap_unuse_pt: ptepde != 0"));
2129         mpte = PHYS_TO_VM_PAGE(ptepde & ~ATTR_MASK);
2130         return (pmap_unwire_l3(pmap, va, mpte, free));
2131 }
2132
2133 /*
2134  * Release a page table page reference after a failed attempt to create a
2135  * mapping.
2136  */
2137 static void
2138 pmap_abort_ptp(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t mpte)
2139 {
2140         struct spglist free;
2141
2142         SLIST_INIT(&free);
2143         if (pmap_unwire_l3(pmap, va, mpte, &free))
2144                 vm_page_free_pages_toq(&free, true);
2145 }
2146
2147 void
2148 pmap_pinit0(pmap_t pmap)
2149 {
2150
2151         PMAP_LOCK_INIT(pmap);
2152         bzero(&pmap->pm_stats, sizeof(pmap->pm_stats));
2153         pmap->pm_l0_paddr = READ_SPECIALREG(ttbr0_el1);
2154         pmap->pm_l0 = (pd_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(pmap->pm_l0_paddr);
2155         vm_radix_init(&pmap->pm_root);
2156         pmap->pm_cookie = COOKIE_FROM(ASID_RESERVED_FOR_PID_0, INT_MIN);
2157         pmap->pm_stage = PM_STAGE1;
2158         pmap->pm_levels = 4;
2159         pmap->pm_ttbr = pmap->pm_l0_paddr;
2160         pmap->pm_asid_set = &asids;
2161
2162         PCPU_SET(curpmap, pmap);
2163 }
2164
2165 int
2166 pmap_pinit_stage(pmap_t pmap, enum pmap_stage stage, int levels)
2167 {
2168         vm_page_t m;
2169
2170         /*
2171          * allocate the l0 page
2172          */
2173         m = vm_page_alloc_noobj(VM_ALLOC_WAITOK | VM_ALLOC_WIRED |
2174             VM_ALLOC_ZERO);
2175         pmap->pm_l0_paddr = VM_PAGE_TO_PHYS(m);
2176         pmap->pm_l0 = (pd_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(pmap->pm_l0_paddr);
2177
2178         vm_radix_init(&pmap->pm_root);
2179         bzero(&pmap->pm_stats, sizeof(pmap->pm_stats));
2180         pmap->pm_cookie = COOKIE_FROM(-1, INT_MAX);
2181
2182         MPASS(levels == 3 || levels == 4);
2183         pmap->pm_levels = levels;
2184         pmap->pm_stage = stage;
2185         switch (stage) {
2186         case PM_STAGE1:
2187                 pmap->pm_asid_set = &asids;
2188                 break;
2189         case PM_STAGE2:
2190                 pmap->pm_asid_set = &vmids;
2191                 break;
2192         default:
2193                 panic("%s: Invalid pmap type %d", __func__, stage);
2194                 break;
2195         }
2196
2197         /* XXX Temporarily disable deferred ASID allocation. */
2198         pmap_alloc_asid(pmap);
2199
2200         /*
2201          * Allocate the level 1 entry to use as the root. This will increase
2202          * the refcount on the level 1 page so it won't be removed until
2203          * pmap_release() is called.
2204          */
2205         if (pmap->pm_levels == 3) {
2206                 PMAP_LOCK(pmap);
2207                 m = _pmap_alloc_l3(pmap, NUL2E + NUL1E, NULL);
2208                 PMAP_UNLOCK(pmap);
2209         }
2210         pmap->pm_ttbr = VM_PAGE_TO_PHYS(m);
2211
2212         return (1);
2213 }
2214
2215 int
2216 pmap_pinit(pmap_t pmap)
2217 {
2218
2219         return (pmap_pinit_stage(pmap, PM_STAGE1, 4));
2220 }
2221
2222 /*
2223  * This routine is called if the desired page table page does not exist.
2224  *
2225  * If page table page allocation fails, this routine may sleep before
2226  * returning NULL.  It sleeps only if a lock pointer was given.
2227  *
2228  * Note: If a page allocation fails at page table level two or three,
2229  * one or two pages may be held during the wait, only to be released
2230  * afterwards.  This conservative approach is easily argued to avoid
2231  * race conditions.
2232  */
2233 static vm_page_t
2234 _pmap_alloc_l3(pmap_t pmap, vm_pindex_t ptepindex, struct rwlock **lockp)
2235 {
2236         vm_page_t m, l1pg, l2pg;
2237
2238         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
2239
2240         /*
2241          * Allocate a page table page.
2242          */
2243         if ((m = vm_page_alloc_noobj(VM_ALLOC_WIRED | VM_ALLOC_ZERO)) == NULL) {
2244                 if (lockp != NULL) {
2245                         RELEASE_PV_LIST_LOCK(lockp);
2246                         PMAP_UNLOCK(pmap);
2247                         vm_wait(NULL);
2248                         PMAP_LOCK(pmap);
2249                 }
2250
2251                 /*
2252                  * Indicate the need to retry.  While waiting, the page table
2253                  * page may have been allocated.
2254                  */
2255                 return (NULL);
2256         }
2257         m->pindex = ptepindex;
2258
2259         /*
2260          * Because of AArch64's weak memory consistency model, we must have a
2261          * barrier here to ensure that the stores for zeroing "m", whether by
2262          * pmap_zero_page() or an earlier function, are visible before adding
2263          * "m" to the page table.  Otherwise, a page table walk by another
2264          * processor's MMU could see the mapping to "m" and a stale, non-zero
2265          * PTE within "m".
2266          */
2267         dmb(ishst);
2268
2269         /*
2270          * Map the pagetable page into the process address space, if
2271          * it isn't already there.
2272          */
2273
2274         if (ptepindex >= (NUL2E + NUL1E)) {
2275                 pd_entry_t *l0p, l0e;
2276                 vm_pindex_t l0index;
2277
2278                 l0index = ptepindex - (NUL2E + NUL1E);
2279                 l0p = &pmap->pm_l0[l0index];
2280                 KASSERT((pmap_load(l0p) & ATTR_DESCR_VALID) == 0,
2281                     ("%s: L0 entry %#lx is valid", __func__, pmap_load(l0p)));
2282                 l0e = VM_PAGE_TO_PHYS(m) | L0_TABLE;
2283
2284                 /*
2285                  * Mark all kernel memory as not accessible from userspace
2286                  * and userspace memory as not executable from the kernel.
2287                  * This has been done for the bootstrap L0 entries in
2288                  * locore.S.
2289                  */
2290                 if (pmap == kernel_pmap)
2291                         l0e |= TATTR_UXN_TABLE | TATTR_AP_TABLE_NO_EL0;
2292                 else
2293                         l0e |= TATTR_PXN_TABLE;
2294                 pmap_store(l0p, l0e);
2295         } else if (ptepindex >= NUL2E) {
2296                 vm_pindex_t l0index, l1index;
2297                 pd_entry_t *l0, *l1;
2298                 pd_entry_t tl0;
2299
2300                 l1index = ptepindex - NUL2E;
2301                 l0index = l1index >> Ln_ENTRIES_SHIFT;
2302
2303                 l0 = &pmap->pm_l0[l0index];
2304                 tl0 = pmap_load(l0);
2305                 if (tl0 == 0) {
2306                         /* recurse for allocating page dir */
2307                         if (_pmap_alloc_l3(pmap, NUL2E + NUL1E + l0index,
2308                             lockp) == NULL) {
2309                                 vm_page_unwire_noq(m);
2310                                 vm_page_free_zero(m);
2311                                 return (NULL);
2312                         }
2313                 } else {
2314                         l1pg = PHYS_TO_VM_PAGE(tl0 & ~ATTR_MASK);
2315                         l1pg->ref_count++;
2316                 }
2317
2318                 l1 = (pd_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(pmap_load(l0) & ~ATTR_MASK);
2319                 l1 = &l1[ptepindex & Ln_ADDR_MASK];
2320                 KASSERT((pmap_load(l1) & ATTR_DESCR_VALID) == 0,
2321                     ("%s: L1 entry %#lx is valid", __func__, pmap_load(l1)));
2322                 pmap_store(l1, VM_PAGE_TO_PHYS(m) | L1_TABLE);
2323         } else {
2324                 vm_pindex_t l0index, l1index;
2325                 pd_entry_t *l0, *l1, *l2;
2326                 pd_entry_t tl0, tl1;
2327
2328                 l1index = ptepindex >> Ln_ENTRIES_SHIFT;
2329                 l0index = l1index >> Ln_ENTRIES_SHIFT;
2330
2331                 l0 = &pmap->pm_l0[l0index];
2332                 tl0 = pmap_load(l0);
2333                 if (tl0 == 0) {
2334                         /* recurse for allocating page dir */
2335                         if (_pmap_alloc_l3(pmap, NUL2E + l1index,
2336                             lockp) == NULL) {
2337                                 vm_page_unwire_noq(m);
2338                                 vm_page_free_zero(m);
2339                                 return (NULL);
2340                         }
2341                         tl0 = pmap_load(l0);
2342                         l1 = (pd_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(tl0 & ~ATTR_MASK);
2343                         l1 = &l1[l1index & Ln_ADDR_MASK];
2344                 } else {
2345                         l1 = (pd_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(tl0 & ~ATTR_MASK);
2346                         l1 = &l1[l1index & Ln_ADDR_MASK];
2347                         tl1 = pmap_load(l1);
2348                         if (tl1 == 0) {
2349                                 /* recurse for allocating page dir */
2350                                 if (_pmap_alloc_l3(pmap, NUL2E + l1index,
2351                                     lockp) == NULL) {
2352                                         vm_page_unwire_noq(m);
2353                                         vm_page_free_zero(m);
2354                                         return (NULL);
2355                                 }
2356                         } else {
2357                                 l2pg = PHYS_TO_VM_PAGE(tl1 & ~ATTR_MASK);
2358                                 l2pg->ref_count++;
2359                         }
2360                 }
2361
2362                 l2 = (pd_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(pmap_load(l1) & ~ATTR_MASK);
2363                 l2 = &l2[ptepindex & Ln_ADDR_MASK];
2364                 KASSERT((pmap_load(l2) & ATTR_DESCR_VALID) == 0,
2365                     ("%s: L2 entry %#lx is valid", __func__, pmap_load(l2)));
2366                 pmap_store(l2, VM_PAGE_TO_PHYS(m) | L2_TABLE);
2367         }
2368
2369         pmap_resident_count_inc(pmap, 1);
2370
2371         return (m);
2372 }
2373
2374 static pd_entry_t *
2375 pmap_alloc_l2(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t *l2pgp,
2376     struct rwlock **lockp)
2377 {
2378         pd_entry_t *l1, *l2;
2379         vm_page_t l2pg;
2380         vm_pindex_t l2pindex;
2381
2382         KASSERT(ADDR_IS_CANONICAL(va),
2383             ("%s: Address not in canonical form: %lx", __func__, va));
2384
2385 retry:
2386         l1 = pmap_l1(pmap, va);
2387         if (l1 != NULL && (pmap_load(l1) & ATTR_DESCR_MASK) == L1_TABLE) {
2388                 l2 = pmap_l1_to_l2(l1, va);
2389                 if (!ADDR_IS_KERNEL(va)) {
2390                         /* Add a reference to the L2 page. */
2391                         l2pg = PHYS_TO_VM_PAGE(pmap_load(l1) & ~ATTR_MASK);
2392                         l2pg->ref_count++;
2393                 } else
2394                         l2pg = NULL;
2395         } else if (!ADDR_IS_KERNEL(va)) {
2396                 /* Allocate a L2 page. */
2397                 l2pindex = pmap_l2_pindex(va) >> Ln_ENTRIES_SHIFT;
2398                 l2pg = _pmap_alloc_l3(pmap, NUL2E + l2pindex, lockp);
2399                 if (l2pg == NULL) {
2400                         if (lockp != NULL)
2401                                 goto retry;
2402                         else
2403                                 return (NULL);
2404                 }
2405                 l2 = (pd_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(l2pg));
2406                 l2 = &l2[pmap_l2_index(va)];
2407         } else
2408                 panic("pmap_alloc_l2: missing page table page for va %#lx",
2409                     va);
2410         *l2pgp = l2pg;
2411         return (l2);
2412 }
2413
2414 static vm_page_t
2415 pmap_alloc_l3(pmap_t pmap, vm_offset_t va, struct rwlock **lockp)
2416 {
2417         vm_pindex_t ptepindex;
2418         pd_entry_t *pde, tpde;
2419 #ifdef INVARIANTS
2420         pt_entry_t *pte;
2421 #endif
2422         vm_page_t m;
2423         int lvl;
2424
2425         /*
2426          * Calculate pagetable page index
2427          */
2428         ptepindex = pmap_l2_pindex(va);
2429 retry:
2430         /*
2431          * Get the page directory entry
2432          */
2433         pde = pmap_pde(pmap, va, &lvl);
2434
2435         /*
2436          * If the page table page is mapped, we just increment the hold count,
2437          * and activate it. If we get a level 2 pde it will point to a level 3
2438          * table.
2439          */
2440         switch (lvl) {
2441         case -1:
2442                 break;
2443         case 0:
2444 #ifdef INVARIANTS
2445                 pte = pmap_l0_to_l1(pde, va);
2446                 KASSERT(pmap_load(pte) == 0,
2447                     ("pmap_alloc_l3: TODO: l0 superpages"));
2448 #endif
2449                 break;
2450         case 1:
2451 #ifdef INVARIANTS
2452                 pte = pmap_l1_to_l2(pde, va);
2453                 KASSERT(pmap_load(pte) == 0,
2454                     ("pmap_alloc_l3: TODO: l1 superpages"));
2455 #endif
2456                 break;
2457         case 2:
2458                 tpde = pmap_load(pde);
2459                 if (tpde != 0) {
2460                         m = PHYS_TO_VM_PAGE(tpde & ~ATTR_MASK);
2461                         m->ref_count++;
2462                         return (m);
2463                 }
2464                 break;
2465         default:
2466                 panic("pmap_alloc_l3: Invalid level %d", lvl);
2467         }
2468
2469         /*
2470          * Here if the pte page isn't mapped, or if it has been deallocated.
2471          */
2472         m = _pmap_alloc_l3(pmap, ptepindex, lockp);
2473         if (m == NULL && lockp != NULL)
2474                 goto retry;
2475
2476         return (m);
2477 }
2478
2479 /***************************************************
2480  * Pmap allocation/deallocation routines.
2481  ***************************************************/
2482
2483 /*
2484  * Release any resources held by the given physical map.
2485  * Called when a pmap initialized by pmap_pinit is being released.
2486  * Should only be called if the map contains no valid mappings.
2487  */
2488 void
2489 pmap_release(pmap_t pmap)
2490 {
2491         boolean_t rv __diagused;
2492         struct spglist free;
2493         struct asid_set *set;
2494         vm_page_t m;
2495         int asid;
2496
2497         if (pmap->pm_levels != 4) {
2498                 PMAP_ASSERT_STAGE2(pmap);
2499                 KASSERT(pmap->pm_stats.resident_count == 1,
2500                     ("pmap_release: pmap resident count %ld != 0",
2501                     pmap->pm_stats.resident_count));
2502                 KASSERT((pmap->pm_l0[0] & ATTR_DESCR_VALID) == ATTR_DESCR_VALID,
2503                     ("pmap_release: Invalid l0 entry: %lx", pmap->pm_l0[0]));
2504
2505                 SLIST_INIT(&free);
2506                 m = PHYS_TO_VM_PAGE(pmap->pm_ttbr);
2507                 PMAP_LOCK(pmap);
2508                 rv = pmap_unwire_l3(pmap, 0, m, &free);
2509                 PMAP_UNLOCK(pmap);
2510                 MPASS(rv == TRUE);
2511                 vm_page_free_pages_toq(&free, true);
2512         }
2513
2514         KASSERT(pmap->pm_stats.resident_count == 0,
2515             ("pmap_release: pmap resident count %ld != 0",
2516             pmap->pm_stats.resident_count));
2517         KASSERT(vm_radix_is_empty(&pmap->pm_root),
2518             ("pmap_release: pmap has reserved page table page(s)"));
2519
2520         set = pmap->pm_asid_set;
2521         KASSERT(set != NULL, ("%s: NULL asid set", __func__));
2522
2523         /*
2524          * Allow the ASID to be reused. In stage 2 VMIDs we don't invalidate
2525          * the entries when removing them so rely on a later tlb invalidation.
2526          * this will happen when updating the VMID generation. Because of this
2527          * we don't reuse VMIDs within a generation.
2528          */
2529         if (pmap->pm_stage == PM_STAGE1) {
2530                 mtx_lock_spin(&set->asid_set_mutex);
2531                 if (COOKIE_TO_EPOCH(pmap->pm_cookie) == set->asid_epoch) {
2532                         asid = COOKIE_TO_ASID(pmap->pm_cookie);
2533                         KASSERT(asid >= ASID_FIRST_AVAILABLE &&
2534                             asid < set->asid_set_size,
2535                             ("pmap_release: pmap cookie has out-of-range asid"));
2536                         bit_clear(set->asid_set, asid);
2537                 }
2538                 mtx_unlock_spin(&set->asid_set_mutex);
2539         }
2540
2541         m = PHYS_TO_VM_PAGE(pmap->pm_l0_paddr);
2542         vm_page_unwire_noq(m);
2543         vm_page_free_zero(m);
2544 }
2545
2546 static int
2547 kvm_size(SYSCTL_HANDLER_ARGS)
2548 {
2549         unsigned long ksize = VM_MAX_KERNEL_ADDRESS - VM_MIN_KERNEL_ADDRESS;
2550
2551         return sysctl_handle_long(oidp, &ksize, 0, req);
2552 }
2553 SYSCTL_PROC(_vm, OID_AUTO, kvm_size, CTLTYPE_LONG | CTLFLAG_RD | CTLFLAG_MPSAFE,
2554     0, 0, kvm_size, "LU",
2555     "Size of KVM");
2556
2557 static int
2558 kvm_free(SYSCTL_HANDLER_ARGS)
2559 {
2560         unsigned long kfree = VM_MAX_KERNEL_ADDRESS - kernel_vm_end;
2561
2562         return sysctl_handle_long(oidp, &kfree, 0, req);
2563 }
2564 SYSCTL_PROC(_vm, OID_AUTO, kvm_free, CTLTYPE_LONG | CTLFLAG_RD | CTLFLAG_MPSAFE,
2565     0, 0, kvm_free, "LU",
2566     "Amount of KVM free");
2567
2568 /*
2569  * grow the number of kernel page table entries, if needed
2570  */
2571 void
2572 pmap_growkernel(vm_offset_t addr)
2573 {
2574         vm_paddr_t paddr;
2575         vm_page_t nkpg;
2576         pd_entry_t *l0, *l1, *l2;
2577
2578         mtx_assert(&kernel_map->system_mtx, MA_OWNED);
2579
2580         addr = roundup2(addr, L2_SIZE);
2581         if (addr - 1 >= vm_map_max(kernel_map))
2582                 addr = vm_map_max(kernel_map);
2583         while (kernel_vm_end < addr) {
2584                 l0 = pmap_l0(kernel_pmap, kernel_vm_end);
2585                 KASSERT(pmap_load(l0) != 0,
2586                     ("pmap_growkernel: No level 0 kernel entry"));
2587
2588                 l1 = pmap_l0_to_l1(l0, kernel_vm_end);
2589                 if (pmap_load(l1) == 0) {
2590                         /* We need a new PDP entry */
2591                         nkpg = vm_page_alloc_noobj(VM_ALLOC_INTERRUPT |
2592                             VM_ALLOC_WIRED | VM_ALLOC_ZERO);
2593                         if (nkpg == NULL)
2594                                 panic("pmap_growkernel: no memory to grow kernel");
2595                         nkpg->pindex = kernel_vm_end >> L1_SHIFT;
2596                         /* See the dmb() in _pmap_alloc_l3(). */
2597                         dmb(ishst);
2598                         paddr = VM_PAGE_TO_PHYS(nkpg);
2599                         pmap_store(l1, paddr | L1_TABLE);
2600                         continue; /* try again */
2601                 }
2602                 l2 = pmap_l1_to_l2(l1, kernel_vm_end);
2603                 if (pmap_load(l2) != 0) {
2604                         kernel_vm_end = (kernel_vm_end + L2_SIZE) & ~L2_OFFSET;
2605                         if (kernel_vm_end - 1 >= vm_map_max(kernel_map)) {
2606                                 kernel_vm_end = vm_map_max(kernel_map);
2607                                 break;
2608                         }
2609                         continue;
2610                 }
2611
2612                 nkpg = vm_page_alloc_noobj(VM_ALLOC_INTERRUPT | VM_ALLOC_WIRED |
2613                     VM_ALLOC_ZERO);
2614                 if (nkpg == NULL)
2615                         panic("pmap_growkernel: no memory to grow kernel");
2616                 nkpg->pindex = kernel_vm_end >> L2_SHIFT;
2617                 /* See the dmb() in _pmap_alloc_l3(). */
2618                 dmb(ishst);
2619                 paddr = VM_PAGE_TO_PHYS(nkpg);
2620                 pmap_store(l2, paddr | L2_TABLE);
2621
2622                 kernel_vm_end = (kernel_vm_end + L2_SIZE) & ~L2_OFFSET;
2623                 if (kernel_vm_end - 1 >= vm_map_max(kernel_map)) {
2624                         kernel_vm_end = vm_map_max(kernel_map);
2625                         break;
2626                 }
2627         }
2628 }
2629
2630 /***************************************************
2631  * page management routines.
2632  ***************************************************/
2633
2634 static const uint64_t pc_freemask[_NPCM] = {
2635         [0 ... _NPCM - 2] = PC_FREEN,
2636         [_NPCM - 1] = PC_FREEL
2637 };
2638
2639 #ifdef PV_STATS
2640 static int pc_chunk_count, pc_chunk_allocs, pc_chunk_frees, pc_chunk_tryfail;
2641
2642 SYSCTL_INT(_vm_pmap, OID_AUTO, pc_chunk_count, CTLFLAG_RD, &pc_chunk_count, 0,
2643         "Current number of pv entry chunks");
2644 SYSCTL_INT(_vm_pmap, OID_AUTO, pc_chunk_allocs, CTLFLAG_RD, &pc_chunk_allocs, 0,
2645         "Current number of pv entry chunks allocated");
2646 SYSCTL_INT(_vm_pmap, OID_AUTO, pc_chunk_frees, CTLFLAG_RD, &pc_chunk_frees, 0,
2647         "Current number of pv entry chunks frees");
2648 SYSCTL_INT(_vm_pmap, OID_AUTO, pc_chunk_tryfail, CTLFLAG_RD, &pc_chunk_tryfail, 0,
2649         "Number of times tried to get a chunk page but failed.");
2650
2651 static long pv_entry_frees, pv_entry_allocs, pv_entry_count;
2652 static int pv_entry_spare;
2653
2654 SYSCTL_LONG(_vm_pmap, OID_AUTO, pv_entry_frees, CTLFLAG_RD, &pv_entry_frees, 0,
2655         "Current number of pv entry frees");
2656 SYSCTL_LONG(_vm_pmap, OID_AUTO, pv_entry_allocs, CTLFLAG_RD, &pv_entry_allocs, 0,
2657         "Current number of pv entry allocs");
2658 SYSCTL_LONG(_vm_pmap, OID_AUTO, pv_entry_count, CTLFLAG_RD, &pv_entry_count, 0,
2659         "Current number of pv entries");
2660 SYSCTL_INT(_vm_pmap, OID_AUTO, pv_entry_spare, CTLFLAG_RD, &pv_entry_spare, 0,
2661         "Current number of spare pv entries");
2662 #endif
2663
2664 /*
2665  * We are in a serious low memory condition.  Resort to
2666  * drastic measures to free some pages so we can allocate
2667  * another pv entry chunk.
2668  *
2669  * Returns NULL if PV entries were reclaimed from the specified pmap.
2670  *
2671  * We do not, however, unmap 2mpages because subsequent accesses will
2672  * allocate per-page pv entries until repromotion occurs, thereby
2673  * exacerbating the shortage of free pv entries.
2674  */
2675 static vm_page_t
2676 reclaim_pv_chunk_domain(pmap_t locked_pmap, struct rwlock **lockp, int domain)
2677 {
2678         struct pv_chunks_list *pvc;
2679         struct pv_chunk *pc, *pc_marker, *pc_marker_end;
2680         struct pv_chunk_header pc_marker_b, pc_marker_end_b;
2681         struct md_page *pvh;
2682         pd_entry_t *pde;
2683         pmap_t next_pmap, pmap;
2684         pt_entry_t *pte, tpte;
2685         pv_entry_t pv;
2686         vm_offset_t va;
2687         vm_page_t m, m_pc;
2688         struct spglist free;
2689         uint64_t inuse;
2690         int bit, field, freed, lvl;
2691
2692         PMAP_LOCK_ASSERT(locked_pmap, MA_OWNED);
2693         KASSERT(lockp != NULL, ("reclaim_pv_chunk: lockp is NULL"));
2694
2695         pmap = NULL;
2696         m_pc = NULL;
2697         SLIST_INIT(&free);
2698         bzero(&pc_marker_b, sizeof(pc_marker_b));
2699         bzero(&pc_marker_end_b, sizeof(pc_marker_end_b));
2700         pc_marker = (struct pv_chunk *)&pc_marker_b;
2701         pc_marker_end = (struct pv_chunk *)&pc_marker_end_b;
2702
2703         pvc = &pv_chunks[domain];
2704         mtx_lock(&pvc->pvc_lock);
2705         pvc->active_reclaims++;
2706         TAILQ_INSERT_HEAD(&pvc->pvc_list, pc_marker, pc_lru);
2707         TAILQ_INSERT_TAIL(&pvc->pvc_list, pc_marker_end, pc_lru);
2708         while ((pc = TAILQ_NEXT(pc_marker, pc_lru)) != pc_marker_end &&
2709             SLIST_EMPTY(&free)) {
2710                 next_pmap = pc->pc_pmap;
2711                 if (next_pmap == NULL) {
2712                         /*
2713                          * The next chunk is a marker.  However, it is
2714                          * not our marker, so active_reclaims must be
2715                          * > 1.  Consequently, the next_chunk code
2716                          * will not rotate the pv_chunks list.
2717                          */
2718                         goto next_chunk;
2719                 }
2720                 mtx_unlock(&pvc->pvc_lock);
2721
2722                 /*
2723                  * A pv_chunk can only be removed from the pc_lru list
2724                  * when both pvc->pvc_lock is owned and the
2725                  * corresponding pmap is locked.
2726                  */
2727                 if (pmap != next_pmap) {
2728                         if (pmap != NULL && pmap != locked_pmap)
2729                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
2730                         pmap = next_pmap;
2731                         /* Avoid deadlock and lock recursion. */
2732                         if (pmap > locked_pmap) {
2733                                 RELEASE_PV_LIST_LOCK(lockp);
2734                                 PMAP_LOCK(pmap);
2735                                 mtx_lock(&pvc->pvc_lock);
2736                                 continue;
2737                         } else if (pmap != locked_pmap) {
2738                                 if (PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
2739                                         mtx_lock(&pvc->pvc_lock);
2740                                         continue;
2741                                 } else {
2742                                         pmap = NULL; /* pmap is not locked */
2743                                         mtx_lock(&pvc->pvc_lock);
2744                                         pc = TAILQ_NEXT(pc_marker, pc_lru);
2745                                         if (pc == NULL ||
2746                                             pc->pc_pmap != next_pmap)
2747                                                 continue;
2748                                         goto next_chunk;
2749                                 }
2750                         }
2751                 }
2752
2753                 /*
2754                  * Destroy every non-wired, 4 KB page mapping in the chunk.
2755                  */
2756                 freed = 0;
2757                 for (field = 0; field < _NPCM; field++) {
2758                         for (inuse = ~pc->pc_map[field] & pc_freemask[field];
2759                             inuse != 0; inuse &= ~(1UL << bit)) {
2760                                 bit = ffsl(inuse) - 1;
2761                                 pv = &pc->pc_pventry[field * 64 + bit];
2762                                 va = pv->pv_va;
2763                                 pde = pmap_pde(pmap, va, &lvl);
2764                                 if (lvl != 2)
2765                                         continue;
2766                                 pte = pmap_l2_to_l3(pde, va);
2767                                 tpte = pmap_load(pte);
2768                                 if ((tpte & ATTR_SW_WIRED) != 0)
2769                                         continue;
2770                                 tpte = pmap_load_clear(pte);
2771                                 m = PHYS_TO_VM_PAGE(tpte & ~ATTR_MASK);
2772                                 if (pmap_pte_dirty(pmap, tpte))
2773                                         vm_page_dirty(m);
2774                                 if ((tpte & ATTR_AF) != 0) {
2775                                         pmap_s1_invalidate_page(pmap, va, true);
2776                                         vm_page_aflag_set(m, PGA_REFERENCED);
2777                                 }
2778                                 CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_VM_PAGE(lockp, m);
2779                                 TAILQ_REMOVE(&m->md.pv_list, pv, pv_next);
2780                                 m->md.pv_gen++;
2781                                 if (TAILQ_EMPTY(&m->md.pv_list) &&
2782                                     (m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0) {
2783                                         pvh = page_to_pvh(m);
2784                                         if (TAILQ_EMPTY(&pvh->pv_list)) {
2785                                                 vm_page_aflag_clear(m,
2786                                                     PGA_WRITEABLE);
2787                                         }
2788                                 }
2789                                 pc->pc_map[field] |= 1UL << bit;
2790                                 pmap_unuse_pt(pmap, va, pmap_load(pde), &free);
2791                                 freed++;
2792                         }
2793                 }
2794                 if (freed == 0) {
2795                         mtx_lock(&pvc->pvc_lock);
2796                         goto next_chunk;
2797                 }
2798                 /* Every freed mapping is for a 4 KB page. */
2799                 pmap_resident_count_dec(pmap, freed);
2800                 PV_STAT(atomic_add_long(&pv_entry_frees, freed));
2801                 PV_STAT(atomic_add_int(&pv_entry_spare, freed));
2802                 PV_STAT(atomic_subtract_long(&pv_entry_count, freed));
2803                 TAILQ_REMOVE(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
2804                 if (pc_is_free(pc)) {
2805                         PV_STAT(atomic_subtract_int(&pv_entry_spare, _NPCPV));
2806                         PV_STAT(atomic_subtract_int(&pc_chunk_count, 1));
2807                         PV_STAT(atomic_add_int(&pc_chunk_frees, 1));
2808                         /* Entire chunk is free; return it. */
2809                         m_pc = PHYS_TO_VM_PAGE(DMAP_TO_PHYS((vm_offset_t)pc));
2810                         dump_drop_page(m_pc->phys_addr);
2811                         mtx_lock(&pvc->pvc_lock);
2812                         TAILQ_REMOVE(&pvc->pvc_list, pc, pc_lru);
2813                         break;
2814                 }
2815                 TAILQ_INSERT_HEAD(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
2816                 mtx_lock(&pvc->pvc_lock);
2817                 /* One freed pv entry in locked_pmap is sufficient. */
2818                 if (pmap == locked_pmap)
2819                         break;
2820
2821 next_chunk:
2822                 TAILQ_REMOVE(&pvc->pvc_list, pc_marker, pc_lru);
2823                 TAILQ_INSERT_AFTER(&pvc->pvc_list, pc, pc_marker, pc_lru);
2824                 if (pvc->active_reclaims == 1 && pmap != NULL) {
2825                         /*
2826                          * Rotate the pv chunks list so that we do not
2827                          * scan the same pv chunks that could not be
2828                          * freed (because they contained a wired
2829                          * and/or superpage mapping) on every
2830                          * invocation of reclaim_pv_chunk().
2831                          */
2832                         while ((pc = TAILQ_FIRST(&pvc->pvc_list)) != pc_marker){
2833                                 MPASS(pc->pc_pmap != NULL);
2834                                 TAILQ_REMOVE(&pvc->pvc_list, pc, pc_lru);
2835                                 TAILQ_INSERT_TAIL(&pvc->pvc_list, pc, pc_lru);
2836                         }
2837                 }
2838         }
2839         TAILQ_REMOVE(&pvc->pvc_list, pc_marker, pc_lru);
2840         TAILQ_REMOVE(&pvc->pvc_list, pc_marker_end, pc_lru);
2841         pvc->active_reclaims--;
2842         mtx_unlock(&pvc->pvc_lock);
2843         if (pmap != NULL && pmap != locked_pmap)
2844                 PMAP_UNLOCK(pmap);
2845         if (m_pc == NULL && !SLIST_EMPTY(&free)) {
2846                 m_pc = SLIST_FIRST(&free);
2847                 SLIST_REMOVE_HEAD(&free, plinks.s.ss);
2848                 /* Recycle a freed page table page. */
2849                 m_pc->ref_count = 1;
2850         }
2851         vm_page_free_pages_toq(&free, true);
2852         return (m_pc);
2853 }
2854
2855 static vm_page_t
2856 reclaim_pv_chunk(pmap_t locked_pmap, struct rwlock **lockp)
2857 {
2858         vm_page_t m;
2859         int i, domain;
2860
2861         domain = PCPU_GET(domain);
2862         for (i = 0; i < vm_ndomains; i++) {
2863                 m = reclaim_pv_chunk_domain(locked_pmap, lockp, domain);
2864                 if (m != NULL)
2865                         break;
2866                 domain = (domain + 1) % vm_ndomains;
2867         }
2868
2869         return (m);
2870 }
2871
2872 /*
2873  * free the pv_entry back to the free list
2874  */
2875 static void
2876 free_pv_entry(pmap_t pmap, pv_entry_t pv)
2877 {
2878         struct pv_chunk *pc;
2879         int idx, field, bit;
2880
2881         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
2882         PV_STAT(atomic_add_long(&pv_entry_frees, 1));
2883         PV_STAT(atomic_add_int(&pv_entry_spare, 1));
2884         PV_STAT(atomic_subtract_long(&pv_entry_count, 1));
2885         pc = pv_to_chunk(pv);
2886         idx = pv - &pc->pc_pventry[0];
2887         field = idx / 64;
2888         bit = idx % 64;
2889         pc->pc_map[field] |= 1ul << bit;
2890         if (!pc_is_free(pc)) {
2891                 /* 98% of the time, pc is already at the head of the list. */
2892                 if (__predict_false(pc != TAILQ_FIRST(&pmap->pm_pvchunk))) {
2893                         TAILQ_REMOVE(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
2894                         TAILQ_INSERT_HEAD(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
2895                 }
2896                 return;
2897         }
2898         TAILQ_REMOVE(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
2899         free_pv_chunk(pc);
2900 }
2901
2902 static void
2903 free_pv_chunk_dequeued(struct pv_chunk *pc)
2904 {
2905         vm_page_t m;
2906
2907         PV_STAT(atomic_subtract_int(&pv_entry_spare, _NPCPV));
2908         PV_STAT(atomic_subtract_int(&pc_chunk_count, 1));
2909         PV_STAT(atomic_add_int(&pc_chunk_frees, 1));
2910         /* entire chunk is free, return it */
2911         m = PHYS_TO_VM_PAGE(DMAP_TO_PHYS((vm_offset_t)pc));
2912         dump_drop_page(m->phys_addr);
2913         vm_page_unwire_noq(m);
2914         vm_page_free(m);
2915 }
2916
2917 static void
2918 free_pv_chunk(struct pv_chunk *pc)
2919 {
2920         struct pv_chunks_list *pvc;
2921
2922         pvc = &pv_chunks[pc_to_domain(pc)];
2923         mtx_lock(&pvc->pvc_lock);
2924         TAILQ_REMOVE(&pvc->pvc_list, pc, pc_lru);
2925         mtx_unlock(&pvc->pvc_lock);
2926         free_pv_chunk_dequeued(pc);
2927 }
2928
2929 static void
2930 free_pv_chunk_batch(struct pv_chunklist *batch)
2931 {
2932         struct pv_chunks_list *pvc;
2933         struct pv_chunk *pc, *npc;
2934         int i;
2935
2936         for (i = 0; i < vm_ndomains; i++) {
2937                 if (TAILQ_EMPTY(&batch[i]))
2938                         continue;
2939                 pvc = &pv_chunks[i];
2940                 mtx_lock(&pvc->pvc_lock);
2941                 TAILQ_FOREACH(pc, &batch[i], pc_list) {
2942                         TAILQ_REMOVE(&pvc->pvc_list, pc, pc_lru);
2943                 }
2944                 mtx_unlock(&pvc->pvc_lock);
2945         }
2946
2947         for (i = 0; i < vm_ndomains; i++) {
2948                 TAILQ_FOREACH_SAFE(pc, &batch[i], pc_list, npc) {
2949                         free_pv_chunk_dequeued(pc);
2950                 }
2951         }
2952 }
2953
2954 /*
2955  * Returns a new PV entry, allocating a new PV chunk from the system when
2956  * needed.  If this PV chunk allocation fails and a PV list lock pointer was
2957  * given, a PV chunk is reclaimed from an arbitrary pmap.  Otherwise, NULL is
2958  * returned.
2959  *
2960  * The given PV list lock may be released.
2961  */
2962 static pv_entry_t
2963 get_pv_entry(pmap_t pmap, struct rwlock **lockp)
2964 {
2965         struct pv_chunks_list *pvc;
2966         int bit, field;
2967         pv_entry_t pv;
2968         struct pv_chunk *pc;
2969         vm_page_t m;
2970
2971         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
2972         PV_STAT(atomic_add_long(&pv_entry_allocs, 1));
2973 retry:
2974         pc = TAILQ_FIRST(&pmap->pm_pvchunk);
2975         if (pc != NULL) {
2976                 for (field = 0; field < _NPCM; field++) {
2977                         if (pc->pc_map[field]) {
2978                                 bit = ffsl(pc->pc_map[field]) - 1;
2979                                 break;
2980                         }
2981                 }
2982                 if (field < _NPCM) {
2983                         pv = &pc->pc_pventry[field * 64 + bit];
2984                         pc->pc_map[field] &= ~(1ul << bit);
2985                         /* If this was the last item, move it to tail */
2986                         if (pc_is_full(pc)) {
2987                                 TAILQ_REMOVE(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
2988                                 TAILQ_INSERT_TAIL(&pmap->pm_pvchunk, pc,
2989                                     pc_list);
2990                         }
2991                         PV_STAT(atomic_add_long(&pv_entry_count, 1));
2992                         PV_STAT(atomic_subtract_int(&pv_entry_spare, 1));
2993                         return (pv);
2994                 }
2995         }
2996         /* No free items, allocate another chunk */
2997         m = vm_page_alloc_noobj(VM_ALLOC_WIRED);
2998         if (m == NULL) {
2999                 if (lockp == NULL) {
3000                         PV_STAT(pc_chunk_tryfail++);
3001                         return (NULL);
3002                 }
3003                 m = reclaim_pv_chunk(pmap, lockp);
3004                 if (m == NULL)
3005                         goto retry;
3006         }
3007         PV_STAT(atomic_add_int(&pc_chunk_count, 1));
3008         PV_STAT(atomic_add_int(&pc_chunk_allocs, 1));
3009         dump_add_page(m->phys_addr);
3010         pc = (void *)PHYS_TO_DMAP(m->phys_addr);
3011         pc->pc_pmap = pmap;
3012         memcpy(pc->pc_map, pc_freemask, sizeof(pc_freemask));
3013         pc->pc_map[0] &= ~1ul;          /* preallocated bit 0 */
3014         pvc = &pv_chunks[vm_page_domain(m)];
3015         mtx_lock(&pvc->pvc_lock);
3016         TAILQ_INSERT_TAIL(&pvc->pvc_list, pc, pc_lru);
3017         mtx_unlock(&pvc->pvc_lock);
3018         pv = &pc->pc_pventry[0];
3019         TAILQ_INSERT_HEAD(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
3020         PV_STAT(atomic_add_long(&pv_entry_count, 1));
3021         PV_STAT(atomic_add_int(&pv_entry_spare, _NPCPV - 1));
3022         return (pv);
3023 }
3024
3025 /*
3026  * Ensure that the number of spare PV entries in the specified pmap meets or
3027  * exceeds the given count, "needed".
3028  *
3029  * The given PV list lock may be released.
3030  */
3031 static void
3032 reserve_pv_entries(pmap_t pmap, int needed, struct rwlock **lockp)
3033 {
3034         struct pv_chunks_list *pvc;
3035         struct pch new_tail[PMAP_MEMDOM];
3036         struct pv_chunk *pc;
3037         vm_page_t m;
3038         int avail, free, i;
3039         bool reclaimed;
3040
3041         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
3042         KASSERT(lockp != NULL, ("reserve_pv_entries: lockp is NULL"));
3043
3044         /*
3045          * Newly allocated PV chunks must be stored in a private list until
3046          * the required number of PV chunks have been allocated.  Otherwise,
3047          * reclaim_pv_chunk() could recycle one of these chunks.  In
3048          * contrast, these chunks must be added to the pmap upon allocation.
3049          */
3050         for (i = 0; i < PMAP_MEMDOM; i++)
3051                 TAILQ_INIT(&new_tail[i]);
3052 retry:
3053         avail = 0;
3054         TAILQ_FOREACH(pc, &pmap->pm_pvchunk, pc_list) {
3055                 bit_count((bitstr_t *)pc->pc_map, 0,
3056                     sizeof(pc->pc_map) * NBBY, &free);
3057                 if (free == 0)
3058                         break;
3059                 avail += free;
3060                 if (avail >= needed)
3061                         break;
3062         }
3063         for (reclaimed = false; avail < needed; avail += _NPCPV) {
3064                 m = vm_page_alloc_noobj(VM_ALLOC_WIRED);
3065                 if (m == NULL) {
3066                         m = reclaim_pv_chunk(pmap, lockp);
3067                         if (m == NULL)
3068                                 goto retry;
3069                         reclaimed = true;
3070                 }
3071                 PV_STAT(atomic_add_int(&pc_chunk_count, 1));
3072                 PV_STAT(atomic_add_int(&pc_chunk_allocs, 1));
3073                 dump_add_page(m->phys_addr);
3074                 pc = (void *)PHYS_TO_DMAP(m->phys_addr);
3075                 pc->pc_pmap = pmap;
3076                 memcpy(pc->pc_map, pc_freemask, sizeof(pc_freemask));
3077                 TAILQ_INSERT_HEAD(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
3078                 TAILQ_INSERT_TAIL(&new_tail[vm_page_domain(m)], pc, pc_lru);
3079                 PV_STAT(atomic_add_int(&pv_entry_spare, _NPCPV));
3080
3081                 /*
3082                  * The reclaim might have freed a chunk from the current pmap.
3083                  * If that chunk contained available entries, we need to
3084                  * re-count the number of available entries.
3085                  */
3086                 if (reclaimed)
3087                         goto retry;
3088         }
3089         for (i = 0; i < vm_ndomains; i++) {
3090                 if (TAILQ_EMPTY(&new_tail[i]))
3091                         continue;
3092                 pvc = &pv_chunks[i];
3093                 mtx_lock(&pvc->pvc_lock);
3094                 TAILQ_CONCAT(&pvc->pvc_list, &new_tail[i], pc_lru);
3095                 mtx_unlock(&pvc->pvc_lock);
3096         }
3097 }
3098
3099 /*
3100  * First find and then remove the pv entry for the specified pmap and virtual
3101  * address from the specified pv list.  Returns the pv entry if found and NULL
3102  * otherwise.  This operation can be performed on pv lists for either 4KB or
3103  * 2MB page mappings.
3104  */
3105 static __inline pv_entry_t
3106 pmap_pvh_remove(struct md_page *pvh, pmap_t pmap, vm_offset_t va)
3107 {
3108         pv_entry_t pv;
3109
3110         TAILQ_FOREACH(pv, &pvh->pv_list, pv_next) {
3111                 if (pmap == PV_PMAP(pv) && va == pv->pv_va) {
3112                         TAILQ_REMOVE(&pvh->pv_list, pv, pv_next);
3113                         pvh->pv_gen++;
3114                         break;
3115                 }
3116         }
3117         return (pv);
3118 }
3119
3120 /*
3121  * After demotion from a 2MB page mapping to 512 4KB page mappings,
3122  * destroy the pv entry for the 2MB page mapping and reinstantiate the pv
3123  * entries for each of the 4KB page mappings.
3124  */
3125 static void
3126 pmap_pv_demote_l2(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_paddr_t pa,
3127     struct rwlock **lockp)
3128 {
3129         struct md_page *pvh;
3130         struct pv_chunk *pc;
3131         pv_entry_t pv;
3132         vm_offset_t va_last;
3133         vm_page_t m;
3134         int bit, field;
3135
3136         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
3137         KASSERT((va & L2_OFFSET) == 0,
3138             ("pmap_pv_demote_l2: va is not 2mpage aligned"));
3139         KASSERT((pa & L2_OFFSET) == 0,
3140             ("pmap_pv_demote_l2: pa is not 2mpage aligned"));
3141         CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_PHYS(lockp, pa);
3142
3143         /*
3144          * Transfer the 2mpage's pv entry for this mapping to the first
3145          * page's pv list.  Once this transfer begins, the pv list lock
3146          * must not be released until the last pv entry is reinstantiated.
3147          */
3148         pvh = pa_to_pvh(pa);
3149         pv = pmap_pvh_remove(pvh, pmap, va);
3150         KASSERT(pv != NULL, ("pmap_pv_demote_l2: pv not found"));
3151         m = PHYS_TO_VM_PAGE(pa);
3152         TAILQ_INSERT_TAIL(&m->md.pv_list, pv, pv_next);
3153         m->md.pv_gen++;
3154         /* Instantiate the remaining Ln_ENTRIES - 1 pv entries. */
3155         PV_STAT(atomic_add_long(&pv_entry_allocs, Ln_ENTRIES - 1));
3156         va_last = va + L2_SIZE - PAGE_SIZE;
3157         for (;;) {
3158                 pc = TAILQ_FIRST(&pmap->pm_pvchunk);
3159                 KASSERT(!pc_is_full(pc), ("pmap_pv_demote_l2: missing spare"));
3160                 for (field = 0; field < _NPCM; field++) {
3161                         while (pc->pc_map[field]) {
3162                                 bit = ffsl(pc->pc_map[field]) - 1;
3163                                 pc->pc_map[field] &= ~(1ul << bit);
3164                                 pv = &pc->pc_pventry[field * 64 + bit];
3165                                 va += PAGE_SIZE;
3166                                 pv->pv_va = va;
3167                                 m++;
3168                                 KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
3169                             ("pmap_pv_demote_l2: page %p is not managed", m));
3170                                 TAILQ_INSERT_TAIL(&m->md.pv_list, pv, pv_next);
3171                                 m->md.pv_gen++;
3172                                 if (va == va_last)
3173                                         goto out;
3174                         }
3175                 }
3176                 TAILQ_REMOVE(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
3177                 TAILQ_INSERT_TAIL(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
3178         }
3179 out:
3180         if (pc_is_full(pc)) {
3181                 TAILQ_REMOVE(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
3182                 TAILQ_INSERT_TAIL(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
3183         }
3184         PV_STAT(atomic_add_long(&pv_entry_count, Ln_ENTRIES - 1));
3185         PV_STAT(atomic_subtract_int(&pv_entry_spare, Ln_ENTRIES - 1));
3186 }
3187
3188 /*
3189  * First find and then destroy the pv entry for the specified pmap and virtual
3190  * address.  This operation can be performed on pv lists for either 4KB or 2MB
3191  * page mappings.
3192  */
3193 static void
3194 pmap_pvh_free(struct md_page *pvh, pmap_t pmap, vm_offset_t va)
3195 {
3196         pv_entry_t pv;
3197
3198         pv = pmap_pvh_remove(pvh, pmap, va);
3199         KASSERT(pv != NULL, ("pmap_pvh_free: pv not found"));
3200         free_pv_entry(pmap, pv);
3201 }
3202
3203 /*
3204  * Conditionally create the PV entry for a 4KB page mapping if the required
3205  * memory can be allocated without resorting to reclamation.
3206  */
3207 static boolean_t
3208 pmap_try_insert_pv_entry(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m,
3209     struct rwlock **lockp)
3210 {
3211         pv_entry_t pv;
3212
3213         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
3214         /* Pass NULL instead of the lock pointer to disable reclamation. */
3215         if ((pv = get_pv_entry(pmap, NULL)) != NULL) {
3216                 pv->pv_va = va;
3217                 CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_VM_PAGE(lockp, m);
3218                 TAILQ_INSERT_TAIL(&m->md.pv_list, pv, pv_next);
3219                 m->md.pv_gen++;
3220                 return (TRUE);
3221         } else
3222                 return (FALSE);
3223 }
3224
3225 /*
3226  * Create the PV entry for a 2MB page mapping.  Always returns true unless the
3227  * flag PMAP_ENTER_NORECLAIM is specified.  If that flag is specified, returns
3228  * false if the PV entry cannot be allocated without resorting to reclamation.
3229  */
3230 static bool
3231 pmap_pv_insert_l2(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t l2e, u_int flags,
3232     struct rwlock **lockp)
3233 {
3234         struct md_page *pvh;
3235         pv_entry_t pv;
3236         vm_paddr_t pa;
3237
3238         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
3239         /* Pass NULL instead of the lock pointer to disable reclamation. */
3240         if ((pv = get_pv_entry(pmap, (flags & PMAP_ENTER_NORECLAIM) != 0 ?
3241             NULL : lockp)) == NULL)
3242                 return (false);
3243         pv->pv_va = va;
3244         pa = l2e & ~ATTR_MASK;
3245         CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_PHYS(lockp, pa);
3246         pvh = pa_to_pvh(pa);
3247         TAILQ_INSERT_TAIL(&pvh->pv_list, pv, pv_next);
3248         pvh->pv_gen++;
3249         return (true);
3250 }
3251
3252 static void
3253 pmap_remove_kernel_l2(pmap_t pmap, pt_entry_t *l2, vm_offset_t va)
3254 {
3255         pt_entry_t newl2, oldl2 __diagused;
3256         vm_page_t ml3;
3257         vm_paddr_t ml3pa;
3258
3259         KASSERT(!VIRT_IN_DMAP(va), ("removing direct mapping of %#lx", va));
3260         KASSERT(pmap == kernel_pmap, ("pmap %p is not kernel_pmap", pmap));
3261         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
3262
3263         ml3 = pmap_remove_pt_page(pmap, va);
3264         if (ml3 == NULL)
3265                 panic("pmap_remove_kernel_l2: Missing pt page");
3266
3267         ml3pa = VM_PAGE_TO_PHYS(ml3);
3268         newl2 = ml3pa | L2_TABLE;
3269
3270         /*
3271          * If this page table page was unmapped by a promotion, then it
3272          * contains valid mappings.  Zero it to invalidate those mappings.
3273          */
3274         if (ml3->valid != 0)
3275                 pagezero((void *)PHYS_TO_DMAP(ml3pa));
3276
3277         /*
3278          * Demote the mapping.  The caller must have already invalidated the
3279          * mapping (i.e., the "break" in break-before-make).
3280          */
3281         oldl2 = pmap_load_store(l2, newl2);
3282         KASSERT(oldl2 == 0, ("%s: found existing mapping at %p: %#lx",
3283             __func__, l2, oldl2));
3284 }
3285
3286 /*
3287  * pmap_remove_l2: Do the things to unmap a level 2 superpage.
3288  */
3289 static int
3290 pmap_remove_l2(pmap_t pmap, pt_entry_t *l2, vm_offset_t sva,
3291     pd_entry_t l1e, struct spglist *free, struct rwlock **lockp)
3292 {
3293         struct md_page *pvh;
3294         pt_entry_t old_l2;
3295         vm_page_t m, ml3, mt;
3296
3297         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
3298         KASSERT((sva & L2_OFFSET) == 0, ("pmap_remove_l2: sva is not aligned"));
3299         old_l2 = pmap_load_clear(l2);
3300         KASSERT((old_l2 & ATTR_DESCR_MASK) == L2_BLOCK,
3301             ("pmap_remove_l2: L2e %lx is not a block mapping", old_l2));
3302
3303         /*
3304          * Since a promotion must break the 4KB page mappings before making
3305          * the 2MB page mapping, a pmap_s1_invalidate_page() suffices.
3306          */
3307         pmap_s1_invalidate_page(pmap, sva, true);
3308
3309         if (old_l2 & ATTR_SW_WIRED)
3310                 pmap->pm_stats.wired_count -= L2_SIZE / PAGE_SIZE;
3311         pmap_resident_count_dec(pmap, L2_SIZE / PAGE_SIZE);
3312         if (old_l2 & ATTR_SW_MANAGED) {
3313                 m = PHYS_TO_VM_PAGE(old_l2 & ~ATTR_MASK);
3314                 pvh = page_to_pvh(m);
3315                 CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_PHYS(lockp, old_l2 & ~ATTR_MASK);
3316                 pmap_pvh_free(pvh, pmap, sva);
3317                 for (mt = m; mt < &m[L2_SIZE / PAGE_SIZE]; mt++) {
3318                         if (pmap_pte_dirty(pmap, old_l2))
3319                                 vm_page_dirty(mt);
3320                         if (old_l2 & ATTR_AF)
3321                                 vm_page_aflag_set(mt, PGA_REFERENCED);
3322                         if (TAILQ_EMPTY(&mt->md.pv_list) &&
3323                             TAILQ_EMPTY(&pvh->pv_list))
3324                                 vm_page_aflag_clear(mt, PGA_WRITEABLE);
3325                 }
3326         }
3327         if (pmap == kernel_pmap) {
3328                 pmap_remove_kernel_l2(pmap, l2, sva);
3329         } else {
3330                 ml3 = pmap_remove_pt_page(pmap, sva);
3331                 if (ml3 != NULL) {
3332                         KASSERT(ml3->valid == VM_PAGE_BITS_ALL,
3333                             ("pmap_remove_l2: l3 page not promoted"));
3334                         pmap_resident_count_dec(pmap, 1);
3335                         KASSERT(ml3->ref_count == NL3PG,
3336                             ("pmap_remove_l2: l3 page ref count error"));
3337                         ml3->ref_count = 0;
3338                         pmap_add_delayed_free_list(ml3, free, FALSE);
3339                 }
3340         }
3341         return (pmap_unuse_pt(pmap, sva, l1e, free));
3342 }
3343
3344 /*
3345  * pmap_remove_l3: do the things to unmap a page in a process
3346  */
3347 static int
3348 pmap_remove_l3(pmap_t pmap, pt_entry_t *l3, vm_offset_t va,
3349     pd_entry_t l2e, struct spglist *free, struct rwlock **lockp)
3350 {
3351         struct md_page *pvh;
3352         pt_entry_t old_l3;
3353         vm_page_t m;
3354
3355         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
3356         old_l3 = pmap_load_clear(l3);
3357         pmap_s1_invalidate_page(pmap, va, true);
3358         if (old_l3 & ATTR_SW_WIRED)
3359                 pmap->pm_stats.wired_count -= 1;
3360         pmap_resident_count_dec(pmap, 1);
3361         if (old_l3 & ATTR_SW_MANAGED) {
3362                 m = PHYS_TO_VM_PAGE(old_l3 & ~ATTR_MASK);
3363                 if (pmap_pte_dirty(pmap, old_l3))
3364                         vm_page_dirty(m);
3365                 if (old_l3 & ATTR_AF)
3366                         vm_page_aflag_set(m, PGA_REFERENCED);
3367                 CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_VM_PAGE(lockp, m);
3368                 pmap_pvh_free(&m->md, pmap, va);
3369                 if (TAILQ_EMPTY(&m->md.pv_list) &&
3370                     (m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0) {
3371                         pvh = page_to_pvh(m);
3372                         if (TAILQ_EMPTY(&pvh->pv_list))
3373                                 vm_page_aflag_clear(m, PGA_WRITEABLE);
3374                 }
3375         }
3376         return (pmap_unuse_pt(pmap, va, l2e, free));
3377 }
3378
3379 /*
3380  * Remove the specified range of addresses from the L3 page table that is
3381  * identified by the given L2 entry.
3382  */
3383 static void
3384 pmap_remove_l3_range(pmap_t pmap, pd_entry_t l2e, vm_offset_t sva,
3385     vm_offset_t eva, struct spglist *free, struct rwlock **lockp)
3386 {
3387         struct md_page *pvh;
3388         struct rwlock *new_lock;
3389         pt_entry_t *l3, old_l3;
3390         vm_offset_t va;
3391         vm_page_t l3pg, m;
3392
3393         KASSERT(ADDR_IS_CANONICAL(sva),
3394             ("%s: Start address not in canonical form: %lx", __func__, sva));
3395         KASSERT(ADDR_IS_CANONICAL(eva) || eva == VM_MAX_USER_ADDRESS,
3396             ("%s: End address not in canonical form: %lx", __func__, eva));
3397
3398         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
3399         KASSERT(rounddown2(sva, L2_SIZE) + L2_SIZE == roundup2(eva, L2_SIZE),
3400             ("pmap_remove_l3_range: range crosses an L3 page table boundary"));
3401         l3pg = !ADDR_IS_KERNEL(sva) ? PHYS_TO_VM_PAGE(l2e & ~ATTR_MASK) : NULL;
3402         va = eva;
3403         for (l3 = pmap_l2_to_l3(&l2e, sva); sva != eva; l3++, sva += L3_SIZE) {
3404                 if (!pmap_l3_valid(pmap_load(l3))) {
3405                         if (va != eva) {
3406                                 pmap_invalidate_range(pmap, va, sva, true);
3407                                 va = eva;
3408                         }
3409                         continue;
3410                 }
3411                 old_l3 = pmap_load_clear(l3);
3412                 if ((old_l3 & ATTR_SW_WIRED) != 0)
3413                         pmap->pm_stats.wired_count--;
3414                 pmap_resident_count_dec(pmap, 1);
3415                 if ((old_l3 & ATTR_SW_MANAGED) != 0) {
3416                         m = PHYS_TO_VM_PAGE(old_l3 & ~ATTR_MASK);
3417                         if (pmap_pte_dirty(pmap, old_l3))
3418                                 vm_page_dirty(m);
3419                         if ((old_l3 & ATTR_AF) != 0)
3420                                 vm_page_aflag_set(m, PGA_REFERENCED);
3421                         new_lock = PHYS_TO_PV_LIST_LOCK(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
3422                         if (new_lock != *lockp) {
3423                                 if (*lockp != NULL) {
3424                                         /*
3425                                          * Pending TLB invalidations must be
3426                                          * performed before the PV list lock is
3427                                          * released.  Otherwise, a concurrent
3428                                          * pmap_remove_all() on a physical page
3429                                          * could return while a stale TLB entry
3430                                          * still provides access to that page. 
3431                                          */
3432                                         if (va != eva) {
3433                                                 pmap_invalidate_range(pmap, va,
3434                                                     sva, true);
3435                                                 va = eva;
3436                                         }
3437                                         rw_wunlock(*lockp);
3438                                 }
3439                                 *lockp = new_lock;
3440                                 rw_wlock(*lockp);
3441                         }
3442                         pmap_pvh_free(&m->md, pmap, sva);
3443                         if (TAILQ_EMPTY(&m->md.pv_list) &&
3444                             (m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0) {
3445                                 pvh = page_to_pvh(m);
3446                                 if (TAILQ_EMPTY(&pvh->pv_list))
3447                                         vm_page_aflag_clear(m, PGA_WRITEABLE);
3448                         }
3449                 }
3450                 if (l3pg != NULL && pmap_unwire_l3(pmap, sva, l3pg, free)) {
3451                         /*
3452                          * _pmap_unwire_l3() has already invalidated the TLB
3453                          * entries at all levels for "sva".  So, we need not
3454                          * perform "sva += L3_SIZE;" here.  Moreover, we need
3455                          * not perform "va = sva;" if "sva" is at the start
3456                          * of a new valid range consisting of a single page.
3457                          */
3458                         break;
3459                 }
3460                 if (va == eva)
3461                         va = sva;
3462         }
3463         if (va != eva)
3464                 pmap_invalidate_range(pmap, va, sva, true);
3465 }
3466
3467 /*
3468  *      Remove the given range of addresses from the specified map.
3469  *
3470  *      It is assumed that the start and end are properly
3471  *      rounded to the page size.
3472  */
3473 void
3474 pmap_remove(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
3475 {
3476         struct rwlock *lock;
3477         vm_offset_t va_next;
3478         pd_entry_t *l0, *l1, *l2;
3479         pt_entry_t l3_paddr;
3480         struct spglist free;
3481
3482         /*
3483          * Perform an unsynchronized read.  This is, however, safe.
3484          */
3485         if (pmap->pm_stats.resident_count == 0)
3486                 return;
3487
3488         SLIST_INIT(&free);
3489
3490         PMAP_LOCK(pmap);
3491
3492         lock = NULL;
3493         for (; sva < eva; sva = va_next) {
3494                 if (pmap->pm_stats.resident_count == 0)
3495                         break;
3496
3497                 l0 = pmap_l0(pmap, sva);
3498                 if (pmap_load(l0) == 0) {
3499                         va_next = (sva + L0_SIZE) & ~L0_OFFSET;
3500                         if (va_next < sva)
3501                                 va_next = eva;
3502                         continue;
3503                 }
3504
3505                 va_next = (sva + L1_SIZE) & ~L1_OFFSET;
3506                 if (va_next < sva)
3507                         va_next = eva;
3508                 l1 = pmap_l0_to_l1(l0, sva);
3509                 if (pmap_load(l1) == 0)
3510                         continue;
3511                 if ((pmap_load(l1) & ATTR_DESCR_MASK) == L1_BLOCK) {
3512                         PMAP_ASSERT_L1_BLOCKS_SUPPORTED;
3513                         KASSERT(va_next <= eva,
3514                             ("partial update of non-transparent 1G page "
3515                             "l1 %#lx sva %#lx eva %#lx va_next %#lx",
3516                             pmap_load(l1), sva, eva, va_next));
3517                         MPASS(pmap != kernel_pmap);
3518                         MPASS((pmap_load(l1) & ATTR_SW_MANAGED) == 0);
3519                         pmap_clear(l1);
3520                         pmap_s1_invalidate_page(pmap, sva, true);
3521                         pmap_resident_count_dec(pmap, L1_SIZE / PAGE_SIZE);
3522                         pmap_unuse_pt(pmap, sva, pmap_load(l0), &free);
3523                         continue;
3524                 }
3525
3526                 /*
3527                  * Calculate index for next page table.
3528                  */
3529                 va_next = (sva + L2_SIZE) & ~L2_OFFSET;
3530                 if (va_next < sva)
3531                         va_next = eva;
3532
3533                 l2 = pmap_l1_to_l2(l1, sva);
3534                 if (l2 == NULL)
3535                         continue;
3536
3537                 l3_paddr = pmap_load(l2);
3538
3539                 if ((l3_paddr & ATTR_DESCR_MASK) == L2_BLOCK) {
3540                         if (sva + L2_SIZE == va_next && eva >= va_next) {
3541                                 pmap_remove_l2(pmap, l2, sva, pmap_load(l1),
3542                                     &free, &lock);
3543                                 continue;
3544                         } else if (pmap_demote_l2_locked(pmap, l2, sva,
3545                             &lock) == NULL)
3546                                 continue;
3547                         l3_paddr = pmap_load(l2);
3548                 }
3549
3550                 /*
3551                  * Weed out invalid mappings.
3552                  */
3553                 if ((l3_paddr & ATTR_DESCR_MASK) != L2_TABLE)
3554                         continue;
3555
3556                 /*
3557                  * Limit our scan to either the end of the va represented
3558                  * by the current page table page, or to the end of the
3559                  * range being removed.
3560                  */
3561                 if (va_next > eva)
3562                         va_next = eva;
3563
3564                 pmap_remove_l3_range(pmap, l3_paddr, sva, va_next, &free,
3565                     &lock);
3566         }
3567         if (lock != NULL)
3568                 rw_wunlock(lock);
3569         PMAP_UNLOCK(pmap);
3570         vm_page_free_pages_toq(&free, true);
3571 }
3572
3573 /*
3574  *      Routine:        pmap_remove_all
3575  *      Function:
3576  *              Removes this physical page from
3577  *              all physical maps in which it resides.
3578  *              Reflects back modify bits to the pager.
3579  *
3580  *      Notes:
3581  *              Original versions of this routine were very
3582  *              inefficient because they iteratively called
3583  *              pmap_remove (slow...)
3584  */
3585
3586 void
3587 pmap_remove_all(vm_page_t m)
3588 {
3589         struct md_page *pvh;
3590         pv_entry_t pv;
3591         pmap_t pmap;
3592         struct rwlock *lock;
3593         pd_entry_t *pde, tpde;
3594         pt_entry_t *pte, tpte;
3595         vm_offset_t va;
3596         struct spglist free;
3597         int lvl, pvh_gen, md_gen;
3598
3599         KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
3600             ("pmap_remove_all: page %p is not managed", m));
3601         SLIST_INIT(&free);
3602         lock = VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m);
3603         pvh = (m->flags & PG_FICTITIOUS) != 0 ? &pv_dummy : page_to_pvh(m);
3604         rw_wlock(lock);
3605 retry:
3606         while ((pv = TAILQ_FIRST(&pvh->pv_list)) != NULL) {
3607                 pmap = PV_PMAP(pv);
3608                 if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
3609                         pvh_gen = pvh->pv_gen;
3610                         rw_wunlock(lock);
3611                         PMAP_LOCK(pmap);
3612                         rw_wlock(lock);
3613                         if (pvh_gen != pvh->pv_gen) {
3614                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
3615                                 goto retry;
3616                         }
3617                 }
3618                 va = pv->pv_va;
3619                 pte = pmap_pte_exists(pmap, va, 2, __func__);
3620                 pmap_demote_l2_locked(pmap, pte, va, &lock);
3621                 PMAP_UNLOCK(pmap);
3622         }
3623         while ((pv = TAILQ_FIRST(&m->md.pv_list)) != NULL) {
3624                 pmap = PV_PMAP(pv);
3625                 if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
3626                         pvh_gen = pvh->pv_gen;
3627                         md_gen = m->md.pv_gen;
3628                         rw_wunlock(lock);
3629                         PMAP_LOCK(pmap);
3630                         rw_wlock(lock);
3631                         if (pvh_gen != pvh->pv_gen || md_gen != m->md.pv_gen) {
3632                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
3633                                 goto retry;
3634                         }
3635                 }
3636                 pmap_resident_count_dec(pmap, 1);
3637
3638                 pde = pmap_pde(pmap, pv->pv_va, &lvl);
3639                 KASSERT(pde != NULL,
3640                     ("pmap_remove_all: no page directory entry found"));
3641                 KASSERT(lvl == 2,
3642                     ("pmap_remove_all: invalid pde level %d", lvl));
3643                 tpde = pmap_load(pde);
3644
3645                 pte = pmap_l2_to_l3(pde, pv->pv_va);
3646                 tpte = pmap_load_clear(pte);
3647                 if (tpte & ATTR_SW_WIRED)
3648                         pmap->pm_stats.wired_count--;
3649                 if ((tpte & ATTR_AF) != 0) {
3650                         pmap_invalidate_page(pmap, pv->pv_va, true);
3651                         vm_page_aflag_set(m, PGA_REFERENCED);
3652                 }
3653
3654                 /*
3655                  * Update the vm_page_t clean and reference bits.
3656                  */
3657                 if (pmap_pte_dirty(pmap, tpte))
3658                         vm_page_dirty(m);
3659                 pmap_unuse_pt(pmap, pv->pv_va, tpde, &free);
3660                 TAILQ_REMOVE(&m->md.pv_list, pv, pv_next);
3661                 m->md.pv_gen++;
3662                 free_pv_entry(pmap, pv);
3663                 PMAP_UNLOCK(pmap);
3664         }
3665         vm_page_aflag_clear(m, PGA_WRITEABLE);
3666         rw_wunlock(lock);
3667         vm_page_free_pages_toq(&free, true);
3668 }
3669
3670 /*
3671  * Masks and sets bits in a level 2 page table entries in the specified pmap
3672  */
3673 static void
3674 pmap_protect_l2(pmap_t pmap, pt_entry_t *l2, vm_offset_t sva, pt_entry_t mask,
3675     pt_entry_t nbits)
3676 {
3677         pd_entry_t old_l2;
3678         vm_page_t m, mt;
3679
3680         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
3681         PMAP_ASSERT_STAGE1(pmap);
3682         KASSERT((sva & L2_OFFSET) == 0,
3683             ("pmap_protect_l2: sva is not 2mpage aligned"));
3684         old_l2 = pmap_load(l2);
3685         KASSERT((old_l2 & ATTR_DESCR_MASK) == L2_BLOCK,
3686             ("pmap_protect_l2: L2e %lx is not a block mapping", old_l2));
3687
3688         /*
3689          * Return if the L2 entry already has the desired access restrictions
3690          * in place.
3691          */
3692         if ((old_l2 & mask) == nbits)
3693                 return;
3694
3695         while (!atomic_fcmpset_64(l2, &old_l2, (old_l2 & ~mask) | nbits))
3696                 cpu_spinwait();
3697
3698         /*
3699          * When a dirty read/write superpage mapping is write protected,
3700          * update the dirty field of each of the superpage's constituent 4KB
3701          * pages.
3702          */
3703         if ((old_l2 & ATTR_SW_MANAGED) != 0 &&
3704             (nbits & ATTR_S1_AP(ATTR_S1_AP_RO)) != 0 &&
3705             pmap_pte_dirty(pmap, old_l2)) {
3706                 m = PHYS_TO_VM_PAGE(old_l2 & ~ATTR_MASK);
3707                 for (mt = m; mt < &m[L2_SIZE / PAGE_SIZE]; mt++)
3708                         vm_page_dirty(mt);
3709         }
3710
3711         /*
3712          * Since a promotion must break the 4KB page mappings before making
3713          * the 2MB page mapping, a pmap_s1_invalidate_page() suffices.
3714          */
3715         pmap_s1_invalidate_page(pmap, sva, true);
3716 }
3717
3718 /*
3719  * Masks and sets bits in last level page table entries in the specified
3720  * pmap and range
3721  */
3722 static void
3723 pmap_mask_set(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva, pt_entry_t mask,
3724     pt_entry_t nbits, bool invalidate)
3725 {
3726         vm_offset_t va, va_next;
3727         pd_entry_t *l0, *l1, *l2;
3728         pt_entry_t *l3p, l3;
3729
3730         PMAP_LOCK(pmap);
3731         for (; sva < eva; sva = va_next) {
3732                 l0 = pmap_l0(pmap, sva);
3733                 if (pmap_load(l0) == 0) {
3734                         va_next = (sva + L0_SIZE) & ~L0_OFFSET;
3735                         if (va_next < sva)
3736                                 va_next = eva;
3737                         continue;
3738                 }
3739
3740                 va_next = (sva + L1_SIZE) & ~L1_OFFSET;
3741                 if (va_next < sva)
3742                         va_next = eva;
3743                 l1 = pmap_l0_to_l1(l0, sva);
3744                 if (pmap_load(l1) == 0)
3745                         continue;
3746                 if ((pmap_load(l1) & ATTR_DESCR_MASK) == L1_BLOCK) {
3747                         PMAP_ASSERT_L1_BLOCKS_SUPPORTED;
3748                         KASSERT(va_next <= eva,
3749                             ("partial update of non-transparent 1G page "
3750                             "l1 %#lx sva %#lx eva %#lx va_next %#lx",
3751                             pmap_load(l1), sva, eva, va_next));
3752                         MPASS((pmap_load(l1) & ATTR_SW_MANAGED) == 0);
3753                         if ((pmap_load(l1) & mask) != nbits) {
3754                                 pmap_store(l1, (pmap_load(l1) & ~mask) | nbits);
3755                                 if (invalidate)
3756                                         pmap_s1_invalidate_page(pmap, sva, true);
3757                         }
3758                         continue;
3759                 }
3760
3761                 va_next = (sva + L2_SIZE) & ~L2_OFFSET;
3762                 if (va_next < sva)
3763                         va_next = eva;
3764
3765                 l2 = pmap_l1_to_l2(l1, sva);
3766                 if (pmap_load(l2) == 0)
3767                         continue;
3768
3769                 if ((pmap_load(l2) & ATTR_DESCR_MASK) == L2_BLOCK) {
3770                         if (sva + L2_SIZE == va_next && eva >= va_next) {
3771                                 pmap_protect_l2(pmap, l2, sva, mask, nbits);
3772                                 continue;
3773                         } else if (pmap_demote_l2(pmap, l2, sva) == NULL)
3774                                 continue;
3775                 }
3776                 KASSERT((pmap_load(l2) & ATTR_DESCR_MASK) == L2_TABLE,
3777                     ("pmap_protect: Invalid L2 entry after demotion"));
3778
3779                 if (va_next > eva)
3780                         va_next = eva;
3781
3782                 va = va_next;
3783                 for (l3p = pmap_l2_to_l3(l2, sva); sva != va_next; l3p++,
3784                     sva += L3_SIZE) {
3785                         l3 = pmap_load(l3p);
3786
3787                         /*
3788                          * Go to the next L3 entry if the current one is
3789                          * invalid or already has the desired access
3790                          * restrictions in place.  (The latter case occurs
3791                          * frequently.  For example, in a "buildworld"
3792                          * workload, almost 1 out of 4 L3 entries already
3793                          * have the desired restrictions.)
3794                          */
3795                         if (!pmap_l3_valid(l3) || (l3 & mask) == nbits) {
3796                                 if (va != va_next) {
3797                                         if (invalidate)
3798                                                 pmap_s1_invalidate_range(pmap,
3799                                                     va, sva, true);
3800                                         va = va_next;
3801                                 }
3802                                 continue;
3803                         }
3804
3805                         while (!atomic_fcmpset_64(l3p, &l3, (l3 & ~mask) |
3806                             nbits))
3807                                 cpu_spinwait();
3808
3809                         /*
3810                          * When a dirty read/write mapping is write protected,
3811                          * update the page's dirty field.
3812                          */
3813                         if ((l3 & ATTR_SW_MANAGED) != 0 &&
3814                             (nbits & ATTR_S1_AP(ATTR_S1_AP_RO)) != 0 &&
3815                             pmap_pte_dirty(pmap, l3))
3816                                 vm_page_dirty(PHYS_TO_VM_PAGE(l3 & ~ATTR_MASK));
3817
3818                         if (va == va_next)
3819                                 va = sva;
3820                 }
3821                 if (va != va_next && invalidate)
3822                         pmap_s1_invalidate_range(pmap, va, sva, true);
3823         }
3824         PMAP_UNLOCK(pmap);
3825 }
3826
3827 /*
3828  *      Set the physical protection on the
3829  *      specified range of this map as requested.
3830  */
3831 void
3832 pmap_protect(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva, vm_prot_t prot)
3833 {
3834         pt_entry_t mask, nbits;
3835
3836         PMAP_ASSERT_STAGE1(pmap);
3837         KASSERT((prot & ~VM_PROT_ALL) == 0, ("invalid prot %x", prot));
3838         if (prot == VM_PROT_NONE) {
3839                 pmap_remove(pmap, sva, eva);
3840                 return;
3841         }
3842
3843         mask = nbits = 0;
3844         if ((prot & VM_PROT_WRITE) == 0) {
3845                 mask |= ATTR_S1_AP_RW_BIT | ATTR_SW_DBM;
3846                 nbits |= ATTR_S1_AP(ATTR_S1_AP_RO);
3847         }
3848         if ((prot & VM_PROT_EXECUTE) == 0) {
3849                 mask |= ATTR_S1_XN;
3850                 nbits |= ATTR_S1_XN;
3851         }
3852         if (mask == 0)
3853                 return;
3854
3855         pmap_mask_set(pmap, sva, eva, mask, nbits, true);
3856 }
3857
3858 void
3859 pmap_disable_promotion(vm_offset_t sva, vm_size_t size)
3860 {
3861
3862         MPASS((sva & L3_OFFSET) == 0);
3863         MPASS(((sva + size) & L3_OFFSET) == 0);
3864
3865         pmap_mask_set(kernel_pmap, sva, sva + size, ATTR_SW_NO_PROMOTE,
3866             ATTR_SW_NO_PROMOTE, false);
3867 }
3868
3869 /*
3870  * Inserts the specified page table page into the specified pmap's collection
3871  * of idle page table pages.  Each of a pmap's page table pages is responsible
3872  * for mapping a distinct range of virtual addresses.  The pmap's collection is
3873  * ordered by this virtual address range.
3874  *
3875  * If "promoted" is false, then the page table page "mpte" must be zero filled.
3876  */
3877 static __inline int
3878 pmap_insert_pt_page(pmap_t pmap, vm_page_t mpte, bool promoted)
3879 {
3880
3881         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
3882         mpte->valid = promoted ? VM_PAGE_BITS_ALL : 0;
3883         return (vm_radix_insert(&pmap->pm_root, mpte));
3884 }
3885
3886 /*
3887  * Removes the page table page mapping the specified virtual address from the
3888  * specified pmap's collection of idle page table pages, and returns it.
3889  * Otherwise, returns NULL if there is no page table page corresponding to the
3890  * specified virtual address.
3891  */
3892 static __inline vm_page_t
3893 pmap_remove_pt_page(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
3894 {
3895
3896         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
3897         return (vm_radix_remove(&pmap->pm_root, pmap_l2_pindex(va)));
3898 }
3899
3900 /*
3901  * Performs a break-before-make update of a pmap entry. This is needed when
3902  * either promoting or demoting pages to ensure the TLB doesn't get into an
3903  * inconsistent state.
3904  */
3905 static void
3906 pmap_update_entry(pmap_t pmap, pd_entry_t *pte, pd_entry_t newpte,
3907     vm_offset_t va, vm_size_t size)
3908 {
3909         register_t intr;
3910
3911         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
3912
3913         if ((newpte & ATTR_SW_NO_PROMOTE) != 0)
3914                 panic("%s: Updating non-promote pte", __func__);
3915
3916         /*
3917          * Ensure we don't get switched out with the page table in an
3918          * inconsistent state. We also need to ensure no interrupts fire
3919          * as they may make use of an address we are about to invalidate.
3920          */
3921         intr = intr_disable();
3922
3923         /*
3924          * Clear the old mapping's valid bit, but leave the rest of the entry
3925          * unchanged, so that a lockless, concurrent pmap_kextract() can still
3926          * lookup the physical address.
3927          */
3928         pmap_clear_bits(pte, ATTR_DESCR_VALID);
3929
3930         /*
3931          * When promoting, the L{1,2}_TABLE entry that is being replaced might
3932          * be cached, so we invalidate intermediate entries as well as final
3933          * entries.
3934          */
3935         pmap_s1_invalidate_range(pmap, va, va + size, false);
3936
3937         /* Create the new mapping */
3938         pmap_store(pte, newpte);
3939         dsb(ishst);
3940
3941         intr_restore(intr);
3942 }
3943
3944 #if VM_NRESERVLEVEL > 0
3945 /*
3946  * After promotion from 512 4KB page mappings to a single 2MB page mapping,
3947  * replace the many pv entries for the 4KB page mappings by a single pv entry
3948  * for the 2MB page mapping.
3949  */
3950 static void
3951 pmap_pv_promote_l2(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_paddr_t pa,
3952     struct rwlock **lockp)
3953 {
3954         struct md_page *pvh;
3955         pv_entry_t pv;
3956         vm_offset_t va_last;
3957         vm_page_t m;
3958
3959         KASSERT((pa & L2_OFFSET) == 0,
3960             ("pmap_pv_promote_l2: pa is not 2mpage aligned"));
3961         CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_PHYS(lockp, pa);
3962
3963         /*
3964          * Transfer the first page's pv entry for this mapping to the 2mpage's
3965          * pv list.  Aside from avoiding the cost of a call to get_pv_entry(),
3966          * a transfer avoids the possibility that get_pv_entry() calls
3967          * reclaim_pv_chunk() and that reclaim_pv_chunk() removes one of the
3968          * mappings that is being promoted.
3969          */
3970         m = PHYS_TO_VM_PAGE(pa);
3971         va = va & ~L2_OFFSET;
3972         pv = pmap_pvh_remove(&m->md, pmap, va);
3973         KASSERT(pv != NULL, ("pmap_pv_promote_l2: pv not found"));
3974         pvh = page_to_pvh(m);
3975         TAILQ_INSERT_TAIL(&pvh->pv_list, pv, pv_next);
3976         pvh->pv_gen++;
3977         /* Free the remaining NPTEPG - 1 pv entries. */
3978         va_last = va + L2_SIZE - PAGE_SIZE;
3979         do {
3980                 m++;
3981                 va += PAGE_SIZE;
3982                 pmap_pvh_free(&m->md, pmap, va);
3983         } while (va < va_last);
3984 }
3985
3986 /*
3987  * Tries to promote the 512, contiguous 4KB page mappings that are within a
3988  * single level 2 table entry to a single 2MB page mapping.  For promotion
3989  * to occur, two conditions must be met: (1) the 4KB page mappings must map
3990  * aligned, contiguous physical memory and (2) the 4KB page mappings must have
3991  * identical characteristics.
3992  */
3993 static void
3994 pmap_promote_l2(pmap_t pmap, pd_entry_t *l2, vm_offset_t va, vm_page_t mpte,
3995     struct rwlock **lockp)
3996 {
3997         pt_entry_t *firstl3, *l3, newl2, oldl3, pa;
3998
3999         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
4000         PMAP_ASSERT_STAGE1(pmap);
4001
4002         /*
4003          * Examine the first L3E in the specified PTP.  Abort if this L3E is
4004          * ineligible for promotion, invalid, or does not map the first 4KB
4005          * physical page within a 2MB page.
4006          */
4007         firstl3 = (pt_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(pmap_load(l2) & ~ATTR_MASK);
4008         newl2 = pmap_load(firstl3);
4009         if ((newl2 & ATTR_SW_NO_PROMOTE) != 0)
4010                 return;
4011         if ((newl2 & ((~ATTR_MASK & L2_OFFSET) | ATTR_DESCR_MASK)) != L3_PAGE) {
4012                 atomic_add_long(&pmap_l2_p_failures, 1);
4013                 CTR2(KTR_PMAP, "pmap_promote_l2: failure for va %#lx"
4014                     " in pmap %p", va, pmap);
4015                 return;
4016         }
4017
4018         /*
4019          * Both here and in the below "for" loop, to allow for repromotion
4020          * after MADV_FREE, conditionally write protect a clean L3E before
4021          * possibly aborting the promotion due to other L3E attributes.  Why?
4022          * Suppose that MADV_FREE is applied to a part of a superpage, the
4023          * address range [S, E).  pmap_advise() will demote the superpage
4024          * mapping, destroy the 4KB page mapping at the end of [S, E), and
4025          * set AP_RO and clear AF in the L3Es for the rest of [S, E).  Later,
4026          * imagine that the memory in [S, E) is recycled, but the last 4KB
4027          * page in [S, E) is not the last to be rewritten, or simply accessed.
4028          * In other words, there is still a 4KB page in [S, E), call it P,
4029          * that is writeable but AP_RO is set and AF is clear in P's L3E.
4030          * Unless we write protect P before aborting the promotion, if and
4031          * when P is finally rewritten, there won't be a page fault to trigger
4032          * repromotion.
4033          */
4034 setl2:
4035         if ((newl2 & (ATTR_S1_AP_RW_BIT | ATTR_SW_DBM)) ==
4036             (ATTR_S1_AP(ATTR_S1_AP_RO) | ATTR_SW_DBM)) {
4037                 /*
4038                  * When the mapping is clean, i.e., ATTR_S1_AP_RO is set,
4039                  * ATTR_SW_DBM can be cleared without a TLB invalidation.
4040                  */
4041                 if (!atomic_fcmpset_64(firstl3, &newl2, newl2 & ~ATTR_SW_DBM))
4042                         goto setl2;
4043                 newl2 &= ~ATTR_SW_DBM;
4044         }
4045         if ((newl2 & ATTR_AF) == 0) {
4046                 atomic_add_long(&pmap_l2_p_failures, 1);
4047                 CTR2(KTR_PMAP, "pmap_promote_l2: failure for va %#lx"
4048                     " in pmap %p", va, pmap);
4049                 return;
4050         }
4051
4052         /*
4053          * Examine each of the other L3Es in the specified PTP.  Abort if this
4054          * L3E maps an unexpected 4KB physical page or does not have identical
4055          * characteristics to the first L3E.
4056          */
4057         pa = (newl2 & (~ATTR_MASK | ATTR_DESCR_MASK)) + L2_SIZE - PAGE_SIZE;
4058         for (l3 = firstl3 + NL3PG - 1; l3 > firstl3; l3--) {
4059                 oldl3 = pmap_load(l3);
4060                 if ((oldl3 & (~ATTR_MASK | ATTR_DESCR_MASK)) != pa) {
4061                         atomic_add_long(&pmap_l2_p_failures, 1);
4062                         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_promote_l2: failure for va %#lx"
4063                             " in pmap %p", va, pmap);
4064                         return;
4065                 }
4066 setl3:
4067                 if ((oldl3 & (ATTR_S1_AP_RW_BIT | ATTR_SW_DBM)) ==
4068                     (ATTR_S1_AP(ATTR_S1_AP_RO) | ATTR_SW_DBM)) {
4069                         /*
4070                          * When the mapping is clean, i.e., ATTR_S1_AP_RO is
4071                          * set, ATTR_SW_DBM can be cleared without a TLB
4072                          * invalidation.
4073                          */
4074                         if (!atomic_fcmpset_64(l3, &oldl3, oldl3 &
4075                             ~ATTR_SW_DBM))
4076                                 goto setl3;
4077                         oldl3 &= ~ATTR_SW_DBM;
4078                 }
4079                 if ((oldl3 & ATTR_MASK) != (newl2 & ATTR_MASK)) {
4080                         atomic_add_long(&pmap_l2_p_failures, 1);
4081                         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_promote_l2: failure for va %#lx"
4082                             " in pmap %p", va, pmap);
4083                         return;
4084                 }
4085                 pa -= PAGE_SIZE;
4086         }
4087
4088         /*
4089          * Save the page table page in its current state until the L2
4090          * mapping the superpage is demoted by pmap_demote_l2() or
4091          * destroyed by pmap_remove_l3().
4092          */
4093         if (mpte == NULL)
4094                 mpte = PHYS_TO_VM_PAGE(pmap_load(l2) & ~ATTR_MASK);
4095         KASSERT(mpte >= vm_page_array &&
4096             mpte < &vm_page_array[vm_page_array_size],
4097             ("pmap_promote_l2: page table page is out of range"));
4098         KASSERT(mpte->pindex == pmap_l2_pindex(va),
4099             ("pmap_promote_l2: page table page's pindex is wrong"));
4100         if (pmap_insert_pt_page(pmap, mpte, true)) {
4101                 atomic_add_long(&pmap_l2_p_failures, 1);
4102                 CTR2(KTR_PMAP,
4103                     "pmap_promote_l2: failure for va %#lx in pmap %p", va,
4104                     pmap);
4105                 return;
4106         }
4107
4108         if ((newl2 & ATTR_SW_MANAGED) != 0)
4109                 pmap_pv_promote_l2(pmap, va, newl2 & ~ATTR_MASK, lockp);
4110
4111         newl2 &= ~ATTR_DESCR_MASK;
4112         newl2 |= L2_BLOCK;
4113
4114         pmap_update_entry(pmap, l2, newl2, va & ~L2_OFFSET, L2_SIZE);
4115
4116         atomic_add_long(&pmap_l2_promotions, 1);
4117         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_promote_l2: success for va %#lx in pmap %p", va,
4118             pmap);
4119 }
4120 #endif /* VM_NRESERVLEVEL > 0 */
4121
4122 static int
4123 pmap_enter_largepage(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pt_entry_t newpte, int flags,
4124     int psind)
4125 {
4126         pd_entry_t *l0p, *l1p, *l2p, origpte;
4127         vm_page_t mp;
4128
4129         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
4130         KASSERT(psind > 0 && psind < MAXPAGESIZES,
4131             ("psind %d unexpected", psind));
4132         KASSERT(((newpte & ~ATTR_MASK) & (pagesizes[psind] - 1)) == 0,
4133             ("unaligned phys address %#lx newpte %#lx psind %d",
4134             (newpte & ~ATTR_MASK), newpte, psind));
4135
4136 restart:
4137         if (psind == 2) {
4138                 PMAP_ASSERT_L1_BLOCKS_SUPPORTED;
4139
4140                 l0p = pmap_l0(pmap, va);
4141                 if ((pmap_load(l0p) & ATTR_DESCR_VALID) == 0) {
4142                         mp = _pmap_alloc_l3(pmap, pmap_l0_pindex(va), NULL);
4143                         if (mp == NULL) {
4144                                 if ((flags & PMAP_ENTER_NOSLEEP) != 0)
4145                                         return (KERN_RESOURCE_SHORTAGE);
4146                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
4147                                 vm_wait(NULL);
4148                                 PMAP_LOCK(pmap);
4149                                 goto restart;
4150                         }
4151                         l1p = pmap_l0_to_l1(l0p, va);
4152                         KASSERT(l1p != NULL, ("va %#lx lost l1 entry", va));
4153                         origpte = pmap_load(l1p);
4154                 } else {
4155                         l1p = pmap_l0_to_l1(l0p, va);
4156                         KASSERT(l1p != NULL, ("va %#lx lost l1 entry", va));
4157                         origpte = pmap_load(l1p);
4158                         if ((origpte & ATTR_DESCR_VALID) == 0) {
4159                                 mp = PHYS_TO_VM_PAGE(pmap_load(l0p) &
4160                                     ~ATTR_MASK);
4161                                 mp->ref_count++;
4162                         }
4163                 }
4164                 KASSERT(((origpte & ~ATTR_MASK) == (newpte & ~ATTR_MASK) &&
4165                     (origpte & ATTR_DESCR_MASK) == L1_BLOCK) ||
4166                     (origpte & ATTR_DESCR_VALID) == 0,
4167                     ("va %#lx changing 1G phys page l1 %#lx newpte %#lx",
4168                     va, origpte, newpte));
4169                 pmap_store(l1p, newpte);
4170         } else /* (psind == 1) */ {
4171                 l2p = pmap_l2(pmap, va);
4172                 if (l2p == NULL) {
4173                         mp = _pmap_alloc_l3(pmap, pmap_l1_pindex(va), NULL);
4174                         if (mp == NULL) {
4175                                 if ((flags & PMAP_ENTER_NOSLEEP) != 0)
4176                                         return (KERN_RESOURCE_SHORTAGE);
4177                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
4178                                 vm_wait(NULL);
4179                                 PMAP_LOCK(pmap);
4180                                 goto restart;
4181                         }
4182                         l2p = (pd_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(mp));
4183                         l2p = &l2p[pmap_l2_index(va)];
4184                         origpte = pmap_load(l2p);
4185                 } else {
4186                         l1p = pmap_l1(pmap, va);
4187                         origpte = pmap_load(l2p);
4188                         if ((origpte & ATTR_DESCR_VALID) == 0) {
4189                                 mp = PHYS_TO_VM_PAGE(pmap_load(l1p) &
4190                                     ~ATTR_MASK);
4191                                 mp->ref_count++;
4192                         }
4193                 }
4194                 KASSERT((origpte & ATTR_DESCR_VALID) == 0 ||
4195                     ((origpte & ATTR_DESCR_MASK) == L2_BLOCK &&
4196                      (origpte & ~ATTR_MASK) == (newpte & ~ATTR_MASK)),
4197                     ("va %#lx changing 2M phys page l2 %#lx newpte %#lx",
4198                     va, origpte, newpte));
4199                 pmap_store(l2p, newpte);
4200         }
4201         dsb(ishst);
4202
4203         if ((origpte & ATTR_DESCR_VALID) == 0)
4204                 pmap_resident_count_inc(pmap, pagesizes[psind] / PAGE_SIZE);
4205         if ((newpte & ATTR_SW_WIRED) != 0 && (origpte & ATTR_SW_WIRED) == 0)
4206                 pmap->pm_stats.wired_count += pagesizes[psind] / PAGE_SIZE;
4207         else if ((newpte & ATTR_SW_WIRED) == 0 &&
4208             (origpte & ATTR_SW_WIRED) != 0)
4209                 pmap->pm_stats.wired_count -= pagesizes[psind] / PAGE_SIZE;
4210
4211         return (KERN_SUCCESS);
4212 }
4213
4214 /*
4215  *      Insert the given physical page (p) at
4216  *      the specified virtual address (v) in the
4217  *      target physical map with the protection requested.
4218  *
4219  *      If specified, the page will be wired down, meaning
4220  *      that the related pte can not be reclaimed.
4221  *
4222  *      NB:  This is the only routine which MAY NOT lazy-evaluate
4223  *      or lose information.  That is, this routine must actually
4224  *      insert this page into the given map NOW.
4225  */
4226 int
4227 pmap_enter(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m, vm_prot_t prot,
4228     u_int flags, int8_t psind)
4229 {
4230         struct rwlock *lock;
4231         pd_entry_t *pde;
4232         pt_entry_t new_l3, orig_l3;
4233         pt_entry_t *l2, *l3;
4234         pv_entry_t pv;
4235         vm_paddr_t opa, pa;
4236         vm_page_t mpte, om;
4237         boolean_t nosleep;
4238         int lvl, rv;
4239
4240         KASSERT(ADDR_IS_CANONICAL(va),
4241             ("%s: Address not in canonical form: %lx", __func__, va));
4242
4243         va = trunc_page(va);
4244         if ((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0)
4245                 VM_PAGE_OBJECT_BUSY_ASSERT(m);
4246         pa = VM_PAGE_TO_PHYS(m);
4247         new_l3 = (pt_entry_t)(pa | ATTR_DEFAULT | L3_PAGE);
4248         new_l3 |= pmap_pte_memattr(pmap, m->md.pv_memattr);
4249         new_l3 |= pmap_pte_prot(pmap, prot);
4250
4251         if ((flags & PMAP_ENTER_WIRED) != 0)
4252                 new_l3 |= ATTR_SW_WIRED;
4253         if (pmap->pm_stage == PM_STAGE1) {
4254                 if (!ADDR_IS_KERNEL(va))
4255                         new_l3 |= ATTR_S1_AP(ATTR_S1_AP_USER) | ATTR_S1_PXN;
4256                 else
4257                         new_l3 |= ATTR_S1_UXN;
4258                 if (pmap != kernel_pmap)
4259                         new_l3 |= ATTR_S1_nG;
4260         } else {
4261                 /*
4262                  * Clear the access flag on executable mappings, this will be
4263                  * set later when the page is accessed. The fault handler is
4264                  * required to invalidate the I-cache.
4265                  *
4266                  * TODO: Switch to the valid flag to allow hardware management
4267                  * of the access flag. Much of the pmap code assumes the
4268                  * valid flag is set and fails to destroy the old page tables
4269                  * correctly if it is clear.
4270                  */
4271                 if (prot & VM_PROT_EXECUTE)
4272                         new_l3 &= ~ATTR_AF;
4273         }
4274         if ((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0) {
4275                 new_l3 |= ATTR_SW_MANAGED;
4276                 if ((prot & VM_PROT_WRITE) != 0) {
4277                         new_l3 |= ATTR_SW_DBM;
4278                         if ((flags & VM_PROT_WRITE) == 0) {
4279                                 if (pmap->pm_stage == PM_STAGE1)
4280                                         new_l3 |= ATTR_S1_AP(ATTR_S1_AP_RO);
4281                                 else
4282                                         new_l3 &=
4283                                             ~ATTR_S2_S2AP(ATTR_S2_S2AP_WRITE);
4284                         }
4285                 }
4286         }
4287
4288         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_enter: %.16lx -> %.16lx", va, pa);
4289
4290         lock = NULL;
4291         PMAP_LOCK(pmap);
4292         if ((flags & PMAP_ENTER_LARGEPAGE) != 0) {
4293                 KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) != 0,
4294                     ("managed largepage va %#lx flags %#x", va, flags));
4295                 new_l3 &= ~L3_PAGE;
4296                 if (psind == 2) {
4297                         PMAP_ASSERT_L1_BLOCKS_SUPPORTED;
4298                         new_l3 |= L1_BLOCK;
4299                 } else /* (psind == 1) */
4300                         new_l3 |= L2_BLOCK;
4301                 rv = pmap_enter_largepage(pmap, va, new_l3, flags, psind);
4302                 goto out;
4303         }
4304         if (psind == 1) {
4305                 /* Assert the required virtual and physical alignment. */
4306                 KASSERT((va & L2_OFFSET) == 0, ("pmap_enter: va unaligned"));
4307                 KASSERT(m->psind > 0, ("pmap_enter: m->psind < psind"));
4308                 rv = pmap_enter_l2(pmap, va, (new_l3 & ~L3_PAGE) | L2_BLOCK,
4309                     flags, m, &lock);
4310                 goto out;
4311         }
4312         mpte = NULL;
4313
4314         /*
4315          * In the case that a page table page is not
4316          * resident, we are creating it here.
4317          */
4318 retry:
4319         pde = pmap_pde(pmap, va, &lvl);
4320         if (pde != NULL && lvl == 2) {
4321                 l3 = pmap_l2_to_l3(pde, va);
4322                 if (!ADDR_IS_KERNEL(va) && mpte == NULL) {
4323                         mpte = PHYS_TO_VM_PAGE(pmap_load(pde) & ~ATTR_MASK);
4324                         mpte->ref_count++;
4325                 }
4326                 goto havel3;
4327         } else if (pde != NULL && lvl == 1) {
4328                 l2 = pmap_l1_to_l2(pde, va);
4329                 if ((pmap_load(l2) & ATTR_DESCR_MASK) == L2_BLOCK &&
4330                     (l3 = pmap_demote_l2_locked(pmap, l2, va, &lock)) != NULL) {
4331                         l3 = &l3[pmap_l3_index(va)];
4332                         if (!ADDR_IS_KERNEL(va)) {
4333                                 mpte = PHYS_TO_VM_PAGE(
4334                                     pmap_load(l2) & ~ATTR_MASK);
4335                                 mpte->ref_count++;
4336                         }
4337                         goto havel3;
4338                 }
4339                 /* We need to allocate an L3 table. */
4340         }
4341         if (!ADDR_IS_KERNEL(va)) {
4342                 nosleep = (flags & PMAP_ENTER_NOSLEEP) != 0;
4343
4344                 /*
4345                  * We use _pmap_alloc_l3() instead of pmap_alloc_l3() in order
4346                  * to handle the possibility that a superpage mapping for "va"
4347                  * was created while we slept.
4348                  */
4349                 mpte = _pmap_alloc_l3(pmap, pmap_l2_pindex(va),
4350                     nosleep ? NULL : &lock);
4351                 if (mpte == NULL && nosleep) {
4352                         CTR0(KTR_PMAP, "pmap_enter: mpte == NULL");
4353                         rv = KERN_RESOURCE_SHORTAGE;
4354                         goto out;
4355                 }
4356                 goto retry;
4357         } else
4358                 panic("pmap_enter: missing L3 table for kernel va %#lx", va);
4359
4360 havel3:
4361         orig_l3 = pmap_load(l3);
4362         opa = orig_l3 & ~ATTR_MASK;
4363         pv = NULL;
4364
4365         /*
4366          * Is the specified virtual address already mapped?
4367          */
4368         if (pmap_l3_valid(orig_l3)) {
4369                 /*
4370                  * Wiring change, just update stats. We don't worry about
4371                  * wiring PT pages as they remain resident as long as there
4372                  * are valid mappings in them. Hence, if a user page is wired,
4373                  * the PT page will be also.
4374                  */
4375                 if ((flags & PMAP_ENTER_WIRED) != 0 &&
4376                     (orig_l3 & ATTR_SW_WIRED) == 0)
4377                         pmap->pm_stats.wired_count++;
4378                 else if ((flags & PMAP_ENTER_WIRED) == 0 &&
4379                     (orig_l3 & ATTR_SW_WIRED) != 0)
4380                         pmap->pm_stats.wired_count--;
4381
4382                 /*
4383                  * Remove the extra PT page reference.
4384                  */
4385                 if (mpte != NULL) {
4386                         mpte->ref_count--;
4387                         KASSERT(mpte->ref_count > 0,
4388                             ("pmap_enter: missing reference to page table page,"
4389                              " va: 0x%lx", va));
4390                 }
4391
4392                 /*
4393                  * Has the physical page changed?
4394                  */
4395                 if (opa == pa) {
4396                         /*
4397                          * No, might be a protection or wiring change.
4398                          */
4399                         if ((orig_l3 & ATTR_SW_MANAGED) != 0 &&
4400                             (new_l3 & ATTR_SW_DBM) != 0)
4401                                 vm_page_aflag_set(m, PGA_WRITEABLE);
4402                         goto validate;
4403                 }
4404
4405                 /*
4406                  * The physical page has changed.  Temporarily invalidate
4407                  * the mapping.
4408                  */
4409                 orig_l3 = pmap_load_clear(l3);
4410                 KASSERT((orig_l3 & ~ATTR_MASK) == opa,
4411                     ("pmap_enter: unexpected pa update for %#lx", va));
4412                 if ((orig_l3 & ATTR_SW_MANAGED) != 0) {
4413                         om = PHYS_TO_VM_PAGE(opa);
4414
4415                         /*
4416                          * The pmap lock is sufficient to synchronize with
4417                          * concurrent calls to pmap_page_test_mappings() and
4418                          * pmap_ts_referenced().
4419                          */
4420                         if (pmap_pte_dirty(pmap, orig_l3))
4421                                 vm_page_dirty(om);
4422                         if ((orig_l3 & ATTR_AF) != 0) {
4423                                 pmap_invalidate_page(pmap, va, true);
4424                                 vm_page_aflag_set(om, PGA_REFERENCED);
4425                         }
4426                         CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_PHYS(&lock, opa);
4427                         pv = pmap_pvh_remove(&om->md, pmap, va);
4428                         if ((m->oflags & VPO_UNMANAGED) != 0)
4429                                 free_pv_entry(pmap, pv);
4430                         if ((om->a.flags & PGA_WRITEABLE) != 0 &&
4431                             TAILQ_EMPTY(&om->md.pv_list) &&
4432                             ((om->flags & PG_FICTITIOUS) != 0 ||
4433                             TAILQ_EMPTY(&page_to_pvh(om)->pv_list)))
4434                                 vm_page_aflag_clear(om, PGA_WRITEABLE);
4435                 } else {
4436                         KASSERT((orig_l3 & ATTR_AF) != 0,
4437                             ("pmap_enter: unmanaged mapping lacks ATTR_AF"));
4438                         pmap_invalidate_page(pmap, va, true);
4439                 }
4440                 orig_l3 = 0;
4441         } else {
4442                 /*
4443                  * Increment the counters.
4444                  */
4445                 if ((new_l3 & ATTR_SW_WIRED) != 0)
4446                         pmap->pm_stats.wired_count++;
4447                 pmap_resident_count_inc(pmap, 1);
4448         }
4449         /*
4450          * Enter on the PV list if part of our managed memory.
4451          */
4452         if ((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0) {
4453                 if (pv == NULL) {
4454                         pv = get_pv_entry(pmap, &lock);
4455                         pv->pv_va = va;
4456                 }
4457                 CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_PHYS(&lock, pa);
4458                 TAILQ_INSERT_TAIL(&m->md.pv_list, pv, pv_next);
4459                 m->md.pv_gen++;
4460                 if ((new_l3 & ATTR_SW_DBM) != 0)
4461                         vm_page_aflag_set(m, PGA_WRITEABLE);
4462         }
4463
4464 validate:
4465         if (pmap->pm_stage == PM_STAGE1) {
4466                 /*
4467                  * Sync icache if exec permission and attribute
4468                  * VM_MEMATTR_WRITE_BACK is set. Do it now, before the mapping
4469                  * is stored and made valid for hardware table walk. If done
4470                  * later, then other can access this page before caches are
4471                  * properly synced. Don't do it for kernel memory which is
4472                  * mapped with exec permission even if the memory isn't going
4473                  * to hold executable code. The only time when icache sync is
4474                  * needed is after kernel module is loaded and the relocation
4475                  * info is processed. And it's done in elf_cpu_load_file().
4476                 */
4477                 if ((prot & VM_PROT_EXECUTE) &&  pmap != kernel_pmap &&
4478                     m->md.pv_memattr == VM_MEMATTR_WRITE_BACK &&
4479                     (opa != pa || (orig_l3 & ATTR_S1_XN))) {
4480                         PMAP_ASSERT_STAGE1(pmap);
4481                         cpu_icache_sync_range(PHYS_TO_DMAP(pa), PAGE_SIZE);
4482                 }
4483         } else {
4484                 cpu_dcache_wb_range(PHYS_TO_DMAP(pa), PAGE_SIZE);
4485         }
4486
4487         /*
4488          * Update the L3 entry
4489          */
4490         if (pmap_l3_valid(orig_l3)) {
4491                 KASSERT(opa == pa, ("pmap_enter: invalid update"));
4492                 if ((orig_l3 & ~ATTR_AF) != (new_l3 & ~ATTR_AF)) {
4493                         /* same PA, different attributes */
4494                         orig_l3 = pmap_load_store(l3, new_l3);
4495                         pmap_invalidate_page(pmap, va, true);
4496                         if ((orig_l3 & ATTR_SW_MANAGED) != 0 &&
4497                             pmap_pte_dirty(pmap, orig_l3))
4498                                 vm_page_dirty(m);
4499                 } else {
4500                         /*
4501                          * orig_l3 == new_l3
4502                          * This can happens if multiple threads simultaneously
4503                          * access not yet mapped page. This bad for performance
4504                          * since this can cause full demotion-NOP-promotion
4505                          * cycle.
4506                          * Another possible reasons are:
4507                          * - VM and pmap memory layout are diverged
4508                          * - tlb flush is missing somewhere and CPU doesn't see
4509                          *   actual mapping.
4510                          */
4511                         CTR4(KTR_PMAP, "%s: already mapped page - "
4512                             "pmap %p va 0x%#lx pte 0x%lx",
4513                             __func__, pmap, va, new_l3);
4514                 }
4515         } else {
4516                 /* New mapping */
4517                 pmap_store(l3, new_l3);
4518                 dsb(ishst);
4519         }
4520
4521 #if VM_NRESERVLEVEL > 0
4522         /*
4523          * Try to promote from level 3 pages to a level 2 superpage. This
4524          * currently only works on stage 1 pmaps as pmap_promote_l2 looks at
4525          * stage 1 specific fields and performs a break-before-make sequence
4526          * that is incorrect a stage 2 pmap.
4527          */
4528         if ((mpte == NULL || mpte->ref_count == NL3PG) &&
4529             pmap_ps_enabled(pmap) && pmap->pm_stage == PM_STAGE1 &&
4530             (m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0 &&
4531             vm_reserv_level_iffullpop(m) == 0) {
4532                 pmap_promote_l2(pmap, pde, va, mpte, &lock);
4533         }
4534 #endif
4535
4536         rv = KERN_SUCCESS;
4537 out:
4538         if (lock != NULL)
4539                 rw_wunlock(lock);
4540         PMAP_UNLOCK(pmap);
4541         return (rv);
4542 }
4543
4544 /*
4545  * Tries to create a read- and/or execute-only 2MB page mapping.  Returns
4546  * KERN_SUCCESS if the mapping was created.  Otherwise, returns an error
4547  * value.  See pmap_enter_l2() for the possible error values when "no sleep",
4548  * "no replace", and "no reclaim" are specified.
4549  */
4550 static int
4551 pmap_enter_2mpage(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m, vm_prot_t prot,
4552     struct rwlock **lockp)
4553 {
4554         pd_entry_t new_l2;
4555
4556         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
4557         PMAP_ASSERT_STAGE1(pmap);
4558         KASSERT(ADDR_IS_CANONICAL(va),
4559             ("%s: Address not in canonical form: %lx", __func__, va));
4560
4561         new_l2 = (pd_entry_t)(VM_PAGE_TO_PHYS(m) | ATTR_DEFAULT |
4562             ATTR_S1_IDX(m->md.pv_memattr) | ATTR_S1_AP(ATTR_S1_AP_RO) |
4563             L2_BLOCK);
4564         if ((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0) {
4565                 new_l2 |= ATTR_SW_MANAGED;
4566                 new_l2 &= ~ATTR_AF;
4567         }
4568         if ((prot & VM_PROT_EXECUTE) == 0 ||
4569             m->md.pv_memattr == VM_MEMATTR_DEVICE)
4570                 new_l2 |= ATTR_S1_XN;
4571         if (!ADDR_IS_KERNEL(va))
4572                 new_l2 |= ATTR_S1_AP(ATTR_S1_AP_USER) | ATTR_S1_PXN;
4573         else
4574                 new_l2 |= ATTR_S1_UXN;
4575         if (pmap != kernel_pmap)
4576                 new_l2 |= ATTR_S1_nG;
4577         return (pmap_enter_l2(pmap, va, new_l2, PMAP_ENTER_NOSLEEP |
4578             PMAP_ENTER_NOREPLACE | PMAP_ENTER_NORECLAIM, m, lockp));
4579 }
4580
4581 /*
4582  * Returns true if every page table entry in the specified page table is
4583  * zero.
4584  */
4585 static bool
4586 pmap_every_pte_zero(vm_paddr_t pa)
4587 {
4588         pt_entry_t *pt_end, *pte;
4589
4590         KASSERT((pa & PAGE_MASK) == 0, ("pa is misaligned"));
4591         pte = (pt_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(pa);
4592         for (pt_end = pte + Ln_ENTRIES; pte < pt_end; pte++) {
4593                 if (*pte != 0)
4594                         return (false);
4595         }
4596         return (true);
4597 }
4598
4599 /*
4600  * Tries to create the specified 2MB page mapping.  Returns KERN_SUCCESS if
4601  * the mapping was created, and one of KERN_FAILURE, KERN_NO_SPACE, or
4602  * KERN_RESOURCE_SHORTAGE otherwise.  Returns KERN_FAILURE if
4603  * PMAP_ENTER_NOREPLACE was specified and a 4KB page mapping already exists
4604  * within the 2MB virtual address range starting at the specified virtual
4605  * address.  Returns KERN_NO_SPACE if PMAP_ENTER_NOREPLACE was specified and a
4606  * 2MB page mapping already exists at the specified virtual address.  Returns
4607  * KERN_RESOURCE_SHORTAGE if either (1) PMAP_ENTER_NOSLEEP was specified and a
4608  * page table page allocation failed or (2) PMAP_ENTER_NORECLAIM was specified
4609  * and a PV entry allocation failed.
4610  */
4611 static int
4612 pmap_enter_l2(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t new_l2, u_int flags,
4613     vm_page_t m, struct rwlock **lockp)
4614 {
4615         struct spglist free;
4616         pd_entry_t *l2, old_l2;
4617         vm_page_t l2pg, mt;
4618
4619         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
4620         KASSERT(ADDR_IS_CANONICAL(va),
4621             ("%s: Address not in canonical form: %lx", __func__, va));
4622
4623         if ((l2 = pmap_alloc_l2(pmap, va, &l2pg, (flags &
4624             PMAP_ENTER_NOSLEEP) != 0 ? NULL : lockp)) == NULL) {
4625                 CTR2(KTR_PMAP, "pmap_enter_l2: failure for va %#lx in pmap %p",
4626                     va, pmap);
4627                 return (KERN_RESOURCE_SHORTAGE);
4628         }
4629
4630         /*
4631          * If there are existing mappings, either abort or remove them.
4632          */
4633         if ((old_l2 = pmap_load(l2)) != 0) {
4634                 KASSERT(l2pg == NULL || l2pg->ref_count > 1,
4635                     ("pmap_enter_l2: l2pg's ref count is too low"));
4636                 if ((flags & PMAP_ENTER_NOREPLACE) != 0) {
4637                         if ((old_l2 & ATTR_DESCR_MASK) == L2_BLOCK) {
4638                                 if (l2pg != NULL)
4639                                         l2pg->ref_count--;
4640                                 CTR2(KTR_PMAP,
4641                                     "pmap_enter_l2: no space for va %#lx"
4642                                     " in pmap %p", va, pmap);
4643                                 return (KERN_NO_SPACE);
4644                         } else if (!ADDR_IS_KERNEL(va) ||
4645                             !pmap_every_pte_zero(old_l2 & ~ATTR_MASK)) {
4646                                 if (l2pg != NULL)
4647                                         l2pg->ref_count--;
4648                                 CTR2(KTR_PMAP,
4649                                     "pmap_enter_l2: failure for va %#lx"
4650                                     " in pmap %p", va, pmap);
4651                                 return (KERN_FAILURE);
4652                         }
4653                 }
4654                 SLIST_INIT(&free);
4655                 if ((old_l2 & ATTR_DESCR_MASK) == L2_BLOCK)
4656                         (void)pmap_remove_l2(pmap, l2, va,
4657                             pmap_load(pmap_l1(pmap, va)), &free, lockp);
4658                 else
4659                         pmap_remove_l3_range(pmap, old_l2, va, va + L2_SIZE,
4660                             &free, lockp);
4661                 if (!ADDR_IS_KERNEL(va)) {
4662                         vm_page_free_pages_toq(&free, true);
4663                         KASSERT(pmap_load(l2) == 0,
4664                             ("pmap_enter_l2: non-zero L2 entry %p", l2));
4665                 } else {
4666                         KASSERT(SLIST_EMPTY(&free),
4667                             ("pmap_enter_l2: freed kernel page table page"));
4668
4669                         /*
4670                          * Both pmap_remove_l2() and pmap_remove_l3_range()
4671                          * will leave the kernel page table page zero filled.
4672                          * Nonetheless, the TLB could have an intermediate
4673                          * entry for the kernel page table page, so request
4674                          * an invalidation at all levels after clearing
4675                          * the L2_TABLE entry.
4676                          */
4677                         mt = PHYS_TO_VM_PAGE(pmap_load(l2) & ~ATTR_MASK);
4678                         if (pmap_insert_pt_page(pmap, mt, false))
4679                                 panic("pmap_enter_l2: trie insert failed");
4680                         pmap_clear(l2);
4681                         pmap_s1_invalidate_page(pmap, va, false);
4682                 }
4683         }
4684
4685         if ((new_l2 & ATTR_SW_MANAGED) != 0) {
4686                 /*
4687                  * Abort this mapping if its PV entry could not be created.
4688                  */
4689                 if (!pmap_pv_insert_l2(pmap, va, new_l2, flags, lockp)) {
4690                         if (l2pg != NULL)
4691                                 pmap_abort_ptp(pmap, va, l2pg);
4692                         CTR2(KTR_PMAP,
4693                             "pmap_enter_l2: failure for va %#lx in pmap %p",
4694                             va, pmap);
4695                         return (KERN_RESOURCE_SHORTAGE);
4696                 }
4697                 if ((new_l2 & ATTR_SW_DBM) != 0)
4698                         for (mt = m; mt < &m[L2_SIZE / PAGE_SIZE]; mt++)
4699                                 vm_page_aflag_set(mt, PGA_WRITEABLE);
4700         }
4701
4702         /*
4703          * Increment counters.
4704          */
4705         if ((new_l2 & ATTR_SW_WIRED) != 0)
4706                 pmap->pm_stats.wired_count += L2_SIZE / PAGE_SIZE;
4707         pmap->pm_stats.resident_count += L2_SIZE / PAGE_SIZE;
4708
4709         /*
4710          * Conditionally sync the icache.  See pmap_enter() for details.
4711          */
4712         if ((new_l2 & ATTR_S1_XN) == 0 && ((new_l2 & ~ATTR_MASK) !=
4713             (old_l2 & ~ATTR_MASK) || (old_l2 & ATTR_S1_XN) != 0) &&
4714             pmap != kernel_pmap && m->md.pv_memattr == VM_MEMATTR_WRITE_BACK) {
4715                 cpu_icache_sync_range(PHYS_TO_DMAP(new_l2 & ~ATTR_MASK),
4716                     L2_SIZE);
4717         }
4718
4719         /*
4720          * Map the superpage.
4721          */
4722         pmap_store(l2, new_l2);
4723         dsb(ishst);
4724
4725         atomic_add_long(&pmap_l2_mappings, 1);
4726         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_enter_l2: success for va %#lx in pmap %p",
4727             va, pmap);
4728
4729         return (KERN_SUCCESS);
4730 }
4731
4732 /*
4733  * Maps a sequence of resident pages belonging to the same object.
4734  * The sequence begins with the given page m_start.  This page is
4735  * mapped at the given virtual address start.  Each subsequent page is
4736  * mapped at a virtual address that is offset from start by the same
4737  * amount as the page is offset from m_start within the object.  The
4738  * last page in the sequence is the page with the largest offset from
4739  * m_start that can be mapped at a virtual address less than the given
4740  * virtual address end.  Not every virtual page between start and end
4741  * is mapped; only those for which a resident page exists with the
4742  * corresponding offset from m_start are mapped.
4743  */
4744 void
4745 pmap_enter_object(pmap_t pmap, vm_offset_t start, vm_offset_t end,
4746     vm_page_t m_start, vm_prot_t prot)
4747 {
4748         struct rwlock *lock;
4749         vm_offset_t va;
4750         vm_page_t m, mpte;
4751         vm_pindex_t diff, psize;
4752         int rv;
4753
4754         VM_OBJECT_ASSERT_LOCKED(m_start->object);
4755
4756         psize = atop(end - start);
4757         mpte = NULL;
4758         m = m_start;
4759         lock = NULL;
4760         PMAP_LOCK(pmap);
4761         while (m != NULL && (diff = m->pindex - m_start->pindex) < psize) {
4762                 va = start + ptoa(diff);
4763                 if ((va & L2_OFFSET) == 0 && va + L2_SIZE <= end &&
4764                     m->psind == 1 && pmap_ps_enabled(pmap) &&
4765                     ((rv = pmap_enter_2mpage(pmap, va, m, prot, &lock)) ==
4766                     KERN_SUCCESS || rv == KERN_NO_SPACE))
4767                         m = &m[L2_SIZE / PAGE_SIZE - 1];
4768                 else
4769                         mpte = pmap_enter_quick_locked(pmap, va, m, prot, mpte,
4770                             &lock);
4771                 m = TAILQ_NEXT(m, listq);
4772         }
4773         if (lock != NULL)
4774                 rw_wunlock(lock);
4775         PMAP_UNLOCK(pmap);
4776 }
4777
4778 /*
4779  * this code makes some *MAJOR* assumptions:
4780  * 1. Current pmap & pmap exists.
4781  * 2. Not wired.
4782  * 3. Read access.
4783  * 4. No page table pages.
4784  * but is *MUCH* faster than pmap_enter...
4785  */
4786
4787 void
4788 pmap_enter_quick(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m, vm_prot_t prot)
4789 {
4790         struct rwlock *lock;
4791
4792         lock = NULL;
4793         PMAP_LOCK(pmap);
4794         (void)pmap_enter_quick_locked(pmap, va, m, prot, NULL, &lock);
4795         if (lock != NULL)
4796                 rw_wunlock(lock);
4797         PMAP_UNLOCK(pmap);
4798 }
4799
4800 static vm_page_t
4801 pmap_enter_quick_locked(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m,
4802     vm_prot_t prot, vm_page_t mpte, struct rwlock **lockp)
4803 {
4804         pd_entry_t *pde;
4805         pt_entry_t *l1, *l2, *l3, l3_val;
4806         vm_paddr_t pa;
4807         int lvl;
4808
4809         KASSERT(!VA_IS_CLEANMAP(va) ||
4810             (m->oflags & VPO_UNMANAGED) != 0,
4811             ("pmap_enter_quick_locked: managed mapping within the clean submap"));
4812         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
4813         PMAP_ASSERT_STAGE1(pmap);
4814         KASSERT(ADDR_IS_CANONICAL(va),
4815             ("%s: Address not in canonical form: %lx", __func__, va));
4816
4817         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_enter_quick_locked: %p %lx", pmap, va);
4818         /*
4819          * In the case that a page table page is not
4820          * resident, we are creating it here.
4821          */
4822         if (!ADDR_IS_KERNEL(va)) {
4823                 vm_pindex_t l2pindex;
4824
4825                 /*
4826                  * Calculate pagetable page index
4827                  */
4828                 l2pindex = pmap_l2_pindex(va);
4829                 if (mpte && (mpte->pindex == l2pindex)) {
4830                         mpte->ref_count++;
4831                 } else {
4832                         /*
4833                          * If the page table page is mapped, we just increment
4834                          * the hold count, and activate it.  Otherwise, we
4835                          * attempt to allocate a page table page, passing NULL
4836                          * instead of the PV list lock pointer because we don't
4837                          * intend to sleep.  If this attempt fails, we don't
4838                          * retry.  Instead, we give up.
4839                          */
4840                         l1 = pmap_l1(pmap, va);
4841                         if (l1 != NULL && pmap_load(l1) != 0) {
4842                                 if ((pmap_load(l1) & ATTR_DESCR_MASK) ==
4843                                     L1_BLOCK)
4844                                         return (NULL);
4845                                 l2 = pmap_l1_to_l2(l1, va);
4846                                 if (pmap_load(l2) != 0) {
4847                                         if ((pmap_load(l2) & ATTR_DESCR_MASK) ==
4848                                             L2_BLOCK)
4849                                                 return (NULL);
4850                                         mpte = PHYS_TO_VM_PAGE(pmap_load(l2) &
4851                                             ~ATTR_MASK);
4852                                         mpte->ref_count++;
4853                                 } else {
4854                                         mpte = _pmap_alloc_l3(pmap, l2pindex,
4855                                             NULL);
4856                                         if (mpte == NULL)
4857                                                 return (mpte);
4858                                 }
4859                         } else {
4860                                 mpte = _pmap_alloc_l3(pmap, l2pindex, NULL);
4861                                 if (mpte == NULL)
4862                                         return (mpte);
4863                         }
4864                 }
4865                 l3 = (pt_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(mpte));
4866                 l3 = &l3[pmap_l3_index(va)];
4867         } else {
4868                 mpte = NULL;
4869                 pde = pmap_pde(kernel_pmap, va, &lvl);
4870                 KASSERT(pde != NULL,
4871                     ("pmap_enter_quick_locked: Invalid page entry, va: 0x%lx",
4872                      va));
4873                 KASSERT(lvl == 2,
4874                     ("pmap_enter_quick_locked: Invalid level %d", lvl));
4875                 l3 = pmap_l2_to_l3(pde, va);
4876         }
4877
4878         /*
4879          * Abort if a mapping already exists.
4880          */
4881         if (pmap_load(l3) != 0) {
4882                 if (mpte != NULL)
4883                         mpte->ref_count--;
4884                 return (NULL);
4885         }
4886
4887         /*
4888          * Enter on the PV list if part of our managed memory.
4889          */
4890         if ((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0 &&
4891             !pmap_try_insert_pv_entry(pmap, va, m, lockp)) {
4892                 if (mpte != NULL)
4893                         pmap_abort_ptp(pmap, va, mpte);
4894                 return (NULL);
4895         }
4896
4897         /*
4898          * Increment counters
4899          */
4900         pmap_resident_count_inc(pmap, 1);
4901
4902         pa = VM_PAGE_TO_PHYS(m);
4903         l3_val = pa | ATTR_DEFAULT | ATTR_S1_IDX(m->md.pv_memattr) |
4904             ATTR_S1_AP(ATTR_S1_AP_RO) | L3_PAGE;
4905         if ((prot & VM_PROT_EXECUTE) == 0 ||
4906             m->md.pv_memattr == VM_MEMATTR_DEVICE)
4907                 l3_val |= ATTR_S1_XN;
4908         if (!ADDR_IS_KERNEL(va))
4909                 l3_val |= ATTR_S1_AP(ATTR_S1_AP_USER) | ATTR_S1_PXN;
4910         else
4911                 l3_val |= ATTR_S1_UXN;
4912         if (pmap != kernel_pmap)
4913                 l3_val |= ATTR_S1_nG;
4914
4915         /*
4916          * Now validate mapping with RO protection
4917          */
4918         if ((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0) {
4919                 l3_val |= ATTR_SW_MANAGED;
4920                 l3_val &= ~ATTR_AF;
4921         }
4922
4923         /* Sync icache before the mapping is stored to PTE */
4924         if ((prot & VM_PROT_EXECUTE) && pmap != kernel_pmap &&
4925             m->md.pv_memattr == VM_MEMATTR_WRITE_BACK)
4926                 cpu_icache_sync_range(PHYS_TO_DMAP(pa), PAGE_SIZE);
4927
4928         pmap_store(l3, l3_val);
4929         dsb(ishst);
4930
4931         return (mpte);
4932 }
4933
4934 /*
4935  * This code maps large physical mmap regions into the
4936  * processor address space.  Note that some shortcuts
4937  * are taken, but the code works.
4938  */
4939 void
4940 pmap_object_init_pt(pmap_t pmap, vm_offset_t addr, vm_object_t object,
4941     vm_pindex_t pindex, vm_size_t size)
4942 {
4943
4944         VM_OBJECT_ASSERT_WLOCKED(object);
4945         KASSERT(object->type == OBJT_DEVICE || object->type == OBJT_SG,
4946             ("pmap_object_init_pt: non-device object"));
4947 }
4948
4949 /*
4950  *      Clear the wired attribute from the mappings for the specified range of
4951  *      addresses in the given pmap.  Every valid mapping within that range
4952  *      must have the wired attribute set.  In contrast, invalid mappings
4953  *      cannot have the wired attribute set, so they are ignored.
4954  *
4955  *      The wired attribute of the page table entry is not a hardware feature,
4956  *      so there is no need to invalidate any TLB entries.
4957  */
4958 void
4959 pmap_unwire(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
4960 {
4961         vm_offset_t va_next;
4962         pd_entry_t *l0, *l1, *l2;
4963         pt_entry_t *l3;
4964
4965         PMAP_LOCK(pmap);
4966         for (; sva < eva; sva = va_next) {
4967                 l0 = pmap_l0(pmap, sva);
4968                 if (pmap_load(l0) == 0) {
4969                         va_next = (sva + L0_SIZE) & ~L0_OFFSET;
4970                         if (va_next < sva)
4971                                 va_next = eva;
4972                         continue;
4973                 }
4974
4975                 l1 = pmap_l0_to_l1(l0, sva);
4976                 va_next = (sva + L1_SIZE) & ~L1_OFFSET;
4977                 if (va_next < sva)
4978                         va_next = eva;
4979                 if (pmap_load(l1) == 0)
4980                         continue;
4981
4982                 if ((pmap_load(l1) & ATTR_DESCR_MASK) == L1_BLOCK) {
4983                         PMAP_ASSERT_L1_BLOCKS_SUPPORTED;
4984                         KASSERT(va_next <= eva,
4985                             ("partial update of non-transparent 1G page "
4986                             "l1 %#lx sva %#lx eva %#lx va_next %#lx",
4987                             pmap_load(l1), sva, eva, va_next));
4988                         MPASS(pmap != kernel_pmap);
4989                         MPASS((pmap_load(l1) & (ATTR_SW_MANAGED |
4990                             ATTR_SW_WIRED)) == ATTR_SW_WIRED);
4991                         pmap_clear_bits(l1, ATTR_SW_WIRED);
4992                         pmap->pm_stats.wired_count -= L1_SIZE / PAGE_SIZE;
4993                         continue;
4994                 }
4995
4996                 va_next = (sva + L2_SIZE) & ~L2_OFFSET;
4997                 if (va_next < sva)
4998                         va_next = eva;
4999
5000                 l2 = pmap_l1_to_l2(l1, sva);
5001                 if (pmap_load(l2) == 0)
5002                         continue;
5003
5004                 if ((pmap_load(l2) & ATTR_DESCR_MASK) == L2_BLOCK) {
5005                         if ((pmap_load(l2) & ATTR_SW_WIRED) == 0)
5006                                 panic("pmap_unwire: l2 %#jx is missing "
5007                                     "ATTR_SW_WIRED", (uintmax_t)pmap_load(l2));
5008
5009                         /*
5010                          * Are we unwiring the entire large page?  If not,
5011                          * demote the mapping and fall through.
5012                          */
5013                         if (sva + L2_SIZE == va_next && eva >= va_next) {
5014                                 pmap_clear_bits(l2, ATTR_SW_WIRED);
5015                                 pmap->pm_stats.wired_count -= L2_SIZE /
5016                                     PAGE_SIZE;
5017                                 continue;
5018                         } else if (pmap_demote_l2(pmap, l2, sva) == NULL)
5019                                 panic("pmap_unwire: demotion failed");
5020                 }
5021                 KASSERT((pmap_load(l2) & ATTR_DESCR_MASK) == L2_TABLE,
5022                     ("pmap_unwire: Invalid l2 entry after demotion"));
5023
5024                 if (va_next > eva)
5025                         va_next = eva;
5026                 for (l3 = pmap_l2_to_l3(l2, sva); sva != va_next; l3++,
5027                     sva += L3_SIZE) {
5028                         if (pmap_load(l3) == 0)
5029                                 continue;
5030                         if ((pmap_load(l3) & ATTR_SW_WIRED) == 0)
5031                                 panic("pmap_unwire: l3 %#jx is missing "
5032                                     "ATTR_SW_WIRED", (uintmax_t)pmap_load(l3));
5033
5034                         /*
5035                          * ATTR_SW_WIRED must be cleared atomically.  Although
5036                          * the pmap lock synchronizes access to ATTR_SW_WIRED,
5037                          * the System MMU may write to the entry concurrently.
5038                          */
5039                         pmap_clear_bits(l3, ATTR_SW_WIRED);
5040                         pmap->pm_stats.wired_count--;
5041                 }
5042         }
5043         PMAP_UNLOCK(pmap);
5044 }
5045
5046 /*
5047  *      Copy the range specified by src_addr/len
5048  *      from the source map to the range dst_addr/len
5049  *      in the destination map.
5050  *
5051  *      This routine is only advisory and need not do anything.
5052  *
5053  *      Because the executable mappings created by this routine are copied,
5054  *      it should not have to flush the instruction cache.
5055  */
5056 void
5057 pmap_copy(pmap_t dst_pmap, pmap_t src_pmap, vm_offset_t dst_addr, vm_size_t len,
5058     vm_offset_t src_addr)
5059 {
5060         struct rwlock *lock;
5061         pd_entry_t *l0, *l1, *l2, srcptepaddr;
5062         pt_entry_t *dst_pte, mask, nbits, ptetemp, *src_pte;
5063         vm_offset_t addr, end_addr, va_next;
5064         vm_page_t dst_m, dstmpte, srcmpte;
5065
5066         PMAP_ASSERT_STAGE1(dst_pmap);
5067         PMAP_ASSERT_STAGE1(src_pmap);
5068
5069         if (dst_addr != src_addr)
5070                 return;
5071         end_addr = src_addr + len;
5072         lock = NULL;
5073         if (dst_pmap < src_pmap) {
5074                 PMAP_LOCK(dst_pmap);
5075                 PMAP_LOCK(src_pmap);
5076         } else {
5077                 PMAP_LOCK(src_pmap);
5078                 PMAP_LOCK(dst_pmap);
5079         }
5080         for (addr = src_addr; addr < end_addr; addr = va_next) {
5081                 l0 = pmap_l0(src_pmap, addr);
5082                 if (pmap_load(l0) == 0) {
5083                         va_next = (addr + L0_SIZE) & ~L0_OFFSET;
5084                         if (va_next < addr)
5085                                 va_next = end_addr;
5086                         continue;
5087                 }
5088
5089                 va_next = (addr + L1_SIZE) & ~L1_OFFSET;
5090                 if (va_next < addr)
5091                         va_next = end_addr;
5092                 l1 = pmap_l0_to_l1(l0, addr);
5093                 if (pmap_load(l1) == 0)
5094                         continue;
5095                 if ((pmap_load(l1) & ATTR_DESCR_MASK) == L1_BLOCK) {
5096                         PMAP_ASSERT_L1_BLOCKS_SUPPORTED;
5097                         KASSERT(va_next <= end_addr,
5098                             ("partial update of non-transparent 1G page "
5099                             "l1 %#lx addr %#lx end_addr %#lx va_next %#lx",
5100                             pmap_load(l1), addr, end_addr, va_next));
5101                         srcptepaddr = pmap_load(l1);
5102                         l1 = pmap_l1(dst_pmap, addr);
5103                         if (l1 == NULL) {
5104                                 if (_pmap_alloc_l3(dst_pmap,
5105                                     pmap_l0_pindex(addr), NULL) == NULL)
5106                                         break;
5107                                 l1 = pmap_l1(dst_pmap, addr);
5108                         } else {
5109                                 l0 = pmap_l0(dst_pmap, addr);
5110                                 dst_m = PHYS_TO_VM_PAGE(pmap_load(l0) &
5111                                     ~ATTR_MASK);
5112                                 dst_m->ref_count++;
5113                         }
5114                         KASSERT(pmap_load(l1) == 0,
5115                             ("1G mapping present in dst pmap "
5116                             "l1 %#lx addr %#lx end_addr %#lx va_next %#lx",
5117                             pmap_load(l1), addr, end_addr, va_next));
5118                         pmap_store(l1, srcptepaddr & ~ATTR_SW_WIRED);
5119                         pmap_resident_count_inc(dst_pmap, L1_SIZE / PAGE_SIZE);
5120                         continue;
5121                 }
5122
5123                 va_next = (addr + L2_SIZE) & ~L2_OFFSET;
5124                 if (va_next < addr)
5125                         va_next = end_addr;
5126                 l2 = pmap_l1_to_l2(l1, addr);
5127                 srcptepaddr = pmap_load(l2);
5128                 if (srcptepaddr == 0)
5129                         continue;
5130                 if ((srcptepaddr & ATTR_DESCR_MASK) == L2_BLOCK) {
5131                         /*
5132                          * We can only virtual copy whole superpages.
5133                          */
5134                         if ((addr & L2_OFFSET) != 0 ||
5135                             addr + L2_SIZE > end_addr)
5136                                 continue;
5137                         l2 = pmap_alloc_l2(dst_pmap, addr, &dst_m, NULL);
5138                         if (l2 == NULL)
5139                                 break;
5140                         if (pmap_load(l2) == 0 &&
5141                             ((srcptepaddr & ATTR_SW_MANAGED) == 0 ||
5142                             pmap_pv_insert_l2(dst_pmap, addr, srcptepaddr,
5143                             PMAP_ENTER_NORECLAIM, &lock))) {
5144                                 /*
5145                                  * We leave the dirty bit unchanged because
5146                                  * managed read/write superpage mappings are
5147                                  * required to be dirty.  However, managed
5148                                  * superpage mappings are not required to
5149                                  * have their accessed bit set, so we clear
5150                                  * it because we don't know if this mapping
5151                                  * will be used.
5152                                  */
5153                                 srcptepaddr &= ~ATTR_SW_WIRED;
5154                                 if ((srcptepaddr & ATTR_SW_MANAGED) != 0)
5155                                         srcptepaddr &= ~ATTR_AF;
5156                                 pmap_store(l2, srcptepaddr);
5157                                 pmap_resident_count_inc(dst_pmap, L2_SIZE /
5158                                     PAGE_SIZE);
5159                                 atomic_add_long(&pmap_l2_mappings, 1);
5160                         } else
5161                                 pmap_abort_ptp(dst_pmap, addr, dst_m);
5162                         continue;
5163                 }
5164                 KASSERT((srcptepaddr & ATTR_DESCR_MASK) == L2_TABLE,
5165                     ("pmap_copy: invalid L2 entry"));
5166                 srcptepaddr &= ~ATTR_MASK;
5167                 srcmpte = PHYS_TO_VM_PAGE(srcptepaddr);
5168                 KASSERT(srcmpte->ref_count > 0,
5169                     ("pmap_copy: source page table page is unused"));
5170                 if (va_next > end_addr)
5171                         va_next = end_addr;
5172                 src_pte = (pt_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(srcptepaddr);
5173                 src_pte = &src_pte[pmap_l3_index(addr)];
5174                 dstmpte = NULL;
5175                 for (; addr < va_next; addr += PAGE_SIZE, src_pte++) {
5176                         ptetemp = pmap_load(src_pte);
5177
5178                         /*
5179                          * We only virtual copy managed pages.
5180                          */
5181                         if ((ptetemp & ATTR_SW_MANAGED) == 0)
5182                                 continue;
5183
5184                         if (dstmpte != NULL) {
5185                                 KASSERT(dstmpte->pindex == pmap_l2_pindex(addr),
5186                                     ("dstmpte pindex/addr mismatch"));
5187                                 dstmpte->ref_count++;
5188                         } else if ((dstmpte = pmap_alloc_l3(dst_pmap, addr,
5189                             NULL)) == NULL)
5190                                 goto out;
5191                         dst_pte = (pt_entry_t *)
5192                             PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(dstmpte));
5193                         dst_pte = &dst_pte[pmap_l3_index(addr)];
5194                         if (pmap_load(dst_pte) == 0 &&
5195                             pmap_try_insert_pv_entry(dst_pmap, addr,
5196                             PHYS_TO_VM_PAGE(ptetemp & ~ATTR_MASK), &lock)) {
5197                                 /*
5198                                  * Clear the wired, modified, and accessed
5199                                  * (referenced) bits during the copy.
5200                                  */
5201                                 mask = ATTR_AF | ATTR_SW_WIRED;
5202                                 nbits = 0;
5203                                 if ((ptetemp & ATTR_SW_DBM) != 0)
5204                                         nbits |= ATTR_S1_AP_RW_BIT;
5205                                 pmap_store(dst_pte, (ptetemp & ~mask) | nbits);
5206                                 pmap_resident_count_inc(dst_pmap, 1);
5207                         } else {
5208                                 pmap_abort_ptp(dst_pmap, addr, dstmpte);
5209                                 goto out;
5210                         }
5211                         /* Have we copied all of the valid mappings? */ 
5212                         if (dstmpte->ref_count >= srcmpte->ref_count)
5213                                 break;
5214                 }
5215         }
5216 out:
5217         /*
5218          * XXX This barrier may not be needed because the destination pmap is
5219          * not active.
5220          */
5221         dsb(ishst);
5222
5223         if (lock != NULL)
5224                 rw_wunlock(lock);
5225         PMAP_UNLOCK(src_pmap);
5226         PMAP_UNLOCK(dst_pmap);
5227 }
5228
5229 /*
5230  *      pmap_zero_page zeros the specified hardware page by mapping
5231  *      the page into KVM and using bzero to clear its contents.
5232  */
5233 void
5234 pmap_zero_page(vm_page_t m)
5235 {
5236         vm_offset_t va = PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
5237
5238         pagezero((void *)va);
5239 }
5240
5241 /*
5242  *      pmap_zero_page_area zeros the specified hardware page by mapping
5243  *      the page into KVM and using bzero to clear its contents.
5244  *
5245  *      off and size may not cover an area beyond a single hardware page.
5246  */
5247 void
5248 pmap_zero_page_area(vm_page_t m, int off, int size)
5249 {
5250         vm_offset_t va = PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
5251
5252         if (off == 0 && size == PAGE_SIZE)
5253                 pagezero((void *)va);
5254         else
5255                 bzero((char *)va + off, size);
5256 }
5257
5258 /*
5259  *      pmap_copy_page copies the specified (machine independent)
5260  *      page by mapping the page into virtual memory and using
5261  *      bcopy to copy the page, one machine dependent page at a
5262  *      time.
5263  */
5264 void
5265 pmap_copy_page(vm_page_t msrc, vm_page_t mdst)
5266 {
5267         vm_offset_t src = PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(msrc));
5268         vm_offset_t dst = PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(mdst));
5269
5270         pagecopy((void *)src, (void *)dst);
5271 }
5272
5273 int unmapped_buf_allowed = 1;
5274
5275 void
5276 pmap_copy_pages(vm_page_t ma[], vm_offset_t a_offset, vm_page_t mb[],
5277     vm_offset_t b_offset, int xfersize)
5278 {
5279         void *a_cp, *b_cp;
5280         vm_page_t m_a, m_b;
5281         vm_paddr_t p_a, p_b;
5282         vm_offset_t a_pg_offset, b_pg_offset;
5283         int cnt;
5284
5285         while (xfersize > 0) {
5286                 a_pg_offset = a_offset & PAGE_MASK;
5287                 m_a = ma[a_offset >> PAGE_SHIFT];
5288                 p_a = m_a->phys_addr;
5289                 b_pg_offset = b_offset & PAGE_MASK;
5290                 m_b = mb[b_offset >> PAGE_SHIFT];
5291                 p_b = m_b->phys_addr;
5292                 cnt = min(xfersize, PAGE_SIZE - a_pg_offset);
5293                 cnt = min(cnt, PAGE_SIZE - b_pg_offset);
5294                 if (__predict_false(!PHYS_IN_DMAP(p_a))) {
5295                         panic("!DMAP a %lx", p_a);
5296                 } else {
5297                         a_cp = (char *)PHYS_TO_DMAP(p_a) + a_pg_offset;
5298                 }
5299                 if (__predict_false(!PHYS_IN_DMAP(p_b))) {
5300                         panic("!DMAP b %lx", p_b);
5301                 } else {
5302                         b_cp = (char *)PHYS_TO_DMAP(p_b) + b_pg_offset;
5303                 }
5304                 bcopy(a_cp, b_cp, cnt);
5305                 a_offset += cnt;
5306                 b_offset += cnt;
5307                 xfersize -= cnt;
5308         }
5309 }
5310
5311 vm_offset_t
5312 pmap_quick_enter_page(vm_page_t m)
5313 {
5314
5315         return (PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(m)));
5316 }
5317
5318 void
5319 pmap_quick_remove_page(vm_offset_t addr)
5320 {
5321 }
5322
5323 /*
5324  * Returns true if the pmap's pv is one of the first
5325  * 16 pvs linked to from this page.  This count may
5326  * be changed upwards or downwards in the future; it
5327  * is only necessary that true be returned for a small
5328  * subset of pmaps for proper page aging.
5329  */
5330 boolean_t
5331 pmap_page_exists_quick(pmap_t pmap, vm_page_t m)
5332 {
5333         struct md_page *pvh;
5334         struct rwlock *lock;
5335         pv_entry_t pv;
5336         int loops = 0;
5337         boolean_t rv;
5338
5339         KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
5340             ("pmap_page_exists_quick: page %p is not managed", m));
5341         rv = FALSE;
5342         lock = VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m);
5343         rw_rlock(lock);
5344         TAILQ_FOREACH(pv, &m->md.pv_list, pv_next) {
5345                 if (PV_PMAP(pv) == pmap) {
5346                         rv = TRUE;
5347                         break;
5348                 }
5349                 loops++;
5350                 if (loops >= 16)
5351                         break;
5352         }
5353         if (!rv && loops < 16 && (m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0) {
5354                 pvh = page_to_pvh(m);
5355                 TAILQ_FOREACH(pv, &pvh->pv_list, pv_next) {
5356                         if (PV_PMAP(pv) == pmap) {
5357                                 rv = TRUE;
5358                                 break;
5359                         }
5360                         loops++;
5361                         if (loops >= 16)
5362                                 break;
5363                 }
5364         }
5365         rw_runlock(lock);
5366         return (rv);
5367 }
5368
5369 /*
5370  *      pmap_page_wired_mappings:
5371  *
5372  *      Return the number of managed mappings to the given physical page
5373  *      that are wired.
5374  */
5375 int
5376 pmap_page_wired_mappings(vm_page_t m)
5377 {
5378         struct rwlock *lock;
5379         struct md_page *pvh;
5380         pmap_t pmap;
5381         pt_entry_t *pte;
5382         pv_entry_t pv;
5383         int count, md_gen, pvh_gen;
5384
5385         if ((m->oflags & VPO_UNMANAGED) != 0)
5386                 return (0);
5387         lock = VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m);
5388         rw_rlock(lock);
5389 restart:
5390         count = 0;
5391         TAILQ_FOREACH(pv, &m->md.pv_list, pv_next) {
5392                 pmap = PV_PMAP(pv);
5393                 if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
5394                         md_gen = m->md.pv_gen;
5395                         rw_runlock(lock);
5396                         PMAP_LOCK(pmap);
5397                         rw_rlock(lock);
5398                         if (md_gen != m->md.pv_gen) {
5399                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
5400                                 goto restart;
5401                         }
5402                 }
5403                 pte = pmap_pte_exists(pmap, pv->pv_va, 3, __func__);
5404                 if ((pmap_load(pte) & ATTR_SW_WIRED) != 0)
5405                         count++;
5406                 PMAP_UNLOCK(pmap);
5407         }
5408         if ((m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0) {
5409                 pvh = page_to_pvh(m);
5410                 TAILQ_FOREACH(pv, &pvh->pv_list, pv_next) {
5411                         pmap = PV_PMAP(pv);
5412                         if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
5413                                 md_gen = m->md.pv_gen;
5414                                 pvh_gen = pvh->pv_gen;
5415                                 rw_runlock(lock);
5416                                 PMAP_LOCK(pmap);
5417                                 rw_rlock(lock);
5418                                 if (md_gen != m->md.pv_gen ||
5419                                     pvh_gen != pvh->pv_gen) {
5420                                         PMAP_UNLOCK(pmap);
5421                                         goto restart;
5422                                 }
5423                         }
5424                         pte = pmap_pte_exists(pmap, pv->pv_va, 2, __func__);
5425                         if ((pmap_load(pte) & ATTR_SW_WIRED) != 0)
5426                                 count++;
5427                         PMAP_UNLOCK(pmap);
5428                 }
5429         }
5430         rw_runlock(lock);
5431         return (count);
5432 }
5433
5434 /*
5435  * Returns true if the given page is mapped individually or as part of
5436  * a 2mpage.  Otherwise, returns false.
5437  */
5438 bool
5439 pmap_page_is_mapped(vm_page_t m)
5440 {
5441         struct rwlock *lock;
5442         bool rv;
5443
5444         if ((m->oflags & VPO_UNMANAGED) != 0)
5445                 return (false);
5446         lock = VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m);
5447         rw_rlock(lock);
5448         rv = !TAILQ_EMPTY(&m->md.pv_list) ||
5449             ((m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0 &&
5450             !TAILQ_EMPTY(&page_to_pvh(m)->pv_list));
5451         rw_runlock(lock);
5452         return (rv);
5453 }
5454
5455 /*
5456  * Destroy all managed, non-wired mappings in the given user-space
5457  * pmap.  This pmap cannot be active on any processor besides the
5458  * caller.
5459  *
5460  * This function cannot be applied to the kernel pmap.  Moreover, it
5461  * is not intended for general use.  It is only to be used during
5462  * process termination.  Consequently, it can be implemented in ways
5463  * that make it faster than pmap_remove().  First, it can more quickly
5464  * destroy mappings by iterating over the pmap's collection of PV
5465  * entries, rather than searching the page table.  Second, it doesn't
5466  * have to test and clear the page table entries atomically, because
5467  * no processor is currently accessing the user address space.  In
5468  * particular, a page table entry's dirty bit won't change state once
5469  * this function starts.
5470  */
5471 void
5472 pmap_remove_pages(pmap_t pmap)
5473 {
5474         pd_entry_t *pde;
5475         pt_entry_t *pte, tpte;
5476         struct spglist free;
5477         struct pv_chunklist free_chunks[PMAP_MEMDOM];
5478         vm_page_t m, ml3, mt;
5479         pv_entry_t pv;
5480         struct md_page *pvh;
5481         struct pv_chunk *pc, *npc;
5482         struct rwlock *lock;
5483         int64_t bit;
5484         uint64_t inuse, bitmask;
5485         int allfree, field, i, idx, lvl;
5486         int freed __pvused;
5487         vm_paddr_t pa;
5488
5489         lock = NULL;
5490
5491         for (i = 0; i < PMAP_MEMDOM; i++)
5492                 TAILQ_INIT(&free_chunks[i]);
5493         SLIST_INIT(&free);
5494         PMAP_LOCK(pmap);
5495         TAILQ_FOREACH_SAFE(pc, &pmap->pm_pvchunk, pc_list, npc) {
5496                 allfree = 1;
5497                 freed = 0;
5498                 for (field = 0; field < _NPCM; field++) {
5499                         inuse = ~pc->pc_map[field] & pc_freemask[field];
5500                         while (inuse != 0) {
5501                                 bit = ffsl(inuse) - 1;
5502                                 bitmask = 1UL << bit;
5503                                 idx = field * 64 + bit;
5504                                 pv = &pc->pc_pventry[idx];
5505                                 inuse &= ~bitmask;
5506
5507                                 pde = pmap_pde(pmap, pv->pv_va, &lvl);
5508                                 KASSERT(pde != NULL,
5509                                     ("Attempting to remove an unmapped page"));
5510
5511                                 switch(lvl) {
5512                                 case 1:
5513                                         pte = pmap_l1_to_l2(pde, pv->pv_va);
5514                                         tpte = pmap_load(pte); 
5515                                         KASSERT((tpte & ATTR_DESCR_MASK) ==
5516                                             L2_BLOCK,
5517                                             ("Attempting to remove an invalid "
5518                                             "block: %lx", tpte));
5519                                         break;
5520                                 case 2:
5521                                         pte = pmap_l2_to_l3(pde, pv->pv_va);
5522                                         tpte = pmap_load(pte);
5523                                         KASSERT((tpte & ATTR_DESCR_MASK) ==
5524                                             L3_PAGE,
5525                                             ("Attempting to remove an invalid "
5526                                              "page: %lx", tpte));
5527                                         break;
5528                                 default:
5529                                         panic(
5530                                             "Invalid page directory level: %d",
5531                                             lvl);
5532                                 }
5533
5534 /*
5535  * We cannot remove wired pages from a process' mapping at this time
5536  */
5537                                 if (tpte & ATTR_SW_WIRED) {
5538                                         allfree = 0;
5539                                         continue;
5540                                 }
5541
5542                                 /* Mark free */
5543                                 pc->pc_map[field] |= bitmask;
5544
5545                                 /*
5546                                  * Because this pmap is not active on other
5547                                  * processors, the dirty bit cannot have
5548                                  * changed state since we last loaded pte.
5549                                  */
5550                                 pmap_clear(pte);
5551
5552                                 pa = tpte & ~ATTR_MASK;
5553
5554                                 m = PHYS_TO_VM_PAGE(pa);
5555                                 KASSERT(m->phys_addr == pa,
5556                                     ("vm_page_t %p phys_addr mismatch %016jx %016jx",
5557                                     m, (uintmax_t)m->phys_addr,
5558                                     (uintmax_t)tpte));
5559
5560                                 KASSERT((m->flags & PG_FICTITIOUS) != 0 ||
5561                                     m < &vm_page_array[vm_page_array_size],
5562                                     ("pmap_remove_pages: bad pte %#jx",
5563                                     (uintmax_t)tpte));
5564
5565                                 /*
5566                                  * Update the vm_page_t clean/reference bits.
5567                                  */
5568                                 if (pmap_pte_dirty(pmap, tpte)) {
5569                                         switch (lvl) {
5570                                         case 1:
5571                                                 for (mt = m; mt < &m[L2_SIZE / PAGE_SIZE]; mt++)
5572                                                         vm_page_dirty(mt);
5573                                                 break;
5574                                         case 2:
5575                                                 vm_page_dirty(m);
5576                                                 break;
5577                                         }
5578                                 }
5579
5580                                 CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_VM_PAGE(&lock, m);
5581
5582                                 switch (lvl) {
5583                                 case 1:
5584                                         pmap_resident_count_dec(pmap,
5585                                             L2_SIZE / PAGE_SIZE);
5586                                         pvh = page_to_pvh(m);
5587                                         TAILQ_REMOVE(&pvh->pv_list, pv,pv_next);
5588                                         pvh->pv_gen++;
5589                                         if (TAILQ_EMPTY(&pvh->pv_list)) {
5590                                                 for (mt = m; mt < &m[L2_SIZE / PAGE_SIZE]; mt++)
5591                                                         if ((mt->a.flags & PGA_WRITEABLE) != 0 &&
5592                                                             TAILQ_EMPTY(&mt->md.pv_list))
5593                                                                 vm_page_aflag_clear(mt, PGA_WRITEABLE);
5594                                         }
5595                                         ml3 = pmap_remove_pt_page(pmap,
5596                                             pv->pv_va);
5597                                         if (ml3 != NULL) {
5598                                                 KASSERT(ml3->valid == VM_PAGE_BITS_ALL,
5599                                                     ("pmap_remove_pages: l3 page not promoted"));
5600                                                 pmap_resident_count_dec(pmap,1);
5601                                                 KASSERT(ml3->ref_count == NL3PG,
5602                                                     ("pmap_remove_pages: l3 page ref count error"));
5603                                                 ml3->ref_count = 0;
5604                                                 pmap_add_delayed_free_list(ml3,
5605                                                     &free, FALSE);
5606                                         }
5607                                         break;
5608                                 case 2:
5609                                         pmap_resident_count_dec(pmap, 1);
5610                                         TAILQ_REMOVE(&m->md.pv_list, pv,
5611                                             pv_next);
5612                                         m->md.pv_gen++;
5613                                         if ((m->a.flags & PGA_WRITEABLE) != 0 &&
5614                                             TAILQ_EMPTY(&m->md.pv_list) &&
5615                                             (m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0) {
5616                                                 pvh = page_to_pvh(m);
5617                                                 if (TAILQ_EMPTY(&pvh->pv_list))
5618                                                         vm_page_aflag_clear(m,
5619                                                             PGA_WRITEABLE);
5620                                         }
5621                                         break;
5622                                 }
5623                                 pmap_unuse_pt(pmap, pv->pv_va, pmap_load(pde),
5624                                     &free);
5625                                 freed++;
5626                         }
5627                 }
5628                 PV_STAT(atomic_add_long(&pv_entry_frees, freed));
5629                 PV_STAT(atomic_add_int(&pv_entry_spare, freed));
5630                 PV_STAT(atomic_subtract_long(&pv_entry_count, freed));
5631                 if (allfree) {
5632                         TAILQ_REMOVE(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
5633                         TAILQ_INSERT_TAIL(&free_chunks[pc_to_domain(pc)], pc,
5634                             pc_list);
5635                 }
5636         }
5637         if (lock != NULL)
5638                 rw_wunlock(lock);
5639         pmap_invalidate_all(pmap);
5640         free_pv_chunk_batch(free_chunks);
5641         PMAP_UNLOCK(pmap);
5642         vm_page_free_pages_toq(&free, true);
5643 }
5644
5645 /*
5646  * This is used to check if a page has been accessed or modified.
5647  */
5648 static boolean_t
5649 pmap_page_test_mappings(vm_page_t m, boolean_t accessed, boolean_t modified)
5650 {
5651         struct rwlock *lock;
5652         pv_entry_t pv;
5653         struct md_page *pvh;
5654         pt_entry_t *pte, mask, value;
5655         pmap_t pmap;
5656         int md_gen, pvh_gen;
5657         boolean_t rv;
5658
5659         rv = FALSE;
5660         lock = VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m);
5661         rw_rlock(lock);
5662 restart:
5663         TAILQ_FOREACH(pv, &m->md.pv_list, pv_next) {
5664                 pmap = PV_PMAP(pv);
5665                 PMAP_ASSERT_STAGE1(pmap);
5666                 if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
5667                         md_gen = m->md.pv_gen;
5668                         rw_runlock(lock);
5669                         PMAP_LOCK(pmap);
5670                         rw_rlock(lock);
5671                         if (md_gen != m->md.pv_gen) {
5672                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
5673                                 goto restart;
5674                         }
5675                 }
5676                 pte = pmap_pte_exists(pmap, pv->pv_va, 3, __func__);
5677                 mask = 0;
5678                 value = 0;
5679                 if (modified) {
5680                         mask |= ATTR_S1_AP_RW_BIT;
5681                         value |= ATTR_S1_AP(ATTR_S1_AP_RW);
5682                 }
5683                 if (accessed) {
5684                         mask |= ATTR_AF | ATTR_DESCR_MASK;
5685                         value |= ATTR_AF | L3_PAGE;
5686                 }
5687                 rv = (pmap_load(pte) & mask) == value;
5688                 PMAP_UNLOCK(pmap);
5689                 if (rv)
5690                         goto out;
5691         }
5692         if ((m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0) {
5693                 pvh = page_to_pvh(m);
5694                 TAILQ_FOREACH(pv, &pvh->pv_list, pv_next) {
5695                         pmap = PV_PMAP(pv);
5696                         PMAP_ASSERT_STAGE1(pmap);
5697                         if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
5698                                 md_gen = m->md.pv_gen;
5699                                 pvh_gen = pvh->pv_gen;
5700                                 rw_runlock(lock);
5701                                 PMAP_LOCK(pmap);
5702                                 rw_rlock(lock);
5703                                 if (md_gen != m->md.pv_gen ||
5704                                     pvh_gen != pvh->pv_gen) {
5705                                         PMAP_UNLOCK(pmap);
5706                                         goto restart;
5707                                 }
5708                         }
5709                         pte = pmap_pte_exists(pmap, pv->pv_va, 2, __func__);
5710                         mask = 0;
5711                         value = 0;
5712                         if (modified) {
5713                                 mask |= ATTR_S1_AP_RW_BIT;
5714                                 value |= ATTR_S1_AP(ATTR_S1_AP_RW);
5715                         }
5716                         if (accessed) {
5717                                 mask |= ATTR_AF | ATTR_DESCR_MASK;
5718                                 value |= ATTR_AF | L2_BLOCK;
5719                         }
5720                         rv = (pmap_load(pte) & mask) == value;
5721                         PMAP_UNLOCK(pmap);
5722                         if (rv)
5723                                 goto out;
5724                 }
5725         }
5726 out:
5727         rw_runlock(lock);
5728         return (rv);
5729 }
5730
5731 /*
5732  *      pmap_is_modified:
5733  *
5734  *      Return whether or not the specified physical page was modified
5735  *      in any physical maps.
5736  */
5737 boolean_t
5738 pmap_is_modified(vm_page_t m)
5739 {
5740
5741         KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
5742             ("pmap_is_modified: page %p is not managed", m));
5743
5744         /*
5745          * If the page is not busied then this check is racy.
5746          */
5747         if (!pmap_page_is_write_mapped(m))
5748                 return (FALSE);
5749         return (pmap_page_test_mappings(m, FALSE, TRUE));
5750 }
5751
5752 /*
5753  *      pmap_is_prefaultable:
5754  *
5755  *      Return whether or not the specified virtual address is eligible
5756  *      for prefault.
5757  */
5758 boolean_t
5759 pmap_is_prefaultable(pmap_t pmap, vm_offset_t addr)
5760 {
5761         pd_entry_t *pde;
5762         pt_entry_t *pte;
5763         boolean_t rv;
5764         int lvl;
5765
5766         /*
5767          * Return TRUE if and only if the L3 entry for the specified virtual
5768          * address is allocated but invalid.
5769          */
5770         rv = FALSE;
5771         PMAP_LOCK(pmap);
5772         pde = pmap_pde(pmap, addr, &lvl);
5773         if (pde != NULL && lvl == 2) {
5774                 pte = pmap_l2_to_l3(pde, addr);
5775                 rv = pmap_load(pte) == 0;
5776         }
5777         PMAP_UNLOCK(pmap);
5778         return (rv);
5779 }
5780
5781 /*
5782  *      pmap_is_referenced:
5783  *
5784  *      Return whether or not the specified physical page was referenced
5785  *      in any physical maps.
5786  */
5787 boolean_t
5788 pmap_is_referenced(vm_page_t m)
5789 {
5790
5791         KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
5792             ("pmap_is_referenced: page %p is not managed", m));
5793         return (pmap_page_test_mappings(m, TRUE, FALSE));
5794 }
5795
5796 /*
5797  * Clear the write and modified bits in each of the given page's mappings.
5798  */
5799 void
5800 pmap_remove_write(vm_page_t m)
5801 {
5802         struct md_page *pvh;
5803         pmap_t pmap;
5804         struct rwlock *lock;
5805         pv_entry_t next_pv, pv;
5806         pt_entry_t oldpte, *pte, set, clear, mask, val;
5807         vm_offset_t va;
5808         int md_gen, pvh_gen;
5809
5810         KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
5811             ("pmap_remove_write: page %p is not managed", m));
5812         vm_page_assert_busied(m);
5813
5814         if (!pmap_page_is_write_mapped(m))
5815                 return;
5816         lock = VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m);
5817         pvh = (m->flags & PG_FICTITIOUS) != 0 ? &pv_dummy : page_to_pvh(m);
5818         rw_wlock(lock);
5819 retry:
5820         TAILQ_FOREACH_SAFE(pv, &pvh->pv_list, pv_next, next_pv) {
5821                 pmap = PV_PMAP(pv);
5822                 PMAP_ASSERT_STAGE1(pmap);
5823                 if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
5824                         pvh_gen = pvh->pv_gen;
5825                         rw_wunlock(lock);
5826                         PMAP_LOCK(pmap);
5827                         rw_wlock(lock);
5828                         if (pvh_gen != pvh->pv_gen) {
5829                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
5830                                 goto retry;
5831                         }
5832                 }
5833                 va = pv->pv_va;
5834                 pte = pmap_pte_exists(pmap, va, 2, __func__);
5835                 if ((pmap_load(pte) & ATTR_SW_DBM) != 0)
5836                         (void)pmap_demote_l2_locked(pmap, pte, va, &lock);
5837                 KASSERT(lock == VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m),
5838                     ("inconsistent pv lock %p %p for page %p",
5839                     lock, VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m), m));
5840                 PMAP_UNLOCK(pmap);
5841         }
5842         TAILQ_FOREACH(pv, &m->md.pv_list, pv_next) {
5843                 pmap = PV_PMAP(pv);
5844                 if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
5845                         pvh_gen = pvh->pv_gen;
5846                         md_gen = m->md.pv_gen;
5847                         rw_wunlock(lock);
5848                         PMAP_LOCK(pmap);
5849                         rw_wlock(lock);
5850                         if (pvh_gen != pvh->pv_gen ||
5851                             md_gen != m->md.pv_gen) {
5852                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
5853                                 goto retry;
5854                         }
5855                 }
5856                 pte = pmap_pte_exists(pmap, pv->pv_va, 3, __func__);
5857                 oldpte = pmap_load(pte);
5858                 if ((oldpte & ATTR_SW_DBM) != 0) {
5859                         if (pmap->pm_stage == PM_STAGE1) {
5860                                 set = ATTR_S1_AP_RW_BIT;
5861                                 clear = 0;
5862                                 mask = ATTR_S1_AP_RW_BIT;
5863                                 val = ATTR_S1_AP(ATTR_S1_AP_RW);
5864                         } else {
5865                                 set = 0;
5866                                 clear = ATTR_S2_S2AP(ATTR_S2_S2AP_WRITE);
5867                                 mask = ATTR_S2_S2AP(ATTR_S2_S2AP_WRITE);
5868                                 val = ATTR_S2_S2AP(ATTR_S2_S2AP_WRITE);
5869                         }
5870                         clear |= ATTR_SW_DBM;
5871                         while (!atomic_fcmpset_64(pte, &oldpte,
5872                             (oldpte | set) & ~clear))
5873                                 cpu_spinwait();
5874
5875                         if ((oldpte & mask) == val)
5876                                 vm_page_dirty(m);
5877                         pmap_invalidate_page(pmap, pv->pv_va, true);
5878                 }
5879                 PMAP_UNLOCK(pmap);
5880         }
5881         rw_wunlock(lock);
5882         vm_page_aflag_clear(m, PGA_WRITEABLE);
5883 }
5884
5885 /*
5886  *      pmap_ts_referenced:
5887  *
5888  *      Return a count of reference bits for a page, clearing those bits.
5889  *      It is not necessary for every reference bit to be cleared, but it
5890  *      is necessary that 0 only be returned when there are truly no
5891  *      reference bits set.
5892  *
5893  *      As an optimization, update the page's dirty field if a modified bit is
5894  *      found while counting reference bits.  This opportunistic update can be
5895  *      performed at low cost and can eliminate the need for some future calls
5896  *      to pmap_is_modified().  However, since this function stops after
5897  *      finding PMAP_TS_REFERENCED_MAX reference bits, it may not detect some
5898  *      dirty pages.  Those dirty pages will only be detected by a future call
5899  *      to pmap_is_modified().
5900  */
5901 int
5902 pmap_ts_referenced(vm_page_t m)
5903 {
5904         struct md_page *pvh;
5905         pv_entry_t pv, pvf;
5906         pmap_t pmap;
5907         struct rwlock *lock;
5908         pt_entry_t *pte, tpte;
5909         vm_offset_t va;
5910         vm_paddr_t pa;
5911         int cleared, md_gen, not_cleared, pvh_gen;
5912         struct spglist free;
5913
5914         KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
5915             ("pmap_ts_referenced: page %p is not managed", m));
5916         SLIST_INIT(&free);
5917         cleared = 0;
5918         pa = VM_PAGE_TO_PHYS(m);
5919         lock = PHYS_TO_PV_LIST_LOCK(pa);
5920         pvh = (m->flags & PG_FICTITIOUS) != 0 ? &pv_dummy : page_to_pvh(m);
5921         rw_wlock(lock);
5922 retry:
5923         not_cleared = 0;
5924         if ((pvf = TAILQ_FIRST(&pvh->pv_list)) == NULL)
5925                 goto small_mappings;
5926         pv = pvf;
5927         do {
5928                 if (pvf == NULL)
5929                         pvf = pv;
5930                 pmap = PV_PMAP(pv);
5931                 if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
5932                         pvh_gen = pvh->pv_gen;
5933                         rw_wunlock(lock);
5934                         PMAP_LOCK(pmap);
5935                         rw_wlock(lock);
5936                         if (pvh_gen != pvh->pv_gen) {
5937                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
5938                                 goto retry;
5939                         }
5940                 }
5941                 va = pv->pv_va;
5942                 pte = pmap_pte_exists(pmap, va, 2, __func__);
5943                 tpte = pmap_load(pte);
5944                 if (pmap_pte_dirty(pmap, tpte)) {
5945                         /*
5946                          * Although "tpte" is mapping a 2MB page, because
5947                          * this function is called at a 4KB page granularity,
5948                          * we only update the 4KB page under test.
5949                          */
5950                         vm_page_dirty(m);
5951                 }
5952                 if ((tpte & ATTR_AF) != 0) {
5953                         /*
5954                          * Since this reference bit is shared by 512 4KB pages,
5955                          * it should not be cleared every time it is tested.
5956                          * Apply a simple "hash" function on the physical page
5957                          * number, the virtual superpage number, and the pmap
5958                          * address to select one 4KB page out of the 512 on
5959                          * which testing the reference bit will result in
5960                          * clearing that reference bit.  This function is
5961                          * designed to avoid the selection of the same 4KB page
5962                          * for every 2MB page mapping.
5963                          *
5964                          * On demotion, a mapping that hasn't been referenced
5965                          * is simply destroyed.  To avoid the possibility of a
5966                          * subsequent page fault on a demoted wired mapping,
5967                          * always leave its reference bit set.  Moreover,
5968                          * since the superpage is wired, the current state of
5969                          * its reference bit won't affect page replacement.
5970                          */
5971                         if ((((pa >> PAGE_SHIFT) ^ (va >> L2_SHIFT) ^
5972                             (uintptr_t)pmap) & (Ln_ENTRIES - 1)) == 0 &&
5973                             (tpte & ATTR_SW_WIRED) == 0) {
5974                                 pmap_clear_bits(pte, ATTR_AF);
5975                                 pmap_invalidate_page(pmap, va, true);
5976                                 cleared++;
5977                         } else
5978                                 not_cleared++;
5979                 }
5980                 PMAP_UNLOCK(pmap);
5981                 /* Rotate the PV list if it has more than one entry. */
5982                 if (TAILQ_NEXT(pv, pv_next) != NULL) {
5983                         TAILQ_REMOVE(&pvh->pv_list, pv, pv_next);
5984                         TAILQ_INSERT_TAIL(&pvh->pv_list, pv, pv_next);
5985                         pvh->pv_gen++;
5986                 }
5987                 if (cleared + not_cleared >= PMAP_TS_REFERENCED_MAX)
5988                         goto out;
5989         } while ((pv = TAILQ_FIRST(&pvh->pv_list)) != pvf);
5990 small_mappings:
5991         if ((pvf = TAILQ_FIRST(&m->md.pv_list)) == NULL)
5992                 goto out;
5993         pv = pvf;
5994         do {
5995                 if (pvf == NULL)
5996                         pvf = pv;
5997                 pmap = PV_PMAP(pv);
5998                 if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
5999                         pvh_gen = pvh->pv_gen;
6000                         md_gen = m->md.pv_gen;
6001                         rw_wunlock(lock);
6002                         PMAP_LOCK(pmap);
6003                         rw_wlock(lock);
6004                         if (pvh_gen != pvh->pv_gen || md_gen != m->md.pv_gen) {
6005                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
6006                                 goto retry;
6007                         }
6008                 }
6009                 pte = pmap_pte_exists(pmap, pv->pv_va, 3, __func__);
6010                 tpte = pmap_load(pte);
6011                 if (pmap_pte_dirty(pmap, tpte))
6012                         vm_page_dirty(m);
6013                 if ((tpte & ATTR_AF) != 0) {
6014                         if ((tpte & ATTR_SW_WIRED) == 0) {
6015                                 pmap_clear_bits(pte, ATTR_AF);
6016                                 pmap_invalidate_page(pmap, pv->pv_va, true);
6017                                 cleared++;
6018                         } else
6019                                 not_cleared++;
6020                 }
6021                 PMAP_UNLOCK(pmap);
6022                 /* Rotate the PV list if it has more than one entry. */
6023                 if (TAILQ_NEXT(pv, pv_next) != NULL) {
6024                         TAILQ_REMOVE(&m->md.pv_list, pv, pv_next);
6025                         TAILQ_INSERT_TAIL(&m->md.pv_list, pv, pv_next);
6026                         m->md.pv_gen++;
6027                 }
6028         } while ((pv = TAILQ_FIRST(&m->md.pv_list)) != pvf && cleared +
6029             not_cleared < PMAP_TS_REFERENCED_MAX);
6030 out:
6031         rw_wunlock(lock);
6032         vm_page_free_pages_toq(&free, true);
6033         return (cleared + not_cleared);
6034 }
6035
6036 /*
6037  *      Apply the given advice to the specified range of addresses within the
6038  *      given pmap.  Depending on the advice, clear the referenced and/or
6039  *      modified flags in each mapping and set the mapped page's dirty field.
6040  */
6041 void
6042 pmap_advise(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva, int advice)
6043 {
6044         struct rwlock *lock;
6045         vm_offset_t va, va_next;
6046         vm_page_t m;
6047         pd_entry_t *l0, *l1, *l2, oldl2;
6048         pt_entry_t *l3, oldl3;
6049
6050         PMAP_ASSERT_STAGE1(pmap);
6051
6052         if (advice != MADV_DONTNEED && advice != MADV_FREE)
6053                 return;
6054
6055         PMAP_LOCK(pmap);
6056         for (; sva < eva; sva = va_next) {
6057                 l0 = pmap_l0(pmap, sva);
6058                 if (pmap_load(l0) == 0) {
6059                         va_next = (sva + L0_SIZE) & ~L0_OFFSET;
6060                         if (va_next < sva)
6061                                 va_next = eva;
6062                         continue;
6063                 }
6064
6065                 va_next = (sva + L1_SIZE) & ~L1_OFFSET;
6066                 if (va_next < sva)
6067                         va_next = eva;
6068                 l1 = pmap_l0_to_l1(l0, sva);
6069                 if (pmap_load(l1) == 0)
6070                         continue;
6071                 if ((pmap_load(l1) & ATTR_DESCR_MASK) == L1_BLOCK) {
6072                         PMAP_ASSERT_L1_BLOCKS_SUPPORTED;
6073                         continue;
6074                 }
6075
6076                 va_next = (sva + L2_SIZE) & ~L2_OFFSET;
6077                 if (va_next < sva)
6078                         va_next = eva;
6079                 l2 = pmap_l1_to_l2(l1, sva);
6080                 oldl2 = pmap_load(l2);
6081                 if (oldl2 == 0)
6082                         continue;
6083                 if ((oldl2 & ATTR_DESCR_MASK) == L2_BLOCK) {
6084                         if ((oldl2 & ATTR_SW_MANAGED) == 0)
6085                                 continue;
6086                         lock = NULL;
6087                         if (!pmap_demote_l2_locked(pmap, l2, sva, &lock)) {
6088                                 if (lock != NULL)
6089                                         rw_wunlock(lock);
6090
6091                                 /*
6092                                  * The 2MB page mapping was destroyed.
6093                                  */
6094                                 continue;
6095                         }
6096
6097                         /*
6098                          * Unless the page mappings are wired, remove the
6099                          * mapping to a single page so that a subsequent
6100                          * access may repromote.  Choosing the last page
6101                          * within the address range [sva, min(va_next, eva))
6102                          * generally results in more repromotions.  Since the
6103                          * underlying page table page is fully populated, this
6104                          * removal never frees a page table page.
6105                          */
6106                         if ((oldl2 & ATTR_SW_WIRED) == 0) {
6107                                 va = eva;
6108                                 if (va > va_next)
6109                                         va = va_next;
6110                                 va -= PAGE_SIZE;
6111                                 KASSERT(va >= sva,
6112                                     ("pmap_advise: no address gap"));
6113                                 l3 = pmap_l2_to_l3(l2, va);
6114                                 KASSERT(pmap_load(l3) != 0,
6115                                     ("pmap_advise: invalid PTE"));
6116                                 pmap_remove_l3(pmap, l3, va, pmap_load(l2),
6117                                     NULL, &lock);
6118                         }
6119                         if (lock != NULL)
6120                                 rw_wunlock(lock);
6121                 }
6122                 KASSERT((pmap_load(l2) & ATTR_DESCR_MASK) == L2_TABLE,
6123                     ("pmap_advise: invalid L2 entry after demotion"));
6124                 if (va_next > eva)
6125                         va_next = eva;
6126                 va = va_next;
6127                 for (l3 = pmap_l2_to_l3(l2, sva); sva != va_next; l3++,
6128                     sva += L3_SIZE) {
6129                         oldl3 = pmap_load(l3);
6130                         if ((oldl3 & (ATTR_SW_MANAGED | ATTR_DESCR_MASK)) !=
6131                             (ATTR_SW_MANAGED | L3_PAGE))
6132                                 goto maybe_invlrng;
6133                         else if (pmap_pte_dirty(pmap, oldl3)) {
6134                                 if (advice == MADV_DONTNEED) {
6135                                         /*
6136                                          * Future calls to pmap_is_modified()
6137                                          * can be avoided by making the page
6138                                          * dirty now.
6139                                          */
6140                                         m = PHYS_TO_VM_PAGE(oldl3 & ~ATTR_MASK);
6141                                         vm_page_dirty(m);
6142                                 }
6143                                 while (!atomic_fcmpset_long(l3, &oldl3,
6144                                     (oldl3 & ~ATTR_AF) |
6145                                     ATTR_S1_AP(ATTR_S1_AP_RO)))
6146                                         cpu_spinwait();
6147                         } else if ((oldl3 & ATTR_AF) != 0)
6148                                 pmap_clear_bits(l3, ATTR_AF);
6149                         else
6150                                 goto maybe_invlrng;
6151                         if (va == va_next)
6152                                 va = sva;
6153                         continue;
6154 maybe_invlrng:
6155                         if (va != va_next) {
6156                                 pmap_s1_invalidate_range(pmap, va, sva, true);
6157                                 va = va_next;
6158                         }
6159                 }
6160                 if (va != va_next)
6161                         pmap_s1_invalidate_range(pmap, va, sva, true);
6162         }
6163         PMAP_UNLOCK(pmap);
6164 }
6165
6166 /*
6167  *      Clear the modify bits on the specified physical page.
6168  */
6169 void
6170 pmap_clear_modify(vm_page_t m)
6171 {
6172         struct md_page *pvh;
6173         struct rwlock *lock;
6174         pmap_t pmap;
6175         pv_entry_t next_pv, pv;
6176         pd_entry_t *l2, oldl2;
6177         pt_entry_t *l3, oldl3;
6178         vm_offset_t va;
6179         int md_gen, pvh_gen;
6180
6181         KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
6182             ("pmap_clear_modify: page %p is not managed", m));
6183         vm_page_assert_busied(m);
6184
6185         if (!pmap_page_is_write_mapped(m))
6186                 return;
6187         pvh = (m->flags & PG_FICTITIOUS) != 0 ? &pv_dummy : page_to_pvh(m);
6188         lock = VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m);
6189         rw_wlock(lock);
6190 restart:
6191         TAILQ_FOREACH_SAFE(pv, &pvh->pv_list, pv_next, next_pv) {
6192                 pmap = PV_PMAP(pv);
6193                 PMAP_ASSERT_STAGE1(pmap);
6194                 if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
6195                         pvh_gen = pvh->pv_gen;
6196                         rw_wunlock(lock);
6197                         PMAP_LOCK(pmap);
6198                         rw_wlock(lock);
6199                         if (pvh_gen != pvh->pv_gen) {
6200                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
6201                                 goto restart;
6202                         }
6203                 }
6204                 va = pv->pv_va;
6205                 l2 = pmap_l2(pmap, va);
6206                 oldl2 = pmap_load(l2);
6207                 /* If oldl2 has ATTR_SW_DBM set, then it is also dirty. */
6208                 if ((oldl2 & ATTR_SW_DBM) != 0 &&
6209                     pmap_demote_l2_locked(pmap, l2, va, &lock) &&
6210                     (oldl2 & ATTR_SW_WIRED) == 0) {
6211                         /*
6212                          * Write protect the mapping to a single page so that
6213                          * a subsequent write access may repromote.
6214                          */
6215                         va += VM_PAGE_TO_PHYS(m) - (oldl2 & ~ATTR_MASK);
6216                         l3 = pmap_l2_to_l3(l2, va);
6217                         oldl3 = pmap_load(l3);
6218                         while (!atomic_fcmpset_long(l3, &oldl3,
6219                             (oldl3 & ~ATTR_SW_DBM) | ATTR_S1_AP(ATTR_S1_AP_RO)))
6220                                 cpu_spinwait();
6221                         vm_page_dirty(m);
6222                         pmap_s1_invalidate_page(pmap, va, true);
6223                 }
6224                 PMAP_UNLOCK(pmap);
6225         }
6226         TAILQ_FOREACH(pv, &m->md.pv_list, pv_next) {
6227                 pmap = PV_PMAP(pv);
6228                 PMAP_ASSERT_STAGE1(pmap);
6229                 if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
6230                         md_gen = m->md.pv_gen;
6231                         pvh_gen = pvh->pv_gen;
6232                         rw_wunlock(lock);
6233                         PMAP_LOCK(pmap);
6234                         rw_wlock(lock);
6235                         if (pvh_gen != pvh->pv_gen || md_gen != m->md.pv_gen) {
6236                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
6237                                 goto restart;
6238                         }
6239                 }
6240                 l2 = pmap_l2(pmap, pv->pv_va);
6241                 l3 = pmap_l2_to_l3(l2, pv->pv_va);
6242                 oldl3 = pmap_load(l3);
6243                 if ((oldl3 & (ATTR_S1_AP_RW_BIT | ATTR_SW_DBM)) == ATTR_SW_DBM){
6244                         pmap_set_bits(l3, ATTR_S1_AP(ATTR_S1_AP_RO));
6245                         pmap_s1_invalidate_page(pmap, pv->pv_va, true);
6246                 }
6247                 PMAP_UNLOCK(pmap);
6248         }
6249         rw_wunlock(lock);
6250 }
6251
6252 void *
6253 pmap_mapbios(vm_paddr_t pa, vm_size_t size)
6254 {
6255         struct pmap_preinit_mapping *ppim;
6256         vm_offset_t va, offset;
6257         pd_entry_t *pde;
6258         pt_entry_t *l2;
6259         int i, lvl, l2_blocks, free_l2_count, start_idx;
6260
6261         if (!vm_initialized) {
6262                 /*
6263                  * No L3 ptables so map entire L2 blocks where start VA is:
6264                  *      preinit_map_va + start_idx * L2_SIZE
6265                  * There may be duplicate mappings (multiple VA -> same PA) but
6266                  * ARM64 dcache is always PIPT so that's acceptable.
6267                  */
6268                  if (size == 0)
6269                          return (NULL);
6270
6271                  /* Calculate how many L2 blocks are needed for the mapping */
6272                 l2_blocks = (roundup2(pa + size, L2_SIZE) -
6273                     rounddown2(pa, L2_SIZE)) >> L2_SHIFT;
6274
6275                 offset = pa & L2_OFFSET;
6276
6277                 if (preinit_map_va == 0)
6278                         return (NULL);
6279
6280                 /* Map 2MiB L2 blocks from reserved VA space */
6281
6282                 free_l2_count = 0;
6283                 start_idx = -1;
6284                 /* Find enough free contiguous VA space */
6285                 for (i = 0; i < PMAP_PREINIT_MAPPING_COUNT; i++) {
6286                         ppim = pmap_preinit_mapping + i;
6287                         if (free_l2_count > 0 && ppim->pa != 0) {
6288                                 /* Not enough space here */
6289                                 free_l2_count = 0;
6290                                 start_idx = -1;
6291                                 continue;
6292                         }
6293
6294                         if (ppim->pa == 0) {
6295                                 /* Free L2 block */
6296                                 if (start_idx == -1)
6297                                         start_idx = i;
6298                                 free_l2_count++;
6299                                 if (free_l2_count == l2_blocks)
6300                                         break;
6301                         }
6302                 }
6303                 if (free_l2_count != l2_blocks)
6304                         panic("%s: too many preinit mappings", __func__);
6305
6306                 va = preinit_map_va + (start_idx * L2_SIZE);
6307                 for (i = start_idx; i < start_idx + l2_blocks; i++) {
6308                         /* Mark entries as allocated */
6309                         ppim = pmap_preinit_mapping + i;
6310                         ppim->pa = pa;
6311                         ppim->va = va + offset;
6312                         ppim->size = size;
6313                 }
6314
6315                 /* Map L2 blocks */
6316                 pa = rounddown2(pa, L2_SIZE);
6317                 for (i = 0; i < l2_blocks; i++) {
6318                         pde = pmap_pde(kernel_pmap, va, &lvl);
6319                         KASSERT(pde != NULL,
6320                             ("pmap_mapbios: Invalid page entry, va: 0x%lx",
6321                             va));
6322                         KASSERT(lvl == 1,
6323                             ("pmap_mapbios: Invalid level %d", lvl));
6324
6325                         /* Insert L2_BLOCK */
6326                         l2 = pmap_l1_to_l2(pde, va);
6327                         pmap_load_store(l2,
6328                             pa | ATTR_DEFAULT | ATTR_S1_XN |
6329                             ATTR_S1_IDX(VM_MEMATTR_WRITE_BACK) | L2_BLOCK);
6330
6331                         va += L2_SIZE;
6332                         pa += L2_SIZE;
6333                 }
6334                 pmap_s1_invalidate_all(kernel_pmap);
6335
6336                 va = preinit_map_va + (start_idx * L2_SIZE);
6337
6338         } else {
6339                 /* kva_alloc may be used to map the pages */
6340                 offset = pa & PAGE_MASK;
6341                 size = round_page(offset + size);
6342
6343                 va = kva_alloc(size);
6344                 if (va == 0)
6345                         panic("%s: Couldn't allocate KVA", __func__);
6346
6347                 pde = pmap_pde(kernel_pmap, va, &lvl);
6348                 KASSERT(lvl == 2, ("pmap_mapbios: Invalid level %d", lvl));
6349
6350                 /* L3 table is linked */
6351                 va = trunc_page(va);
6352                 pa = trunc_page(pa);
6353                 pmap_kenter(va, size, pa, memory_mapping_mode(pa));
6354         }
6355
6356         return ((void *)(va + offset));
6357 }
6358
6359 void
6360 pmap_unmapbios(void *p, vm_size_t size)
6361 {
6362         struct pmap_preinit_mapping *ppim;
6363         vm_offset_t offset, tmpsize, va, va_trunc;
6364         pd_entry_t *pde;
6365         pt_entry_t *l2;
6366         int i, lvl, l2_blocks, block;
6367         bool preinit_map;
6368
6369         va = (vm_offset_t)p;
6370         l2_blocks =
6371            (roundup2(va + size, L2_SIZE) - rounddown2(va, L2_SIZE)) >> L2_SHIFT;
6372         KASSERT(l2_blocks > 0, ("pmap_unmapbios: invalid size %lx", size));
6373
6374         /* Remove preinit mapping */
6375         preinit_map = false;
6376         block = 0;
6377         for (i = 0; i < PMAP_PREINIT_MAPPING_COUNT; i++) {
6378                 ppim = pmap_preinit_mapping + i;
6379                 if (ppim->va == va) {
6380                         KASSERT(ppim->size == size,
6381                             ("pmap_unmapbios: size mismatch"));
6382                         ppim->va = 0;
6383                         ppim->pa = 0;
6384                         ppim->size = 0;
6385                         preinit_map = true;
6386                         offset = block * L2_SIZE;
6387                         va_trunc = rounddown2(va, L2_SIZE) + offset;
6388
6389                         /* Remove L2_BLOCK */
6390                         pde = pmap_pde(kernel_pmap, va_trunc, &lvl);
6391                         KASSERT(pde != NULL,
6392                             ("pmap_unmapbios: Invalid page entry, va: 0x%lx",
6393                             va_trunc));
6394                         l2 = pmap_l1_to_l2(pde, va_trunc);
6395                         pmap_clear(l2);
6396
6397                         if (block == (l2_blocks - 1))
6398                                 break;
6399                         block++;
6400                 }
6401         }
6402         if (preinit_map) {
6403                 pmap_s1_invalidate_all(kernel_pmap);
6404                 return;
6405         }
6406
6407         /* Unmap the pages reserved with kva_alloc. */
6408         if (vm_initialized) {
6409                 offset = va & PAGE_MASK;
6410                 size = round_page(offset + size);
6411                 va = trunc_page(va);
6412
6413                 pde = pmap_pde(kernel_pmap, va, &lvl);
6414                 KASSERT(pde != NULL,
6415                     ("pmap_unmapbios: Invalid page entry, va: 0x%lx", va));
6416                 KASSERT(lvl == 2, ("pmap_unmapbios: Invalid level %d", lvl));
6417
6418                 /* Unmap and invalidate the pages */
6419                 for (tmpsize = 0; tmpsize < size; tmpsize += PAGE_SIZE)
6420                         pmap_kremove(va + tmpsize);
6421
6422                 kva_free(va, size);
6423         }
6424 }
6425
6426 /*
6427  * Sets the memory attribute for the specified page.
6428  */
6429 void
6430 pmap_page_set_memattr(vm_page_t m, vm_memattr_t ma)
6431 {
6432
6433         m->md.pv_memattr = ma;
6434
6435         /*
6436          * If "m" is a normal page, update its direct mapping.  This update
6437          * can be relied upon to perform any cache operations that are
6438          * required for data coherence.
6439          */
6440         if ((m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0 &&
6441             pmap_change_attr(PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(m)), PAGE_SIZE,
6442             m->md.pv_memattr) != 0)
6443                 panic("memory attribute change on the direct map failed");
6444 }
6445
6446 /*
6447  * Changes the specified virtual address range's memory type to that given by
6448  * the parameter "mode".  The specified virtual address range must be
6449  * completely contained within either the direct map or the kernel map.  If
6450  * the virtual address range is contained within the kernel map, then the
6451  * memory type for each of the corresponding ranges of the direct map is also
6452  * changed.  (The corresponding ranges of the direct map are those ranges that
6453  * map the same physical pages as the specified virtual address range.)  These
6454  * changes to the direct map are necessary because Intel describes the
6455  * behavior of their processors as "undefined" if two or more mappings to the
6456  * same physical page have different memory types.
6457  *
6458  * Returns zero if the change completed successfully, and either EINVAL or
6459  * ENOMEM if the change failed.  Specifically, EINVAL is returned if some part
6460  * of the virtual address range was not mapped, and ENOMEM is returned if
6461  * there was insufficient memory available to complete the change.  In the
6462  * latter case, the memory type may have been changed on some part of the
6463  * virtual address range or the direct map.
6464  */
6465 int
6466 pmap_change_attr(vm_offset_t va, vm_size_t size, int mode)
6467 {
6468         int error;
6469
6470         PMAP_LOCK(kernel_pmap);
6471         error = pmap_change_props_locked(va, size, PROT_NONE, mode, false);
6472         PMAP_UNLOCK(kernel_pmap);
6473         return (error);
6474 }
6475
6476 /*
6477  * Changes the specified virtual address range's protections to those
6478  * specified by "prot".  Like pmap_change_attr(), protections for aliases
6479  * in the direct map are updated as well.  Protections on aliasing mappings may
6480  * be a subset of the requested protections; for example, mappings in the direct
6481  * map are never executable.
6482  */
6483 int
6484 pmap_change_prot(vm_offset_t va, vm_size_t size, vm_prot_t prot)
6485 {
6486         int error;
6487
6488         /* Only supported within the kernel map. */
6489         if (va < VM_MIN_KERNEL_ADDRESS)
6490                 return (EINVAL);
6491
6492         PMAP_LOCK(kernel_pmap);
6493         error = pmap_change_props_locked(va, size, prot, -1, false);
6494         PMAP_UNLOCK(kernel_pmap);
6495         return (error);
6496 }
6497
6498 static int
6499 pmap_change_props_locked(vm_offset_t va, vm_size_t size, vm_prot_t prot,
6500     int mode, bool skip_unmapped)
6501 {
6502         vm_offset_t base, offset, tmpva;
6503         vm_size_t pte_size;
6504         vm_paddr_t pa;
6505         pt_entry_t pte, *ptep, *newpte;
6506         pt_entry_t bits, mask;
6507         int lvl, rv;
6508
6509         PMAP_LOCK_ASSERT(kernel_pmap, MA_OWNED);
6510         base = trunc_page(va);
6511         offset = va & PAGE_MASK;
6512         size = round_page(offset + size);
6513
6514         if (!VIRT_IN_DMAP(base) &&
6515             !(base >= VM_MIN_KERNEL_ADDRESS && base < VM_MAX_KERNEL_ADDRESS))
6516                 return (EINVAL);
6517
6518         bits = 0;
6519         mask = 0;
6520         if (mode != -1) {
6521                 bits = ATTR_S1_IDX(mode);
6522                 mask = ATTR_S1_IDX_MASK;
6523                 if (mode == VM_MEMATTR_DEVICE) {
6524                         mask |= ATTR_S1_XN;
6525                         bits |= ATTR_S1_XN;
6526                 }
6527         }
6528         if (prot != VM_PROT_NONE) {
6529                 /* Don't mark the DMAP as executable. It never is on arm64. */
6530                 if (VIRT_IN_DMAP(base)) {
6531                         prot &= ~VM_PROT_EXECUTE;
6532                         /*
6533                          * XXX Mark the DMAP as writable for now. We rely
6534                          * on this in ddb & dtrace to insert breakpoint
6535                          * instructions.
6536                          */
6537                         prot |= VM_PROT_WRITE;
6538                 }
6539
6540                 if ((prot & VM_PROT_WRITE) == 0) {
6541                         bits |= ATTR_S1_AP(ATTR_S1_AP_RO);
6542                 }
6543                 if ((prot & VM_PROT_EXECUTE) == 0) {
6544                         bits |= ATTR_S1_PXN;
6545                 }
6546                 bits |= ATTR_S1_UXN;
6547                 mask |= ATTR_S1_AP_MASK | ATTR_S1_XN;
6548         }
6549
6550         for (tmpva = base; tmpva < base + size; ) {
6551                 ptep = pmap_pte(kernel_pmap, tmpva, &lvl);
6552                 if (ptep == NULL && !skip_unmapped) {
6553                         return (EINVAL);
6554                 } else if ((ptep == NULL && skip_unmapped) ||
6555                     (pmap_load(ptep) & mask) == bits) {
6556                         /*
6557                          * We already have the correct attribute or there
6558                          * is no memory mapped at this address and we are
6559                          * skipping unmapped memory.
6560                          */
6561                         switch (lvl) {
6562                         default:
6563                                 panic("Invalid DMAP table level: %d\n", lvl);
6564                         case 1:
6565                                 tmpva = (tmpva & ~L1_OFFSET) + L1_SIZE;
6566                                 break;
6567                         case 2:
6568                                 tmpva = (tmpva & ~L2_OFFSET) + L2_SIZE;
6569                                 break;
6570                         case 3:
6571                                 tmpva += PAGE_SIZE;
6572                                 break;
6573                         }
6574                 } else {
6575                         /* We can't demote/promote this entry */
6576                         MPASS((pmap_load(ptep) & ATTR_SW_NO_PROMOTE) == 0);
6577
6578                         /*
6579                          * Split the entry to an level 3 table, then
6580                          * set the new attribute.
6581                          */
6582                         switch (lvl) {
6583                         default:
6584                                 panic("Invalid DMAP table level: %d\n", lvl);
6585                         case 1:
6586                                 PMAP_ASSERT_L1_BLOCKS_SUPPORTED;
6587                                 if ((tmpva & L1_OFFSET) == 0 &&
6588                                     (base + size - tmpva) >= L1_SIZE) {
6589                                         pte_size = L1_SIZE;
6590                                         break;
6591                                 }
6592                                 newpte = pmap_demote_l1(kernel_pmap, ptep,
6593                                     tmpva & ~L1_OFFSET);
6594                                 if (newpte == NULL)
6595                                         return (EINVAL);
6596                                 ptep = pmap_l1_to_l2(ptep, tmpva);
6597                                 /* FALLTHROUGH */
6598                         case 2:
6599                                 if ((tmpva & L2_OFFSET) == 0 &&
6600                                     (base + size - tmpva) >= L2_SIZE) {
6601                                         pte_size = L2_SIZE;
6602                                         break;
6603                                 }
6604                                 newpte = pmap_demote_l2(kernel_pmap, ptep,
6605                                     tmpva);
6606                                 if (newpte == NULL)
6607                                         return (EINVAL);
6608                                 ptep = pmap_l2_to_l3(ptep, tmpva);
6609                                 /* FALLTHROUGH */
6610                         case 3:
6611                                 pte_size = PAGE_SIZE;
6612                                 break;
6613                         }
6614
6615                         /* Update the entry */
6616                         pte = pmap_load(ptep);
6617                         pte &= ~mask;
6618                         pte |= bits;
6619
6620                         pmap_update_entry(kernel_pmap, ptep, pte, tmpva,
6621                             pte_size);
6622
6623                         pa = pte & ~ATTR_MASK;
6624                         if (!VIRT_IN_DMAP(tmpva) && PHYS_IN_DMAP(pa)) {
6625                                 /*
6626                                  * Keep the DMAP memory in sync.
6627                                  */
6628                                 rv = pmap_change_props_locked(
6629                                     PHYS_TO_DMAP(pa), pte_size,
6630                                     prot, mode, true);
6631                                 if (rv != 0)
6632                                         return (rv);
6633                         }
6634
6635                         /*
6636                          * If moving to a non-cacheable entry flush
6637                          * the cache.
6638                          */
6639                         if (mode == VM_MEMATTR_UNCACHEABLE)
6640                                 cpu_dcache_wbinv_range(tmpva, pte_size);
6641                         tmpva += pte_size;
6642                 }
6643         }
6644
6645         return (0);
6646 }
6647
6648 /*
6649  * Create an L2 table to map all addresses within an L1 mapping.
6650  */
6651 static pt_entry_t *
6652 pmap_demote_l1(pmap_t pmap, pt_entry_t *l1, vm_offset_t va)
6653 {
6654         pt_entry_t *l2, newl2, oldl1;
6655         vm_offset_t tmpl1;
6656         vm_paddr_t l2phys, phys;
6657         vm_page_t ml2;
6658         int i;
6659
6660         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
6661         oldl1 = pmap_load(l1);
6662         PMAP_ASSERT_L1_BLOCKS_SUPPORTED;
6663         KASSERT((oldl1 & ATTR_DESCR_MASK) == L1_BLOCK,
6664             ("pmap_demote_l1: Demoting a non-block entry"));
6665         KASSERT((va & L1_OFFSET) == 0,
6666             ("pmap_demote_l1: Invalid virtual address %#lx", va));
6667         KASSERT((oldl1 & ATTR_SW_MANAGED) == 0,
6668             ("pmap_demote_l1: Level 1 table shouldn't be managed"));
6669         KASSERT((oldl1 & ATTR_SW_NO_PROMOTE) == 0,
6670             ("pmap_demote_l1: Demoting entry with no-demote flag set"));
6671
6672         tmpl1 = 0;
6673         if (va <= (vm_offset_t)l1 && va + L1_SIZE > (vm_offset_t)l1) {
6674                 tmpl1 = kva_alloc(PAGE_SIZE);
6675                 if (tmpl1 == 0)
6676                         return (NULL);
6677         }
6678
6679         if ((ml2 = vm_page_alloc_noobj(VM_ALLOC_INTERRUPT | VM_ALLOC_WIRED)) ==
6680             NULL) {
6681                 CTR2(KTR_PMAP, "pmap_demote_l1: failure for va %#lx"
6682                     " in pmap %p", va, pmap);
6683                 l2 = NULL;
6684                 goto fail;
6685         }
6686
6687         l2phys = VM_PAGE_TO_PHYS(ml2);
6688         l2 = (pt_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(l2phys);
6689
6690         /* Address the range points at */
6691         phys = oldl1 & ~ATTR_MASK;
6692         /* The attributed from the old l1 table to be copied */
6693         newl2 = oldl1 & ATTR_MASK;
6694
6695         /* Create the new entries */
6696         for (i = 0; i < Ln_ENTRIES; i++) {
6697                 l2[i] = newl2 | phys;
6698                 phys += L2_SIZE;
6699         }
6700         KASSERT(l2[0] == ((oldl1 & ~ATTR_DESCR_MASK) | L2_BLOCK),
6701             ("Invalid l2 page (%lx != %lx)", l2[0],
6702             (oldl1 & ~ATTR_DESCR_MASK) | L2_BLOCK));
6703
6704         if (tmpl1 != 0) {
6705                 pmap_kenter(tmpl1, PAGE_SIZE,
6706                     DMAP_TO_PHYS((vm_offset_t)l1) & ~L3_OFFSET,
6707                     VM_MEMATTR_WRITE_BACK);
6708                 l1 = (pt_entry_t *)(tmpl1 + ((vm_offset_t)l1 & PAGE_MASK));
6709         }
6710
6711         pmap_update_entry(pmap, l1, l2phys | L1_TABLE, va, PAGE_SIZE);
6712
6713 fail:
6714         if (tmpl1 != 0) {
6715                 pmap_kremove(tmpl1);
6716                 kva_free(tmpl1, PAGE_SIZE);
6717         }
6718
6719         return (l2);
6720 }
6721
6722 static void
6723 pmap_fill_l3(pt_entry_t *firstl3, pt_entry_t newl3)
6724 {
6725         pt_entry_t *l3;
6726
6727         for (l3 = firstl3; l3 - firstl3 < Ln_ENTRIES; l3++) {
6728                 *l3 = newl3;
6729                 newl3 += L3_SIZE;
6730         }
6731 }
6732
6733 static void
6734 pmap_demote_l2_abort(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pt_entry_t *l2,
6735     struct rwlock **lockp)
6736 {
6737         struct spglist free;
6738
6739         SLIST_INIT(&free);
6740         (void)pmap_remove_l2(pmap, l2, va, pmap_load(pmap_l1(pmap, va)), &free,
6741             lockp);
6742         vm_page_free_pages_toq(&free, true);
6743 }
6744
6745 /*
6746  * Create an L3 table to map all addresses within an L2 mapping.
6747  */
6748 static pt_entry_t *
6749 pmap_demote_l2_locked(pmap_t pmap, pt_entry_t *l2, vm_offset_t va,
6750     struct rwlock **lockp)
6751 {
6752         pt_entry_t *l3, newl3, oldl2;
6753         vm_offset_t tmpl2;
6754         vm_paddr_t l3phys;
6755         vm_page_t ml3;
6756
6757         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
6758         PMAP_ASSERT_STAGE1(pmap);
6759         KASSERT(ADDR_IS_CANONICAL(va),
6760             ("%s: Address not in canonical form: %lx", __func__, va));
6761
6762         l3 = NULL;
6763         oldl2 = pmap_load(l2);
6764         KASSERT((oldl2 & ATTR_DESCR_MASK) == L2_BLOCK,
6765             ("pmap_demote_l2: Demoting a non-block entry"));
6766         KASSERT((oldl2 & ATTR_SW_NO_PROMOTE) == 0,
6767             ("pmap_demote_l2: Demoting entry with no-demote flag set"));
6768         va &= ~L2_OFFSET;
6769
6770         tmpl2 = 0;
6771         if (va <= (vm_offset_t)l2 && va + L2_SIZE > (vm_offset_t)l2) {
6772                 tmpl2 = kva_alloc(PAGE_SIZE);
6773                 if (tmpl2 == 0)
6774                         return (NULL);
6775         }
6776
6777         /*
6778          * Invalidate the 2MB page mapping and return "failure" if the
6779          * mapping was never accessed.
6780          */
6781         if ((oldl2 & ATTR_AF) == 0) {
6782                 KASSERT((oldl2 & ATTR_SW_WIRED) == 0,
6783                     ("pmap_demote_l2: a wired mapping is missing ATTR_AF"));
6784                 pmap_demote_l2_abort(pmap, va, l2, lockp);
6785                 CTR2(KTR_PMAP, "pmap_demote_l2: failure for va %#lx in pmap %p",
6786                     va, pmap);
6787                 goto fail;
6788         }
6789
6790         if ((ml3 = pmap_remove_pt_page(pmap, va)) == NULL) {
6791                 KASSERT((oldl2 & ATTR_SW_WIRED) == 0,
6792                     ("pmap_demote_l2: page table page for a wired mapping"
6793                     " is missing"));
6794
6795                 /*
6796                  * If the page table page is missing and the mapping
6797                  * is for a kernel address, the mapping must belong to
6798                  * either the direct map or the early kernel memory.
6799                  * Page table pages are preallocated for every other
6800                  * part of the kernel address space, so the direct map
6801                  * region and early kernel memory are the only parts of the
6802                  * kernel address space that must be handled here.
6803                  */
6804                 KASSERT(!ADDR_IS_KERNEL(va) || VIRT_IN_DMAP(va) ||
6805                     (va >= VM_MIN_KERNEL_ADDRESS && va < kernel_vm_end),
6806                     ("pmap_demote_l2: No saved mpte for va %#lx", va));
6807
6808                 /*
6809                  * If the 2MB page mapping belongs to the direct map
6810                  * region of the kernel's address space, then the page
6811                  * allocation request specifies the highest possible
6812                  * priority (VM_ALLOC_INTERRUPT).  Otherwise, the
6813                  * priority is normal.
6814                  */
6815                 ml3 = vm_page_alloc_noobj(
6816                     (VIRT_IN_DMAP(va) ? VM_ALLOC_INTERRUPT : 0) |
6817                     VM_ALLOC_WIRED);
6818
6819                 /*
6820                  * If the allocation of the new page table page fails,
6821                  * invalidate the 2MB page mapping and return "failure".
6822                  */
6823                 if (ml3 == NULL) {
6824                         pmap_demote_l2_abort(pmap, va, l2, lockp);
6825                         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_demote_l2: failure for va %#lx"
6826                             " in pmap %p", va, pmap);
6827                         goto fail;
6828                 }
6829                 ml3->pindex = pmap_l2_pindex(va);
6830
6831                 if (!ADDR_IS_KERNEL(va)) {
6832                         ml3->ref_count = NL3PG;
6833                         pmap_resident_count_inc(pmap, 1);
6834                 }
6835         }
6836         l3phys = VM_PAGE_TO_PHYS(ml3);
6837         l3 = (pt_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(l3phys);
6838         newl3 = (oldl2 & ~ATTR_DESCR_MASK) | L3_PAGE;
6839         KASSERT((oldl2 & (ATTR_S1_AP_RW_BIT | ATTR_SW_DBM)) !=
6840             (ATTR_S1_AP(ATTR_S1_AP_RO) | ATTR_SW_DBM),
6841             ("pmap_demote_l2: L2 entry is writeable but not dirty"));
6842
6843         /*
6844          * If the page table page is not leftover from an earlier promotion,
6845          * or the mapping attributes have changed, (re)initialize the L3 table.
6846          *
6847          * When pmap_update_entry() clears the old L2 mapping, it (indirectly)
6848          * performs a dsb().  That dsb() ensures that the stores for filling
6849          * "l3" are visible before "l3" is added to the page table.
6850          */
6851         if (ml3->valid == 0 || (l3[0] & ATTR_MASK) != (newl3 & ATTR_MASK))
6852                 pmap_fill_l3(l3, newl3);
6853
6854         /*
6855          * Map the temporary page so we don't lose access to the l2 table.
6856          */
6857         if (tmpl2 != 0) {
6858                 pmap_kenter(tmpl2, PAGE_SIZE,
6859                     DMAP_TO_PHYS((vm_offset_t)l2) & ~L3_OFFSET,
6860                     VM_MEMATTR_WRITE_BACK);
6861                 l2 = (pt_entry_t *)(tmpl2 + ((vm_offset_t)l2 & PAGE_MASK));
6862         }
6863
6864         /*
6865          * The spare PV entries must be reserved prior to demoting the
6866          * mapping, that is, prior to changing the PDE.  Otherwise, the state
6867          * of the L2 and the PV lists will be inconsistent, which can result
6868          * in reclaim_pv_chunk() attempting to remove a PV entry from the
6869          * wrong PV list and pmap_pv_demote_l2() failing to find the expected
6870          * PV entry for the 2MB page mapping that is being demoted.
6871          */
6872         if ((oldl2 & ATTR_SW_MANAGED) != 0)
6873                 reserve_pv_entries(pmap, Ln_ENTRIES - 1, lockp);
6874
6875         /*
6876          * Pass PAGE_SIZE so that a single TLB invalidation is performed on
6877          * the 2MB page mapping.
6878          */
6879         pmap_update_entry(pmap, l2, l3phys | L2_TABLE, va, PAGE_SIZE);
6880
6881         /*
6882          * Demote the PV entry.
6883          */
6884         if ((oldl2 & ATTR_SW_MANAGED) != 0)
6885                 pmap_pv_demote_l2(pmap, va, oldl2 & ~ATTR_MASK, lockp);
6886
6887         atomic_add_long(&pmap_l2_demotions, 1);
6888         CTR3(KTR_PMAP, "pmap_demote_l2: success for va %#lx"
6889             " in pmap %p %lx", va, pmap, l3[0]);
6890
6891 fail:
6892         if (tmpl2 != 0) {
6893                 pmap_kremove(tmpl2);
6894                 kva_free(tmpl2, PAGE_SIZE);
6895         }
6896
6897         return (l3);
6898
6899 }
6900
6901 static pt_entry_t *
6902 pmap_demote_l2(pmap_t pmap, pt_entry_t *l2, vm_offset_t va)
6903 {
6904         struct rwlock *lock;
6905         pt_entry_t *l3;
6906
6907         lock = NULL;
6908         l3 = pmap_demote_l2_locked(pmap, l2, va, &lock);
6909         if (lock != NULL)
6910                 rw_wunlock(lock);
6911         return (l3);
6912 }
6913
6914 /*
6915  * Perform the pmap work for mincore(2).  If the page is not both referenced and
6916  * modified by this pmap, returns its physical address so that the caller can
6917  * find other mappings.
6918  */
6919 int
6920 pmap_mincore(pmap_t pmap, vm_offset_t addr, vm_paddr_t *pap)
6921 {
6922         pt_entry_t *pte, tpte;
6923         vm_paddr_t mask, pa;
6924         int lvl, val;
6925         bool managed;
6926
6927         PMAP_ASSERT_STAGE1(pmap);
6928         PMAP_LOCK(pmap);
6929         pte = pmap_pte(pmap, addr, &lvl);
6930         if (pte != NULL) {
6931                 tpte = pmap_load(pte);
6932
6933                 switch (lvl) {
6934                 case 3:
6935                         mask = L3_OFFSET;
6936                         break;
6937                 case 2:
6938                         mask = L2_OFFSET;
6939                         break;
6940                 case 1:
6941                         mask = L1_OFFSET;
6942                         break;
6943                 default:
6944                         panic("pmap_mincore: invalid level %d", lvl);
6945                 }
6946
6947                 managed = (tpte & ATTR_SW_MANAGED) != 0;
6948                 val = MINCORE_INCORE;
6949                 if (lvl != 3)
6950                         val |= MINCORE_PSIND(3 - lvl);
6951                 if ((managed && pmap_pte_dirty(pmap, tpte)) || (!managed &&
6952                     (tpte & ATTR_S1_AP_RW_BIT) == ATTR_S1_AP(ATTR_S1_AP_RW)))
6953                         val |= MINCORE_MODIFIED | MINCORE_MODIFIED_OTHER;
6954                 if ((tpte & ATTR_AF) == ATTR_AF)
6955                         val |= MINCORE_REFERENCED | MINCORE_REFERENCED_OTHER;
6956
6957                 pa = (tpte & ~ATTR_MASK) | (addr & mask);
6958         } else {
6959                 managed = false;
6960                 val = 0;
6961         }
6962
6963         if ((val & (MINCORE_MODIFIED_OTHER | MINCORE_REFERENCED_OTHER)) !=
6964             (MINCORE_MODIFIED_OTHER | MINCORE_REFERENCED_OTHER) && managed) {
6965                 *pap = pa;
6966         }
6967         PMAP_UNLOCK(pmap);
6968         return (val);
6969 }
6970
6971 /*
6972  * Garbage collect every ASID that is neither active on a processor nor
6973  * reserved.
6974  */
6975 static void
6976 pmap_reset_asid_set(pmap_t pmap)
6977 {
6978         pmap_t curpmap;
6979         int asid, cpuid, epoch;
6980         struct asid_set *set;
6981         enum pmap_stage stage;
6982
6983         set = pmap->pm_asid_set;
6984         stage = pmap->pm_stage;
6985
6986         set = pmap->pm_asid_set;
6987         KASSERT(set != NULL, ("%s: NULL asid set", __func__));
6988         mtx_assert(&set->asid_set_mutex, MA_OWNED);
6989
6990         /*
6991          * Ensure that the store to asid_epoch is globally visible before the
6992          * loads from pc_curpmap are performed.
6993          */
6994         epoch = set->asid_epoch + 1;
6995         if (epoch == INT_MAX)
6996                 epoch = 0;
6997         set->asid_epoch = epoch;
6998         dsb(ishst);
6999         if (stage == PM_STAGE1) {
7000                 __asm __volatile("tlbi vmalle1is");
7001         } else {
7002                 KASSERT(pmap_clean_stage2_tlbi != NULL,
7003                     ("%s: Unset stage 2 tlb invalidation callback\n",
7004                     __func__));
7005                 pmap_clean_stage2_tlbi();
7006         }
7007         dsb(ish);
7008         bit_nclear(set->asid_set, ASID_FIRST_AVAILABLE,
7009             set->asid_set_size - 1);
7010         CPU_FOREACH(cpuid) {
7011                 if (cpuid == curcpu)
7012                         continue;
7013                 if (stage == PM_STAGE1) {
7014                         curpmap = pcpu_find(cpuid)->pc_curpmap;
7015                         PMAP_ASSERT_STAGE1(pmap);
7016                 } else {
7017                         curpmap = pcpu_find(cpuid)->pc_curvmpmap;
7018                         if (curpmap == NULL)
7019                                 continue;
7020                         PMAP_ASSERT_STAGE2(pmap);
7021                 }
7022                 KASSERT(curpmap->pm_asid_set == set, ("Incorrect set"));
7023                 asid = COOKIE_TO_ASID(curpmap->pm_cookie);
7024                 if (asid == -1)
7025                         continue;
7026                 bit_set(set->asid_set, asid);
7027                 curpmap->pm_cookie = COOKIE_FROM(asid, epoch);
7028         }
7029 }
7030
7031 /*
7032  * Allocate a new ASID for the specified pmap.
7033  */
7034 static void
7035 pmap_alloc_asid(pmap_t pmap)
7036 {
7037         struct asid_set *set;
7038         int new_asid;
7039
7040         set = pmap->pm_asid_set;
7041         KASSERT(set != NULL, ("%s: NULL asid set", __func__));
7042
7043         mtx_lock_spin(&set->asid_set_mutex);
7044
7045         /*
7046          * While this processor was waiting to acquire the asid set mutex,
7047          * pmap_reset_asid_set() running on another processor might have
7048          * updated this pmap's cookie to the current epoch.  In which case, we
7049          * don't need to allocate a new ASID.
7050          */
7051         if (COOKIE_TO_EPOCH(pmap->pm_cookie) == set->asid_epoch)
7052                 goto out;
7053
7054         bit_ffc_at(set->asid_set, set->asid_next, set->asid_set_size,
7055             &new_asid);
7056         if (new_asid == -1) {
7057                 bit_ffc_at(set->asid_set, ASID_FIRST_AVAILABLE,
7058                     set->asid_next, &new_asid);
7059                 if (new_asid == -1) {
7060                         pmap_reset_asid_set(pmap);
7061                         bit_ffc_at(set->asid_set, ASID_FIRST_AVAILABLE,
7062                             set->asid_set_size, &new_asid);
7063                         KASSERT(new_asid != -1, ("ASID allocation failure"));
7064                 }
7065         }
7066         bit_set(set->asid_set, new_asid);
7067         set->asid_next = new_asid + 1;
7068         pmap->pm_cookie = COOKIE_FROM(new_asid, set->asid_epoch);
7069 out:
7070         mtx_unlock_spin(&set->asid_set_mutex);
7071 }
7072
7073 static uint64_t __read_mostly ttbr_flags;
7074
7075 /*
7076  * Compute the value that should be stored in ttbr0 to activate the specified
7077  * pmap.  This value may change from time to time.
7078  */
7079 uint64_t
7080 pmap_to_ttbr0(pmap_t pmap)
7081 {
7082         uint64_t ttbr;
7083
7084         ttbr = pmap->pm_ttbr;
7085         ttbr |= ASID_TO_OPERAND(COOKIE_TO_ASID(pmap->pm_cookie));
7086         ttbr |= ttbr_flags;
7087
7088         return (ttbr);
7089 }
7090
7091 static void
7092 pmap_set_cnp(void *arg)
7093 {
7094         uint64_t ttbr0, ttbr1;
7095         u_int cpuid;
7096
7097         cpuid = *(u_int *)arg;
7098         if (cpuid == curcpu) {
7099                 /*
7100                  * Set the flags while all CPUs are handling the
7101                  * smp_rendezvous so will not call pmap_to_ttbr0. Any calls
7102                  * to pmap_to_ttbr0 after this will have the CnP flag set.
7103                  * The dsb after invalidating the TLB will act as a barrier
7104                  * to ensure all CPUs can observe this change.
7105                  */
7106                 ttbr_flags |= TTBR_CnP;
7107         }
7108
7109         ttbr0 = READ_SPECIALREG(ttbr0_el1);
7110         ttbr0 |= TTBR_CnP;
7111
7112         ttbr1 = READ_SPECIALREG(ttbr1_el1);
7113         ttbr1 |= TTBR_CnP;
7114
7115         /* Update ttbr{0,1}_el1 with the CnP flag */
7116         WRITE_SPECIALREG(ttbr0_el1, ttbr0);
7117         WRITE_SPECIALREG(ttbr1_el1, ttbr1);
7118         isb();
7119         __asm __volatile("tlbi vmalle1is");
7120         dsb(ish);
7121         isb();
7122 }
7123
7124 /*
7125  * Defer enabling CnP until we have read the ID registers to know if it's
7126  * supported on all CPUs.
7127  */
7128 static void
7129 pmap_init_cnp(void *dummy __unused)
7130 {
7131         uint64_t reg;
7132         u_int cpuid;
7133
7134         if (!get_kernel_reg(ID_AA64MMFR2_EL1, &reg))
7135                 return;
7136
7137         if (ID_AA64MMFR2_CnP_VAL(reg) != ID_AA64MMFR2_CnP_NONE) {
7138                 if (bootverbose)
7139                         printf("Enabling CnP\n");
7140                 cpuid = curcpu;
7141                 smp_rendezvous(NULL, pmap_set_cnp, NULL, &cpuid);
7142         }
7143
7144 }
7145 SYSINIT(pmap_init_cnp, SI_SUB_SMP, SI_ORDER_ANY, pmap_init_cnp, NULL);
7146
7147 static bool
7148 pmap_activate_int(pmap_t pmap)
7149 {
7150         struct asid_set *set;
7151         int epoch;
7152
7153         KASSERT(PCPU_GET(curpmap) != NULL, ("no active pmap"));
7154         KASSERT(pmap != kernel_pmap, ("kernel pmap activation"));
7155
7156         if ((pmap->pm_stage == PM_STAGE1 && pmap == PCPU_GET(curpmap)) ||
7157             (pmap->pm_stage == PM_STAGE2 && pmap == PCPU_GET(curvmpmap))) {
7158                 /*
7159                  * Handle the possibility that the old thread was preempted
7160                  * after an "ic" or "tlbi" instruction but before it performed
7161                  * a "dsb" instruction.  If the old thread migrates to a new
7162                  * processor, its completion of a "dsb" instruction on that
7163                  * new processor does not guarantee that the "ic" or "tlbi"
7164                  * instructions performed on the old processor have completed.
7165                  */
7166                 dsb(ish);
7167                 return (false);
7168         }
7169
7170         set = pmap->pm_asid_set;
7171         KASSERT(set != NULL, ("%s: NULL asid set", __func__));
7172
7173         /*
7174          * Ensure that the store to curpmap is globally visible before the
7175          * load from asid_epoch is performed.
7176          */
7177         if (pmap->pm_stage == PM_STAGE1)
7178                 PCPU_SET(curpmap, pmap);
7179         else
7180                 PCPU_SET(curvmpmap, pmap);
7181         dsb(ish);
7182         epoch = COOKIE_TO_EPOCH(pmap->pm_cookie);
7183         if (epoch >= 0 && epoch != set->asid_epoch)
7184                 pmap_alloc_asid(pmap);
7185
7186         if (pmap->pm_stage == PM_STAGE1) {
7187                 set_ttbr0(pmap_to_ttbr0(pmap));
7188                 if (PCPU_GET(bcast_tlbi_workaround) != 0)
7189                         invalidate_local_icache();
7190         }
7191         return (true);
7192 }
7193
7194 void
7195 pmap_activate_vm(pmap_t pmap)
7196 {
7197
7198         PMAP_ASSERT_STAGE2(pmap);
7199
7200         (void)pmap_activate_int(pmap);
7201 }
7202
7203 void
7204 pmap_activate(struct thread *td)
7205 {
7206         pmap_t  pmap;
7207
7208         pmap = vmspace_pmap(td->td_proc->p_vmspace);
7209         PMAP_ASSERT_STAGE1(pmap);
7210         critical_enter();
7211         (void)pmap_activate_int(pmap);
7212         critical_exit();
7213 }
7214
7215 /*
7216  * Activate the thread we are switching to.
7217  * To simplify the assembly in cpu_throw return the new threads pcb.
7218  */
7219 struct pcb *
7220 pmap_switch(struct thread *new)
7221 {
7222         pcpu_bp_harden bp_harden;
7223         struct pcb *pcb;
7224
7225         /* Store the new curthread */
7226         PCPU_SET(curthread, new);
7227
7228         /* And the new pcb */
7229         pcb = new->td_pcb;
7230         PCPU_SET(curpcb, pcb);
7231
7232         /*
7233          * TODO: We may need to flush the cache here if switching
7234          * to a user process.
7235          */
7236
7237         if (pmap_activate_int(vmspace_pmap(new->td_proc->p_vmspace))) {
7238                 /*
7239                  * Stop userspace from training the branch predictor against
7240                  * other processes. This will call into a CPU specific
7241                  * function that clears the branch predictor state.
7242                  */
7243                 bp_harden = PCPU_GET(bp_harden);
7244                 if (bp_harden != NULL)
7245                         bp_harden();
7246         }
7247
7248         return (pcb);
7249 }
7250
7251 void
7252 pmap_sync_icache(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_size_t sz)
7253 {
7254
7255         PMAP_ASSERT_STAGE1(pmap);
7256         KASSERT(ADDR_IS_CANONICAL(va),
7257             ("%s: Address not in canonical form: %lx", __func__, va));
7258
7259         if (ADDR_IS_KERNEL(va)) {
7260                 cpu_icache_sync_range(va, sz);
7261         } else {
7262                 u_int len, offset;
7263                 vm_paddr_t pa;
7264
7265                 /* Find the length of data in this page to flush */
7266                 offset = va & PAGE_MASK;
7267                 len = imin(PAGE_SIZE - offset, sz);
7268
7269                 while (sz != 0) {
7270                         /* Extract the physical address & find it in the DMAP */
7271                         pa = pmap_extract(pmap, va);
7272                         if (pa != 0)
7273                                 cpu_icache_sync_range(PHYS_TO_DMAP(pa), len);
7274
7275                         /* Move to the next page */
7276                         sz -= len;
7277                         va += len;
7278                         /* Set the length for the next iteration */
7279                         len = imin(PAGE_SIZE, sz);
7280                 }
7281         }
7282 }
7283
7284 static int
7285 pmap_stage2_fault(pmap_t pmap, uint64_t esr, uint64_t far)
7286 {
7287         pd_entry_t *pdep;
7288         pt_entry_t *ptep, pte;
7289         int rv, lvl, dfsc;
7290
7291         PMAP_ASSERT_STAGE2(pmap);
7292         rv = KERN_FAILURE;
7293
7294         /* Data and insn aborts use same encoding for FSC field. */
7295         dfsc = esr & ISS_DATA_DFSC_MASK;
7296         switch (dfsc) {
7297         case ISS_DATA_DFSC_TF_L0:
7298         case ISS_DATA_DFSC_TF_L1:
7299         case ISS_DATA_DFSC_TF_L2:
7300         case ISS_DATA_DFSC_TF_L3:
7301                 PMAP_LOCK(pmap);
7302                 pdep = pmap_pde(pmap, far, &lvl);
7303                 if (pdep == NULL || lvl != (dfsc - ISS_DATA_DFSC_TF_L1)) {
7304                         PMAP_LOCK(pmap);
7305                         break;
7306                 }
7307
7308                 switch (lvl) {
7309                 case 0:
7310                         ptep = pmap_l0_to_l1(pdep, far);
7311                         break;
7312                 case 1:
7313                         ptep = pmap_l1_to_l2(pdep, far);
7314                         break;
7315                 case 2:
7316                         ptep = pmap_l2_to_l3(pdep, far);
7317                         break;
7318                 default:
7319                         panic("%s: Invalid pde level %d", __func__,lvl);
7320                 }
7321                 goto fault_exec;
7322
7323         case ISS_DATA_DFSC_AFF_L1:
7324         case ISS_DATA_DFSC_AFF_L2:
7325         case ISS_DATA_DFSC_AFF_L3:
7326                 PMAP_LOCK(pmap);
7327                 ptep = pmap_pte(pmap, far, &lvl);
7328 fault_exec:
7329                 if (ptep != NULL && (pte = pmap_load(ptep)) != 0) {
7330                         if (icache_vmid) {
7331                                 pmap_invalidate_vpipt_icache();
7332                         } else {
7333                                 /*
7334                                  * If accessing an executable page invalidate
7335                                  * the I-cache so it will be valid when we
7336                                  * continue execution in the guest. The D-cache
7337                                  * is assumed to already be clean to the Point
7338                                  * of Coherency.
7339                                  */
7340                                 if ((pte & ATTR_S2_XN_MASK) !=
7341                                     ATTR_S2_XN(ATTR_S2_XN_NONE)) {
7342                                         invalidate_icache();
7343                                 }
7344                         }
7345                         pmap_set_bits(ptep, ATTR_AF | ATTR_DESCR_VALID);
7346                         rv = KERN_SUCCESS;
7347                 }
7348                 PMAP_UNLOCK(pmap);
7349                 break;
7350         }
7351
7352         return (rv);
7353 }
7354
7355 int
7356 pmap_fault(pmap_t pmap, uint64_t esr, uint64_t far)
7357 {
7358         pt_entry_t pte, *ptep;
7359         register_t intr;
7360         uint64_t ec, par;
7361         int lvl, rv;
7362
7363         rv = KERN_FAILURE;
7364
7365         ec = ESR_ELx_EXCEPTION(esr);
7366         switch (ec) {
7367         case EXCP_INSN_ABORT_L:
7368         case EXCP_INSN_ABORT:
7369         case EXCP_DATA_ABORT_L:
7370         case EXCP_DATA_ABORT:
7371                 break;
7372         default:
7373                 return (rv);
7374         }
7375
7376         if (pmap->pm_stage == PM_STAGE2)
7377                 return (pmap_stage2_fault(pmap, esr, far));
7378
7379         /* Data and insn aborts use same encoding for FSC field. */
7380         switch (esr & ISS_DATA_DFSC_MASK) {
7381         case ISS_DATA_DFSC_AFF_L1:
7382         case ISS_DATA_DFSC_AFF_L2:
7383         case ISS_DATA_DFSC_AFF_L3:
7384                 PMAP_LOCK(pmap);
7385                 ptep = pmap_pte(pmap, far, &lvl);
7386                 if (ptep != NULL) {
7387                         pmap_set_bits(ptep, ATTR_AF);
7388                         rv = KERN_SUCCESS;
7389                         /*
7390                          * XXXMJ as an optimization we could mark the entry
7391                          * dirty if this is a write fault.
7392                          */
7393                 }
7394                 PMAP_UNLOCK(pmap);
7395                 break;
7396         case ISS_DATA_DFSC_PF_L1:
7397         case ISS_DATA_DFSC_PF_L2:
7398         case ISS_DATA_DFSC_PF_L3:
7399                 if ((ec != EXCP_DATA_ABORT_L && ec != EXCP_DATA_ABORT) ||
7400                     (esr & ISS_DATA_WnR) == 0)
7401                         return (rv);
7402                 PMAP_LOCK(pmap);
7403                 ptep = pmap_pte(pmap, far, &lvl);
7404                 if (ptep != NULL &&
7405                     ((pte = pmap_load(ptep)) & ATTR_SW_DBM) != 0) {
7406                         if ((pte & ATTR_S1_AP_RW_BIT) ==
7407                             ATTR_S1_AP(ATTR_S1_AP_RO)) {
7408                                 pmap_clear_bits(ptep, ATTR_S1_AP_RW_BIT);
7409                                 pmap_s1_invalidate_page(pmap, far, true);
7410                         }
7411                         rv = KERN_SUCCESS;
7412                 }
7413                 PMAP_UNLOCK(pmap);
7414                 break;
7415         case ISS_DATA_DFSC_TF_L0:
7416         case ISS_DATA_DFSC_TF_L1:
7417         case ISS_DATA_DFSC_TF_L2:
7418         case ISS_DATA_DFSC_TF_L3:
7419                 /*
7420                  * Retry the translation.  A break-before-make sequence can
7421                  * produce a transient fault.
7422                  */
7423                 if (pmap == kernel_pmap) {
7424                         /*
7425                          * The translation fault may have occurred within a
7426                          * critical section.  Therefore, we must check the
7427                          * address without acquiring the kernel pmap's lock.
7428                          */
7429                         if (pmap_klookup(far, NULL))
7430                                 rv = KERN_SUCCESS;
7431                 } else {
7432                         PMAP_LOCK(pmap);
7433                         /* Ask the MMU to check the address. */
7434                         intr = intr_disable();
7435                         par = arm64_address_translate_s1e0r(far);
7436                         intr_restore(intr);
7437                         PMAP_UNLOCK(pmap);
7438
7439                         /*
7440                          * If the translation was successful, then we can
7441                          * return success to the trap handler.
7442                          */
7443                         if (PAR_SUCCESS(par))
7444                                 rv = KERN_SUCCESS;
7445                 }
7446                 break;
7447         }
7448
7449         return (rv);
7450 }
7451
7452 /*
7453  *      Increase the starting virtual address of the given mapping if a
7454  *      different alignment might result in more superpage mappings.
7455  */
7456 void
7457 pmap_align_superpage(vm_object_t object, vm_ooffset_t offset,
7458     vm_offset_t *addr, vm_size_t size)
7459 {
7460         vm_offset_t superpage_offset;
7461
7462         if (size < L2_SIZE)
7463                 return;
7464         if (object != NULL && (object->flags & OBJ_COLORED) != 0)
7465                 offset += ptoa(object->pg_color);
7466         superpage_offset = offset & L2_OFFSET;
7467         if (size - ((L2_SIZE - superpage_offset) & L2_OFFSET) < L2_SIZE ||
7468             (*addr & L2_OFFSET) == superpage_offset)
7469                 return;
7470         if ((*addr & L2_OFFSET) < superpage_offset)
7471                 *addr = (*addr & ~L2_OFFSET) + superpage_offset;
7472         else
7473                 *addr = ((*addr + L2_OFFSET) & ~L2_OFFSET) + superpage_offset;
7474 }
7475
7476 /**
7477  * Get the kernel virtual address of a set of physical pages. If there are
7478  * physical addresses not covered by the DMAP perform a transient mapping
7479  * that will be removed when calling pmap_unmap_io_transient.
7480  *
7481  * \param page        The pages the caller wishes to obtain the virtual
7482  *                    address on the kernel memory map.
7483  * \param vaddr       On return contains the kernel virtual memory address
7484  *                    of the pages passed in the page parameter.
7485  * \param count       Number of pages passed in.
7486  * \param can_fault   TRUE if the thread using the mapped pages can take
7487  *                    page faults, FALSE otherwise.
7488  *
7489  * \returns TRUE if the caller must call pmap_unmap_io_transient when
7490  *          finished or FALSE otherwise.
7491  *
7492  */
7493 boolean_t
7494 pmap_map_io_transient(vm_page_t page[], vm_offset_t vaddr[], int count,
7495     boolean_t can_fault)
7496 {
7497         vm_paddr_t paddr;
7498         boolean_t needs_mapping;
7499         int error __diagused, i;
7500
7501         /*
7502          * Allocate any KVA space that we need, this is done in a separate
7503          * loop to prevent calling vmem_alloc while pinned.
7504          */
7505         needs_mapping = FALSE;
7506         for (i = 0; i < count; i++) {
7507                 paddr = VM_PAGE_TO_PHYS(page[i]);
7508                 if (__predict_false(!PHYS_IN_DMAP(paddr))) {
7509                         error = vmem_alloc(kernel_arena, PAGE_SIZE,
7510                             M_BESTFIT | M_WAITOK, &vaddr[i]);
7511                         KASSERT(error == 0, ("vmem_alloc failed: %d", error));
7512                         needs_mapping = TRUE;
7513                 } else {
7514                         vaddr[i] = PHYS_TO_DMAP(paddr);
7515                 }
7516         }
7517
7518         /* Exit early if everything is covered by the DMAP */
7519         if (!needs_mapping)
7520                 return (FALSE);
7521
7522         if (!can_fault)
7523                 sched_pin();
7524         for (i = 0; i < count; i++) {
7525                 paddr = VM_PAGE_TO_PHYS(page[i]);
7526                 if (!PHYS_IN_DMAP(paddr)) {
7527                         panic(
7528                            "pmap_map_io_transient: TODO: Map out of DMAP data");
7529                 }
7530         }
7531
7532         return (needs_mapping);
7533 }
7534
7535 void
7536 pmap_unmap_io_transient(vm_page_t page[], vm_offset_t vaddr[], int count,
7537     boolean_t can_fault)
7538 {
7539         vm_paddr_t paddr;
7540         int i;
7541
7542         if (!can_fault)
7543                 sched_unpin();
7544         for (i = 0; i < count; i++) {
7545                 paddr = VM_PAGE_TO_PHYS(page[i]);
7546                 if (!PHYS_IN_DMAP(paddr)) {
7547                         panic("ARM64TODO: pmap_unmap_io_transient: Unmap data");
7548                 }
7549         }
7550 }
7551
7552 boolean_t
7553 pmap_is_valid_memattr(pmap_t pmap __unused, vm_memattr_t mode)
7554 {
7555
7556         return (mode >= VM_MEMATTR_DEVICE && mode <= VM_MEMATTR_WRITE_THROUGH);
7557 }
7558
7559 /*
7560  * Track a range of the kernel's virtual address space that is contiguous
7561  * in various mapping attributes.
7562  */
7563 struct pmap_kernel_map_range {
7564         vm_offset_t sva;
7565         pt_entry_t attrs;
7566         int l3pages;
7567         int l3contig;
7568         int l2blocks;
7569         int l1blocks;
7570 };
7571
7572 static void
7573 sysctl_kmaps_dump(struct sbuf *sb, struct pmap_kernel_map_range *range,
7574     vm_offset_t eva)
7575 {
7576         const char *mode;
7577         int index;
7578
7579         if (eva <= range->sva)
7580                 return;
7581
7582         index = range->attrs & ATTR_S1_IDX_MASK;
7583         switch (index) {
7584         case ATTR_S1_IDX(VM_MEMATTR_DEVICE):
7585                 mode = "DEV";
7586                 break;
7587         case ATTR_S1_IDX(VM_MEMATTR_UNCACHEABLE):
7588                 mode = "UC";
7589                 break;
7590         case ATTR_S1_IDX(VM_MEMATTR_WRITE_BACK):
7591                 mode = "WB";
7592                 break;
7593         case ATTR_S1_IDX(VM_MEMATTR_WRITE_THROUGH):
7594                 mode = "WT";
7595                 break;
7596         default:
7597                 printf(
7598                     "%s: unknown memory type %x for range 0x%016lx-0x%016lx\n",
7599                     __func__, index, range->sva, eva);
7600                 mode = "??";
7601                 break;
7602         }
7603
7604         sbuf_printf(sb, "0x%016lx-0x%016lx r%c%c%c%c %3s %d %d %d %d\n",
7605             range->sva, eva,
7606             (range->attrs & ATTR_S1_AP_RW_BIT) == ATTR_S1_AP_RW ? 'w' : '-',
7607             (range->attrs & ATTR_S1_PXN) != 0 ? '-' : 'x',
7608             (range->attrs & ATTR_S1_UXN) != 0 ? '-' : 'X',
7609             (range->attrs & ATTR_S1_AP(ATTR_S1_AP_USER)) != 0 ? 'u' : 's',
7610             mode, range->l1blocks, range->l2blocks, range->l3contig,
7611             range->l3pages);
7612
7613         /* Reset to sentinel value. */
7614         range->sva = 0xfffffffffffffffful;
7615 }
7616
7617 /*
7618  * Determine whether the attributes specified by a page table entry match those
7619  * being tracked by the current range.
7620  */
7621 static bool
7622 sysctl_kmaps_match(struct pmap_kernel_map_range *range, pt_entry_t attrs)
7623 {
7624
7625         return (range->attrs == attrs);
7626 }
7627
7628 static void
7629 sysctl_kmaps_reinit(struct pmap_kernel_map_range *range, vm_offset_t va,
7630     pt_entry_t attrs)
7631 {
7632
7633         memset(range, 0, sizeof(*range));
7634         range->sva = va;
7635         range->attrs = attrs;
7636 }
7637
7638 /* Get the block/page attributes that correspond to the table attributes */
7639 static pt_entry_t
7640 sysctl_kmaps_table_attrs(pd_entry_t table)
7641 {
7642         pt_entry_t attrs;
7643
7644         attrs = 0;
7645         if ((table & TATTR_UXN_TABLE) != 0)
7646                 attrs |= ATTR_S1_UXN;
7647         if ((table & TATTR_PXN_TABLE) != 0)
7648                 attrs |= ATTR_S1_PXN;
7649         if ((table & TATTR_AP_TABLE_RO) != 0)
7650                 attrs |= ATTR_S1_AP(ATTR_S1_AP_RO);
7651
7652         return (attrs);
7653 }
7654
7655 /* Read the block/page attributes we care about */
7656 static pt_entry_t
7657 sysctl_kmaps_block_attrs(pt_entry_t block)
7658 {
7659         return (block & (ATTR_S1_AP_MASK | ATTR_S1_XN | ATTR_S1_IDX_MASK));
7660 }
7661
7662 /*
7663  * Given a leaf PTE, derive the mapping's attributes.  If they do not match
7664  * those of the current run, dump the address range and its attributes, and
7665  * begin a new run.
7666  */
7667 static void
7668 sysctl_kmaps_check(struct sbuf *sb, struct pmap_kernel_map_range *range,
7669     vm_offset_t va, pd_entry_t l0e, pd_entry_t l1e, pd_entry_t l2e,
7670     pt_entry_t l3e)
7671 {
7672         pt_entry_t attrs;
7673
7674         attrs = sysctl_kmaps_table_attrs(l0e);
7675
7676         if ((l1e & ATTR_DESCR_TYPE_MASK) == ATTR_DESCR_TYPE_BLOCK) {
7677                 attrs |= sysctl_kmaps_block_attrs(l1e);
7678                 goto done;
7679         }
7680         attrs |= sysctl_kmaps_table_attrs(l1e);
7681
7682         if ((l2e & ATTR_DESCR_TYPE_MASK) == ATTR_DESCR_TYPE_BLOCK) {
7683                 attrs |= sysctl_kmaps_block_attrs(l2e);
7684                 goto done;
7685         }
7686         attrs |= sysctl_kmaps_table_attrs(l2e);
7687         attrs |= sysctl_kmaps_block_attrs(l3e);
7688
7689 done:
7690         if (range->sva > va || !sysctl_kmaps_match(range, attrs)) {
7691                 sysctl_kmaps_dump(sb, range, va);
7692                 sysctl_kmaps_reinit(range, va, attrs);
7693         }
7694 }
7695
7696 static int
7697 sysctl_kmaps(SYSCTL_HANDLER_ARGS)
7698 {
7699         struct pmap_kernel_map_range range;
7700         struct sbuf sbuf, *sb;
7701         pd_entry_t l0e, *l1, l1e, *l2, l2e;
7702         pt_entry_t *l3, l3e;
7703         vm_offset_t sva;
7704         vm_paddr_t pa;
7705         int error, i, j, k, l;
7706
7707         error = sysctl_wire_old_buffer(req, 0);
7708         if (error != 0)
7709                 return (error);
7710         sb = &sbuf;
7711         sbuf_new_for_sysctl(sb, NULL, PAGE_SIZE, req);
7712
7713         /* Sentinel value. */
7714         range.sva = 0xfffffffffffffffful;
7715
7716         /*
7717          * Iterate over the kernel page tables without holding the kernel pmap
7718          * lock.  Kernel page table pages are never freed, so at worst we will
7719          * observe inconsistencies in the output.
7720          */
7721         for (sva = 0xffff000000000000ul, i = pmap_l0_index(sva); i < Ln_ENTRIES;
7722             i++) {
7723                 if (i == pmap_l0_index(DMAP_MIN_ADDRESS))
7724                         sbuf_printf(sb, "\nDirect map:\n");
7725                 else if (i == pmap_l0_index(VM_MIN_KERNEL_ADDRESS))
7726                         sbuf_printf(sb, "\nKernel map:\n");
7727
7728                 l0e = kernel_pmap->pm_l0[i];
7729                 if ((l0e & ATTR_DESCR_VALID) == 0) {
7730                         sysctl_kmaps_dump(sb, &range, sva);
7731                         sva += L0_SIZE;
7732                         continue;
7733                 }
7734                 pa = l0e & ~ATTR_MASK;
7735                 l1 = (pd_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(pa);
7736
7737                 for (j = pmap_l1_index(sva); j < Ln_ENTRIES; j++) {
7738                         l1e = l1[j];
7739                         if ((l1e & ATTR_DESCR_VALID) == 0) {
7740                                 sysctl_kmaps_dump(sb, &range, sva);
7741                                 sva += L1_SIZE;
7742                                 continue;
7743                         }
7744                         if ((l1e & ATTR_DESCR_MASK) == L1_BLOCK) {
7745                                 PMAP_ASSERT_L1_BLOCKS_SUPPORTED;
7746                                 sysctl_kmaps_check(sb, &range, sva, l0e, l1e,
7747                                     0, 0);
7748                                 range.l1blocks++;
7749                                 sva += L1_SIZE;
7750                                 continue;
7751                         }
7752                         pa = l1e & ~ATTR_MASK;
7753                         l2 = (pd_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(pa);
7754
7755                         for (k = pmap_l2_index(sva); k < Ln_ENTRIES; k++) {
7756                                 l2e = l2[k];
7757                                 if ((l2e & ATTR_DESCR_VALID) == 0) {
7758                                         sysctl_kmaps_dump(sb, &range, sva);
7759                                         sva += L2_SIZE;
7760                                         continue;
7761                                 }
7762                                 if ((l2e & ATTR_DESCR_MASK) == L2_BLOCK) {
7763                                         sysctl_kmaps_check(sb, &range, sva,
7764                                             l0e, l1e, l2e, 0);
7765                                         range.l2blocks++;
7766                                         sva += L2_SIZE;
7767                                         continue;
7768                                 }
7769                                 pa = l2e & ~ATTR_MASK;
7770                                 l3 = (pt_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(pa);
7771
7772                                 for (l = pmap_l3_index(sva); l < Ln_ENTRIES;
7773                                     l++, sva += L3_SIZE) {
7774                                         l3e = l3[l];
7775                                         if ((l3e & ATTR_DESCR_VALID) == 0) {
7776                                                 sysctl_kmaps_dump(sb, &range,
7777                                                     sva);
7778                                                 continue;
7779                                         }
7780                                         sysctl_kmaps_check(sb, &range, sva,
7781                                             l0e, l1e, l2e, l3e);
7782                                         if ((l3e & ATTR_CONTIGUOUS) != 0)
7783                                                 range.l3contig += l % 16 == 0 ?
7784                                                     1 : 0;
7785                                         else
7786                                                 range.l3pages++;
7787                                 }
7788                         }
7789                 }
7790         }
7791
7792         error = sbuf_finish(sb);
7793         sbuf_delete(sb);
7794         return (error);
7795 }
7796 SYSCTL_OID(_vm_pmap, OID_AUTO, kernel_maps,
7797     CTLTYPE_STRING | CTLFLAG_RD | CTLFLAG_MPSAFE | CTLFLAG_SKIP,
7798     NULL, 0, sysctl_kmaps, "A",
7799     "Dump kernel address layout");